DE102006002065B4 - Kompensationsbauelement mit reduziertem und einstellbarem Einschaltwiderstand - Google Patents

Kompensationsbauelement mit reduziertem und einstellbarem Einschaltwiderstand Download PDF

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Abstract

Vertikales Kompensationsbauelement mit einem Halbleiterkörper (1, 2) eines ersten Leitungstyps, in welchem sich zwischen wenigstens einer auf einer ersten Hauptoberfläche (7) des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Elektrode (G, S) mit einer ersten Zone (4) eines ersten Leitungstyps und einer entfernt von dieser ersten Elektrode (G, S), auf einer zur ersten Hauptoberfläche (7) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Elektrode (D) mit einer zweiten Zone (1) eine an die erste Elektrode (G, S) angrenzende Bodyzone (3) des zweiten, zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und eine zwischen der Bodyzone (3) und der zweiten Zone (1) liegende und im Vergleich zur ersten und zweiten Zone (4, 1) schwach dotierte Driftzone (2) des ersten Leitungstyps erstrecken, wobei sich unterhalb der Bodyzone (3) in der Driftzone (2) wenigstens ein Kompensationsgebiet (5) des zweiten Leitungstyps befindet, das durchgehend säulenförmig gestaltet ist und sich mit seiner Längsrichtung parallel zur Verbindungsrichtung zwischen der ersten und der zweiten...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompensationsbauelement mit einem reduzierten und einstellbaren Einschaltwiderstand. Bei diesem Kompensationsbauelement handelt es sich um ein vertikales Kompensationsbauelement. Das Kompensationsbauelement ist dabei vorzugsweise ein Leistungs-Feldeffekttransistor.
  • Zu Kompensationsbauelementen gibt es bekanntlich einen äußerst umfangreichen Stand der Technik, der sich mit der Ausbildung der Kompensationsgebiete beschäftigt. Als Beispiele und stellvertretend für weitere Druckschriften sei hierzu insbesondere auf Folgendes hingewiesen:
    Die US 6 630 698 B1 zeigt einen Feldeffekttransistor, bei dem Kompensationsgebiete in der Form von p-leitenden Säulen eine variable Dotierung aufweisen, so dass in einem sourcenahen Bereich die p-leitenden Säulen eine höhere Dotierung aufweisen als in einem drainnahen Bereich. Die p-leitenden Säulen haben dabei immer die gleiche, konstante Querschnittsfläche.
  • In der US 6 639 272 B2 wird eine ebenfalls variable Dotierung in p-leitenden Säulen von Kompensationsgebieten durch unterschiedliche Schichtdicke einzelner Epitaxieschichten bei über ihrer Länge im Wesentlichen gleichen Querschnittsfläche der p-leitenden Säulen erreicht.
  • Weitere Beispiele von Kompensationsbauelementen mit Kompensationsgebieten mit konstanter Querschnittsfläche sind durch die US 4 754 310 A , US 5 216 275 A1 , US 6 621 122 B2 und US 2004/108568 A1 gegeben.
  • Weiterhin sind Kompensationsbauelemente in Trenchtechnologie beispielsweise aus US 6 512 267 B2 , US 6 410 958 B1 und US 6 433 385 B1 bekannt. Auch in diesen Druckschriften weisen die Kompensationsgebiete über ihre Länge eine weitgehend konstante Querschnittsfläche auf. Lediglich in der zuletzt genannten US 6 433 385 B1 ist ein Trenchtransistor mit einer "Extended p-Zone" (ausgedehnte p-leitende Zone) beschrieben, die zwischen oxidgefüllten Trenches eingebettet ist und als Kompensationsgebiet wirkt, wobei hier der Trench in seinem unteren Abschnitt eine geringere Querschnittsfläche als in seinem oberen Abschnitt hat, so dass das Kompensationsgebiet in tieferen Bereichen der Driftzone eine größere Querschnittsfläche als in weniger tiefen Bereichen aufweist.
  • Aus der US 6 677 643 B2 ist ein Kompensationsbauelement bekannt, bei dem Kompensationsgebiete in Sourcenähe ein größeres Raster aufweisen als in Drainnähe, wodurch Strukturen entstehen können, bei denen in Vertikalrichtung zwischen Sourceelektrode und Drainelektrode ein Kompensationsgebiet mit größerer Querschnittsfläche an ein Kompensationsgebiet mit kleinerer Querschnittsfläche angrenzt.
  • Während die oben bisher erwähnten herkömmlichen Kompensationsbauelemente alle eine vertikale Struktur aufweisen, beschreibt die US 6 858 884 B2 ein Kompensationsbauelement in Lateralstruktur, wobei hier ein Kompensationsgebiet in seiner Querschnittsfläche in der Richtung zwischen der Sourceelektrode und der Drainelektrode abnimmt. Allerdings erstreckt sich das Kompensationsgebiet direkt auf der Drainseite bis zu einem hochdotierten Substrat, so dass zwischen diesem Substrat und dem Kompensationsgebiet keine "Sockelschicht" ver bleibt. Auf irgendwelche Zusammenhänge zwischen der Form des Kompensationsgebiets und dem Kapazitätsverlauf des Kompensationsbauelements in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung wird in dieser Druckschrift nicht eingegangen.
  • Aus der DE 103 09 400 A1 ist ein laterales Kompensationsbauelement mit einem Halbleiterkörper bekannt, in welchem sich zwischen wenigstens einer ersten Elektrode für eine erste Zone des ersten Leitungstyps und einer entfernt von dieser ersten Elektrode angeordneten zweiten Elektrode für eine zweite Zone eine an die erste Elektrode angrenzende Bodyzone des zweiten, zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und eine zwischen der Bodyzone und der zweiten Zone liegende, im Vergleich zur ersten und zur zweiten Zone schwach dotierten Driftzone des ersten Leitungstyps erstrecken. Angrenzend an die Bodyzone befindet sich in der Driftzone wenigstens ein Kompensationsgebiet des zweiten Leitungstyps, das in Richtung auf die zweite Elektrode zu eine sich verjüngende Querschnittsfläche hat. Bei diesem bekannten Kompensationsbauelement dehnt sich das Kompensationsgebiet nur soweit in der Driftzone ausgehend von der Bodyzone des zweiten Leitungstyps auf die zweite Zone zu aus, dass vor der zweiten Zone und angrenzend an diese zwischen dem Ende des Kompensationsgebietes und der zweiten Zone ein Sockelbereich der Driftzone verbleibt.
  • Schließlich ist aus der WO 2005/065385 A2 ein Kompensationsbauelement in der Form eines Feldeffekttransistors bekannt, bei dem in der Driftzone zwischen Source und Drain floatende p-leitende Kompensationsgebiete liegen, deren Durchmesser mit zunehmendem Abstand von der Sourceelektrode kleiner werden. Durch diese Verringerung des Durchmessers der p-leitenden Kompensationsgebiete ist es möglich, die Dicke der Driftzone zu vermindern, was wiederum eine Reduktion des Einschaltwiderstandes zwischen Drain und Source bedingt. Durchgehende Kompensationssäulen sind bei diesem Kompensationsbauelement nicht vorgesehen.
  • Die obigen zahlreichen Druckschriften sind für den umfangreichen Stand der Technik zu Kompensationsbauelementen beispielhaft genannt, worauf bereits hingewiesen wurde. Festzustellen ist aber, dass jedenfalls in diesen Druckschriften und auch im sonst untersuchten Stand der Technik explizit auf den Zusammenhang zwischen der Form der Kompensationsgebiete, also deren geometrische Gestalt, und dem Verlauf der Kapazität des Kompensationsbauelements in Abhängigkeit von der zwischen Drain und Source anliegenden Spannung, also der Ausgangskapazität, nicht eingegangen wird.
  • Untersuchungen haben nun gezeigt, dass speziell Hochvolt-Leistungstransistoren, die als Kompensationsbauelemente ausgeführt sind, die besondere Eigenschaft aufweisen, dass bei ihnen die Ausgangskapazität bei kleinen Drain-Source-Spannungen sehr groß ist, jedoch mit zunehmender Drain-Source-Spannung rapide um mehrere Größenordnungen abnimmt, wobei der Übergang zwischen dem Bereich mit großer Ausgangskapazität und dem Bereich mit keiner Ausgangskapazität keinesfalls stetig, sondern vielmehr stufenförmig erfolgt.
  • Die obige Abhängigkeit der Ausgangskapazität Coss von der Drain-Source-Spannung VDS ist qualitativ schematisch in 1 in logarithmischer Darstellung gezeigt. Deutlich sind hier die einzelnen Stufen zu erkennen, mit denen die Ausgangskapazität eines untersuchten Kompensations-Feldeffekttransistors mit wachsender Drain-Source-Spannung VDS rapide abfällt.
  • Der physikalische Hintergrund für diesen rapiden Abfall der Ausgangskapazität soll im Folgenden näher erläutert werden. Anzumerken ist hier, dass sich die Rückwirkungskapazität, also die Kapazität zwischen Gate und Drain, ähnlich verhält, wobei diese aufgrund der zusätzlich in der Ausgangskapazität rnthaltenen Drain-Source-Kapazität noch kleinere Werte als die Ausgangskapazität annimmt.
  • In 2 ist schematisch ein p-leitendes Kompensationsgebiet 5 in einer n--leitenden Driftzone 2 gezeigt, wobei der pn-Übergang 10 zwischen dem Kompensationsgebiet 5 und der Driftzone 2 säulenförmig ist. Am oberen Rand der 2 liegt der Sourcekontakt, während der Drainkontakt am unteren Rand anzunehmen ist.
  • Liegen im eingeschalteten Zustand des Kompensationsbauelements zwischen dem Drainkontakt und dem Sourcekontakt 10 V an, so bildet sich eine Raumladungszone 9 aus, die sich rings um das säulenförmige Kompensationsgebiet 5 erstreckt, wenn das Innere dieses Kompensationsgebietes auf Sourcepotenzial verbleibt, die Umgebung des Kompensationsgebietes 5 in der Driftzone 2 aber aufgrund des Bahnwiderstandes in dieser Driftzone 2 langsam bis zum Drainpotenzial ansteigt. Am unteren, drainseitigen Ende des Kompensationsgebietes ist die Raumladungszone 9 besonders ausgedehnt, so dass speziell hier für den Stromfluss in der Driftzone 2 nur ein relativ eng begrenztes Gebiet verbleibt.
  • Liegen nun mehrere Kompensationsgebiete mit ihrer Längserstreckung parallel zueinander zwischen einem Sourcekontakt und einem Drainkontakt und wird die zwischen Drain und Source liegende Spannung kontinuierlich angehoben, dann laufen schließlich die Raumladungszonen 9 der parallelen Kompensationsgebiete zusammen. In dem Zeitpunkt des Zusammenlaufens der Raumladungszonen 9 wird dann das Verhalten des Kompensationsbauelementes durch die dadurch extrem nichtlineare Ausgangs- bzw. Rückwirkungskapazität bestimmt. Der steile Abfall der Ausgangskapazität (vgl. 1) und dessen stufenförmiger Verlauf wird also letztlich durch das Zusammenlaufen der Raumladungszonen bedingt, wobei zu beachten ist, dass diese einander zuerst am drainseitigen, unteren Ende der Kompensationsgebiete berühren. In diesem Moment des Berührens wird der gesamte obere Teil der Driftstrecke für die Kapazität unwirksam, wodurch die ausgeprägten Stufen zu erklären sind.
  • Der steile Verlauf der Ausgangskapazität entsprechend dem Beispiel von 1 resultiert in steilen Spannungsflanken, welche für die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV-Verhalten) einer ein derartiges Kompensationsbauelement verwendenden Schaltung sehr ungünstig sind. Dies gilt insbesondere für den Bereich der großen Stufen im Verlauf der Ausgangskapazität.
  • Zusammenfassend ist also festzuhalten, dass ein weniger stufiger Verlauf der Ausgangskapazität in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung für das EMV-Verhalten eines Kompensationsbauelementes sehr günstig wäre.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kompensationsbauelement anzugeben, bei dem der Kapazitätsverlauf möglichst glatt ist, um so ein günstiges EMV-Verhalten zu erzielen, und das sich durch einen möglichst niedrigen Einschaltwiderstand auszeichnet.
  • Diese Aufgabe wird durch ein vertikales Kompensationsbauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement weisen also das bzw. die Kompensationsgebiete mit größer werdendem Abstand von der Bodyzone in der Richtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, also insbesondere in der Richtung zwischen Source und Drain eine immer kleiner werdende Querschnittsfläche auf, so dass das bzw. die Kompensationsgebiete "V"-förmig ausgelegt sind. Mit anderen Worten, die so genannten Kompensationssäulen sind also V-förmig gestaltet.
  • Durch diese Gestaltung des bzw. der Kompensationsgebiete wird erreicht, dass das oben erwähnte "Abschnüren" bzw. "Abschneiden" im oberen Bereich der Driftstrecke durch die zusammenlaufenden Raumladungszonen verhindert wird. Als Folge sind die Stufen im Kapazitätsverlauf (vgl. 1) zwar noch vorhanden, jedoch deutlich weniger ausgeprägt, so dass insgesamt der Abfall der Kapazität mit steigender Drain-Source-Spannung langsamer erfolgt. Dieser weniger stufige Kapazitätsverlauf wirkt sich günstig auf das EMV-Verhalten des Kompensationsbauelementes aus.
  • Ein weiterer Vorteil der V-förmigen Säulenstruktur ist ein verringerter Einschaltwiderstand. Bei gleicher anliegender Drainspannung dringt die Raumladungszone bei einem erfindungsgemäßen Bauelement wesentlich weniger in das beispielsweise n-leitende Kompensationsgebiet ein (vgl. 4a) als bei einem herkömmlichen Bauelement (Vgl. 4b). Da die Querschnittsfläche dieses n-Gebiets den Einschaltwiderstand massiv beeinflusst, hat eine Struktur mit dann V-förmigen p-leitenden Säulen einen deutlich verbesserten Einschaltwiderstand.
  • Für das vertikale ist von Bedeutung, dass das bzw. die Kompensationsgebiete alle zusammenhängend gestaltet sind, also keine floatenden Bereiche aufweisen. Solche floatenden Bereiche, wie sie der bereits erwähnten WO 2005/065385 A2 entnehmbar sind, sind bei einem Vertikal-Kompensationsbauelement gemäß der Erfindung also nicht vorhanden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement handelt es sich in bevorzugter Weise um einen Feldeffekttransistor. Die Erfindung soll aber nicht hierauf eingeschränkt sein, da sie prinzipiell auch auf andere Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise einen IGBT anwendbar ist.
  • Die Driftzone ist bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement vorzugsweise n-leitend, so dass die Kompensationsgebiete p-Leitfähigkeit aufweisen, also beispielsweise mit Bor dotiert sind. Grundsätzlich können aber auch umgekehrte Leitfähigkeitsverhältnisse vorliegen, so dass ein n-leitendes Kompensationsgebiet in eine p-leitende Driftzone eingebettet ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 die Abhängigkeit der Ausgangskapazität von der Drain-Source-Spannung bei einem Kompensations-Feldeffekttransistor,
  • 2 die Ausbreitung der Raumladungszone um ein Kompensationsgebiet mit herkömmlichem Aufbau,
  • 3A und 3B den Verlauf des pn-Übergangs des Kompensationsgebiets bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement (3A) und bei einem herkömmlichen Kompensationsbauelement (3B),
  • 4A und 4B die Ausbreitung der Raumladungszone bei einem Kompensationsgebiet des erfindungsgemäßen Kompensationsbauelementes (4A) und bei einem Kompensationsgebiet eines herkömmlichen Kompensationsbauelementes (4B),
  • 5 in einem Vergleich den Verlauf der Ausgangskapazität in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung bei einem herkömmlichen Kompensationsbauelement und bei einem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement,
  • 6 eine Schnittdarstellung durch ein Vertikal-Kompensationsbauelement nach der Erfindung und
  • 7A und 7B ein herkömmliches Lateral-Kompensationsbauelement, wobei 7A dieses in Perspektive zeigt, während in 7B zur Verdeutlichung noch gesondert der Aufbau der Kompensationsgebiete dargestellt ist.
  • In den Figuren werden für einander entsprechende Bauteile jeweils die gleichen Bezugszeichen verwendet. Die 1 und 2 sind bereits eingangs erläutert worden.
  • Die 3A und 3B zeigen den Verlauf des pn-Übergangs 10 zwischen einem p-leitenden Kompensationsgebiet 5 und einer n-leitenden Driftzone 2 bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement (vgl. 3A) und bei einem herkömmlichen Kompensationsbauelement (vgl. 3B), wobei zur Verdeutlichung der Erfindung bei dem herkömmlichen Kompensationsbauelement die Kompensationssäule, also das Kompensationsgebiet 5, in der Richtung von Source (oben) nach Drain (unten) sogar etwas aufgeweitet ist, während bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement eine deutliche Verengung der Querschnittsfläche des Kompensationsgebiets 5 in der Richtung von Source nach Drain vorhanden ist.
  • Die 4A und 4B veranschaulichen die Ausdehnung der Raumladungszone 9 im Bereich des pn-Überganges 10 zwischen einem p-leitenden Kompensationsgebiet 5 und einer n--leitenden Driftzone 2 bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement (vgl. 4A) und bei einem herkömmlichen Kompensationsbauelement (vgl. 4B). Deutlich ist zu sehen, wie bei dem herkömmlichen Kompensationsbauelement (vgl. 4B) sich die Raumladungszone 9 im unteren Bereich der "Säule", also des Kompensationsgebiets 5, in dieser Figur am weitesten nach "rechts" erstreckt, so dass beim "Zusammenlaufen" von zwei Raumladungszonen 9 benachbarter Kompensationsgebiete ein Abschnüren der darüber liegenden Bereiche der Driftzone eintritt, was wiederum den stufigen und abrupten Verlauf der Ausgangskapazität in Abhängigkeit von der Drain-Source-Spannung bedingt. Aus 4A kann entnommen werden, dass hier dieses "Abschnüren" nicht auftritt, da hier die Raumladungszone 9 im unteren Bereich der "Säule" nicht besonders vorspringt.
  • In der 5 sind die simulierten Kapazitätsverläufe, also die Abhängigkeit der Ausgangskapazität Coss von der Drain-Source-Spannung VDS für ein herkömmliches Kompensationsbauelement (Feldeffekttransistor) in Volllinie, also entsprechend der Darstellung von 1, und für ein erfindungsgemäßes Kompensationsbauelement in Strichpunktlinie dargestellt. Deutlich ist zu ersehen, dass bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement im Kapazitätsverlauf zwar noch Stufen vorhanden sind, diese aber deutlich weniger ausgeprägt in Erscheinung treten. Mit anderen Worten, es entsteht ein "glatterer" Abfall der Ausgangskapazität, so dass diese langsamer mit ansteigender Drain-Source-Spannung abfällt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement die einzelnen Raumladungszonen bei benachbarten "Kompensationssäulen" (vgl. 4A) von oben nach unten zusammenwachsen, so dass eine Abschnürung der darüber liegenden Driftzone ebenfalls von oben nach unten erfolgt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement bleibt infolge der oben erläuterten Ausdehnung der Raumladungszone im eingeschalteten Zustand der für den Stromfluss der Elektronen verbleibende Bereich so erhalten, dass dieser von oben nach unten (vgl. wiederum 4a) ungefähr die gleiche Breite hat.
  • Damit ergeben sich im Vergleich zu einem herkömmlichen Kompensationsbauelement mit üblicher Kompensationssäule für das erfindungsgemäße Kompensationsbauelement eine deutlich erhöhte Leitfähigkeit und ein niedrigerer Einschaltwiderstand, so dass beispielsweise bei aufgesteuertem Gate (an Gate liegt 10 V) der Drainstrom in Abhängigkeit von der Drainspannung um etwa 7,5 % erhöht ist. Das heißt, mit steigender Drainspannung, die auf beispielsweise 10 V anwächst, ist bei dem erfindungsgemäßen Kompensationsbauelement der Drainstrom im Vergleich zum herkömmlichen Kompensationsbauelement jeweils um etwa 7,5 % erhöht.
  • Im Folgenden soll anhand der 6 ein erfindungsgemäßes Vertikal-Kompensationsbauelement in der Form eines Feldeffekttransistors mit einer Sourceelektrode S, einer Drainelektrode D und einer Gateelektrode G näher erläutert werden.
  • Auf einem n+-dotierten Halbleitersubstrat 1 aus beispielsweise Silizium befindet sich eine n--leitende Driftzone 2, in die p-dotierte Bodyzonen 3 eingebracht sind. Diese p-dotierten Bodyzonen 3 enthalten n- oder n+-dotierte Sourcezonen 4, die mit Sourcekontakten 6 für die Sourceelektrode S versehen sind. Im Übrigen ist eine obere Hauptoberfläche 7 des Halbleiterkörpers durch eine Isolierschicht 8 aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid abgedeckt, auf der sich wiederum Gatekontakte 11 für die Gateelektrode G befinden.
  • Die zur Hauptoberfläche 7 gegenüberliegende untere Hauptoberfläche 12 ist mit einem Drainkontakt 31 für die Drainelektrode D versehen.
  • In der Driftzone 2 befinden sich p-dotierte Kompensationsgebiete 5 jeweils unterhalb von den Bodyzonen 3 und angrenzend an diese. Die Kompensationsgebiete 5 weisen dabei generell eine V-förmige Gestalt auf, d.h., sie haben eine Querschnittsfläche, die mit zunehmendem Abstand von der Hauptoberfläche 7 und abnehmender Entfernung zur Hauptoberfläche 12 kleiner wird, wie dies aus der 6 durch Abmessungen a und b der Querschnittsfläche des Kompensationsgebietes 5 (Kompensationssäule) am sourcenahen bzw. drainnahen Ende dieses Gebietes 5 zu ersehen ist. Dieses "Kleinerwerden" der Querschnittsfläche ist deutlich durch diese Abmessungen a und b von dieser am sourcenahen bzw. drainnahen Ende des Gebietes 5 veranschaulicht. Das Flächenverhältnis b2/a2 der Querschnittsfläche ist dabei so klein, dass es jedenfalls kleiner ist als das Flächenverhältnis, das sich aufgrund der in vertikaler Richtung variierten Dotierstoffkonzentration (wie z. B. in US 6 630 698 B1 vorgeschlagen) automatisch (auch ohne Änderung der Implantationsöffnungen) ergibt. Bevorzugte Werte für das Flächenverhältnis b2/a2 betragen höchstens 0,95 und vorzugsweise 0,5 bis 0,8. Die Kompensationsgebiete verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander.
  • Die Kompensationsgebiete 5, die Bodyzonen 3 und die Sourcezonen 4 können in üblicher Weise hergestellt werden, also beispielsweise durch einzelne Epitaxieschritte für einzelne Zonen 51 , 52 , 53 , 54 , die ein Kompensationsgebiet 5 bilden, und durch Implantation und/oder Diffusion für die Bodyzone 3 bzw. die Sourcezone 4.
  • Optional kann noch ein n-leitender Sockelbereich 14 am unteren Ende der Kompensationsgebiete 5 in der Driftzone 2 vor handen sein. Liegt dieser Sockelbereich 14 nicht vor, dann grenzt die Driftzone 2 direkt an das Halbleitersubstrat 1 an. Eine bevorzugte Breite für den Sockelbereich 14 beträgt mindestens 2 μm und beispielsweise bei einem 600 V-Bauelement etwa 10 bis 20 μm.
  • In den 7A und 7B ist noch ein herkömmliches Lateral-Kompensationsbauelements in der Form eines Feldeffekttransistors gezeigt (vgl. die bereits erwähnte DE 103 09 400 A1 ). 7A ist dabei eine perspektivische Ansicht, während in 7B allein die Einbettung der Kompensationsgebiete 5 in die Driftzone 2 in Draufsicht gezeigt ist.
  • Auf einem dielektrischen Substrat 1' befinden sich hier eine n--leitende Driftzone 2, eine p-leitende Bodyzone 3, eine in diese eingebettete n-leitende Sourcezone 4, eine n-leitende Drainzone 15 mit einem n+-leitenden Kontaktgebiet 16 für den Drainkontakt 13 der Drainelektrode D, eine Isolierschicht 8 aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid, eine Gateschicht 11 für die Gateelektrode G mit einem Gateoxid 17 zwischen der Bodyzone 3 und der Gateschicht 11 und ein Sourcekontakt 6 für die Sourceelektrode S.
  • In die Driftzone 2 sind V-förmige Kompensationsgebiete 5 eingebettet, die wie die Bodyzone 3 p-dotiert sind und an diese angrenzen und im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Am unteren Ende der Kompensationsgebiete 5 befindet sich ein n-dotierter Sockelbereich 14, der jedenfalls höher dotiert ist als die n--dotierte Driftzone 2 und eine etwas schwächere Dotierungskonzentration aufweist als die Drainzone 15. Die Breite d dieses Sockelbereiches 14 beträgt wiederum mindestens 2 μm und bei einem 600 V-Bauelement etwa 10 bis 20 μm. Der Sockelbereich 14 ist bei dem Lateral-Kompensationsbauelement vorhanden, während er bei dem Verti kal-Kompensationsbauelement, wie oben erläutert wurde, nur optional vorgesehen ist.
  • Als Halbleitermaterial wird für das erfindungsgemäße Kompensationsbauelement vorzugsweise Silizium verwendet. Es können aber auch andere Halbleitermaterialien eingesetzt werden, wie beispielsweise SiC usw. Geeignete Dotierstoffe sind, wie bereits erwähnt wurde, Bor für die p-Leitfähigkeit und Phosphor oder Arsen für die n-Leitfähigkeit. Als Materialien für die Kontaktschichten können beispielsweise Aluminium und dergleichen eingesetzt werden.

Claims (12)

  1. Vertikales Kompensationsbauelement mit einem Halbleiterkörper (1, 2) eines ersten Leitungstyps, in welchem sich zwischen wenigstens einer auf einer ersten Hauptoberfläche (7) des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Elektrode (G, S) mit einer ersten Zone (4) eines ersten Leitungstyps und einer entfernt von dieser ersten Elektrode (G, S), auf einer zur ersten Hauptoberfläche (7) gegenüberliegenden zweiten Hauptoberfläche (12) des Halbleiterkörpers angeordneten zweiten Elektrode (D) mit einer zweiten Zone (1) eine an die erste Elektrode (G, S) angrenzende Bodyzone (3) des zweiten, zum ersten Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und eine zwischen der Bodyzone (3) und der zweiten Zone (1) liegende und im Vergleich zur ersten und zweiten Zone (4, 1) schwach dotierte Driftzone (2) des ersten Leitungstyps erstrecken, wobei sich unterhalb der Bodyzone (3) in der Driftzone (2) wenigstens ein Kompensationsgebiet (5) des zweiten Leitungstyps befindet, das durchgehend säulenförmig gestaltet ist und sich mit seiner Längsrichtung parallel zur Verbindungsrichtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsgebiet (5) in Richtung auf die zweite Elektrode zu eine sich verjüngende Querschnittsfläche hat.
  2. Kompensationsbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kompensationsgebiet (5) nur soweit in der Driftzone (5) ausgehend von der Zone (3) des zweiten Leitungstyps auf die zweite Zone (1) zu ausdehnt, dass vor der zweiten Zone (1) und angrenzend an diese zwischen dem Ende des Kompensationsgebietes (5) und der zweiten Zone (1) ein Sockelbereich (14) der Driftzone (2) verbleibt.
  3. Kompensationsbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Sockelbereiches (14) in der Richtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode mindestens 2 μm beträgt.
  4. Kompensationsbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Sockelbereiches (14) 10 μm bis 20 μm beträgt.
  5. Kompensationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis zwischen den Querschnittsflächen des Kompensationsgebietes an einem der zweiten Elektrode nahen Ende und an einem der ersten Elektrode nahen Ende von diesem kleiner ist als das entsprechende Flächenverhältnis, das sich bei Implantation durch Masken mit konstanter Öffnung und vertikal variierter Dotierung einstellt.
  6. Kompensationsbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis zwischen den Querschnittsflächen des Kompensationsgebietes an einem der zweiten Elektrode nahen Ende und an einem der ersten Elektrode nahen Ende von diesem kleiner ist als 0,95.
  7. Kompensationsbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenverhältnis zwischen den Querschnittsflächen des Kompensationsgebietes an einem der zweiten Elektrode nahen Ende und an einem der ersten Elektrode nahen Ende von diesem zwischen 0,50 und 0,80 beträgt.
  8. Kompensationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Leistungstransistor ist.
  9. Kompensationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungstyp der n-Leitungstyp ist.
  10. Kompensationsbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsgebiet (5) mit Bor dotiert ist.
  11. Kompensationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kompensationsgebiete (5) im Wesentlichen parallel zueinander zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode verlaufen.
  12. Kompensationsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die sich verjüngende Querschnittsfläche durch eine einhüllende Kurve (V) festgelegt ist, welche den Rand ein zelner Zonen (51, 52, 53 ...) des Kompensationsgebietes (5) begrenzt.
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