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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer
Anodenregion, die sich von einer ersten Oberfläche des Halbleiterbauelements aus
in das Halbleiterbauelement erstreckt, mit mindestens einer Katodenregion,
die sich von einer zweiten Oberfläche des Halbleiterbauelements
aus in das Halbleiterbauelement erstreckt sowie mit einer dritten Region,
die zwischen der Anodenregion und der Katodenregion angeordnet ist
und die zur Aufnahme von Sperrspannungen zwischen der Anodenregion und
der Katodenregion ausgebildet ist. Die dritte Region weist dabei
Gebiete ersten Leitungstyps und Gebiete zweiten Leitungstyps auf,
die einander benachbart sind und die so ausgebildet sind, daß sie sich
beim Anlegen einer Sperrspannung zumindest teilweise gegenseitig
ausräumen.
Das Halbleiterbauelement ist somit als Kompensations-Halbleiterbauelement
ausgelegt.
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Solche
Arten von Kompensations-Halbleiterbauelementen sind beispielsweise
aus
US 5,216,275 ,
US 5,438,215 und
US 4,754,310 bekannt. Die
Halbleiterbauelemente sind dabei beispielsweise als Feldeffekt-Transistoren
ausgebildet, sie können jedoch
auch als Bipolar-Transistoren, PIN-Dioden, Schottky-Dioden oder
andere Hochspannungs-Bauelemente ausgebildet sein. Bei diesen Bauelementen nach
dem Stand der Technik sind jeweils entweder vertikal ausgedehnte
Säulen
ersten und zweiten Leitungstyps vorgesehen, die einander benachbart
angeordnet sind, oder es sind lateral ausgedehnte Schichten ersten
und zweiten Leitungstyps vorgesehen, die übereinander angeordnet sind.
Der erste Fall der vertikal ausgedehnten Säulen ist problematisch, da
eine exakte Ausbildung solcher Säulen
innerhalb einer einzigen Schicht, beispielsweise einer Epitaxieschicht,
durch übliche
Prozeßschritte
nicht möglich
ist, da die laterale Ausdehnung solcher Säulen innerhalb eines einzigen
Prozeßschrittes,
beispielweise durch Diffusion oder Implantation, nicht exakt einstellbar
ist. Der zweite Fall lateral ausgedehnter, übereinander angeordneter Schichten
erfordert zwar keine solche exakte Strukturierung innerhalb einer Schicht,
es entsteht jedoch das Problem, daß im Durchlaßfall die
dritte Region einen relativ hohen Widerstand aufweist, da keine
durchgehenden Gebiete ersten oder zweiten Leitungstyps von der Katodenregion
zur Anodenregion führen.
Es sind vielmehr eine Vielzahl von pn-Übergängen zwischen der Anodenregion
und der Katodenregion angeordnet, was den Widerstand der dritten
Region im Durchlaßfall
wesentlich erhöht.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Halbleiterbauelement
gemäß den Patentansprüchen 1 und
12 bereitzustellen, das einerseits gute Eigenschaften zur Aufnahme
von Sperrspannungen aufweist und andererseits einen niedrigen Widerstand
im Durchlaßfall
besitzt und auf einfache Weise herstellbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der vorliegenden Ansprüche 1 und 12. Es ist dabei
vorgesehen, daß die
dritte Region mehrere Ebenen umfaßt, wobei jede Ebene Gebiete
ersten Leitungstyps und Gebiete zweiten Leitungstyps aufweist, die
einander benachbart sind und jedes Gebiet ersten Leitungstyps einer
Ebene an Gebiete ersten Leitungstyps einer angrenzenden Ebene angrenzt und
jedes Gebiet zweiten Leitungstyps einer Ebene an Gebiete zweiten
Leitungstyps einer angrenzenden Ebene angrenzt. Vorteilhaft gegenüber dem Stand
der Technik ist hierbei, daß wiederum
eine im wesentlichen vertikale Struktur der Gebiete ersten und zweiten
Leitungstyps vorliegt, da die Gebiete ersten und zweiten Leitungstyps
der vertikal übereinander
angeordneten Ebenen untereinander verbunden sind, die Herstellung
einer solchen Struktur jedoch dadurch wesentlich vereinfacht wird,
daß nun im
Gegensatz zu einer einzigen, vertikal durchgehenden Säule, mehrere
Ebenen von Gebieten ersten und zweiten Leitungstyps vorgesehen sind,
die jeweils aneinander angrenzen. Somit kann jede der Ebenen für sich hergestellt
und strukturiert werden, was eine größere Exakt heit der Struktur
innerhalb jeder Ebene bezüglich
ihrer lateralen Ausdehnung mit sich bringt.
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Grundsätzlich können die
einzelnen Gebiete ersten und zweiten Leitungstyps innerhalb einer
Ebene jeweils exakt unter den entsprechenden Gebieten der angrenzenden
Ebenen angeordnet werden, so daß wiederum
eine durchgehende, vertikale säulenartige
Struktur entsteht. Dies erfordert jedoch eine relativ hohe Genauigkeit
bei der Ausrichtung der einzelnen Ebenen bzw. der darin enthaltenen
Gebiete ersten und zweiten Leitungstyps gegenüber den jeweils angrenzenden
Ebenen. Als Vereinfachung kann hierfür vorgesehen sein, daß die Gebiete
ersten Leitungstyps einer Ebene jeweils versetzt zu den Gebieten
ersten Leitungstyps einer angrenzenden Ebene angeordnet werden können und
die Gebiete zweiten Leitungstyps einer Ebene jeweils versetzt zu
den Gebieten zweiten Leitungstyps einer angrenzenden Ebene angeordnet
werden können.
Zur Herstellung einer solchen Anordnung ist nicht mehr eine exakte Justierung
der aneinander angrenzenden Ebenen relativ zueinander nötig, was
bedeutet, daß die
Gebiete ersten und zweiten Leitungstyps der unterschiedlichen Ebenen
nicht mehr exakt relativ zueinander positioniert werden müssen. Es
können
somit höhere Justiertoleranzen
zugelassen werden und gegebenenfalls auch auf einen Teil der sonst
nötigen
Justierebenen im Prozeß verzichtet
werden, was den Prozeß wesentlich
verbilligt und vereinfacht. Es muß lediglich sichergestellt
bleiben, daß jedes
Gebiet ersten bzw. zweiten Leitungstyps einer Ebene an zumindest
ein Gebiet ersten bzw. zweiten Leitungstyps der angrenzenden Ebenen
angrenzt. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Geometrie der
Gebiete ersten oder zweiten Leitungstyps oder durch eine entsprechend
große
Ausdehnung, beispielsweise Ausdiffusion, der Gebiete ersten bzw. zweiten
Leitungstyps sichergestellt werden.
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So
kann z.B. vorgesehen sein, daß die
Gebiete ersten Leitungstyps und die Gebiete zweiten Leitungstyps
innerhalb einer Ebene eine streifenförmige Struktur aufweisen. Dies
be deutet, daß sich
jedes der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps wie eine Art
Streifen, Balken oder Röhre
in eine Raumrichtung innerhalb einer Ebene erstreckt. Die Gebiete
ersten bzw. zweiten Leitungstyps aneinander angrenzender Ebenen
sind dabei derart versetzt zueinander angeordnet, daß automatisch
Berührungspunkte
bzw. Kreuzungspunkte der streifenförmigen Struktur entstehen.
Speziell wird hierfür
vorgesehen, daß die
streifenförmigen
Gebiete einer Ebene jeweils einen von Null verschiedenen Winkel
mit den streifenförmigen
Gebieten einer angrenzenden Ebene einschließen. Für diesen Winkel kann jeder
beliebige bzw. sinnvolle Wert gewählt werden. Der Winkel kann
beispielsweise 90° betragen.
Es entsteht somit über
die Ebenen hinweg eine Art maschenförmige Struktur, bei der die
streifenförmigen
Strukturen einer Ebene jeweils an Kreuzungspunkten mit den streifenförmigen Strukturen
angrenzender Ebenen in Berührung
stehen. Über
diese Kreuzungspunkte entsteht somit automatisch eine durchgehende
Verbindung zwischen den einzelnen Gebieten ersten bzw. zweiten Leitungstyps über die
Gesamtzahl der Ebenen hinweg. Es muß dabei jedoch lediglich ein
von Null verschiedener Winkel zwischen den einzelnen Strukturen
der einzelnen Ebenen garantiert werden, weitergehende hohe Anforderungen
an die Justiertoleranzen müssen
jedoch nicht erfüllt
werden, was wiederum zu einem sehr einfachen und kostengünstigen Herstellungsprozeß führt. Außerdem ist
bei einer solchen, erfindungsgemäßen Struktur
mit großer
Sicherheit garantiert, daß eine
durchgehende Verbindung zwischen den Gebieten ersten bzw. zweiten Leitungstyps über die
Gesamtzahl der Ebenen hinweg besteht.
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Als
Alternative zu streifenförmigen
Strukturen können
jedoch auch innerhalb einer Ebene inselförmige Gebiete ersten bzw. zweiten
Leitungstyps vorgesehen werden. Diese inselförmigen Gebiete können grundsätzlich direkt über bzw.
unter den inselförmigen
Gebieten der angrenzenden Ebenen angeordnet sein, so daß eine durchgehende,
säulenartige
Struktur entsteht. Zur Vermeidung von hohen Anforderungen an die
Exaktheit bei der Justierung kann jedoch auch zugelassen werden,
daß die
insel förmigen
Gebiete einer Ebene jeweils versetzt zu den inselförmigen Gebieten
der angrenzenden Ebenen angeordnet sein können, also keine so hohe Exaktheit der
relativen Anordnung der einzelnen inlselförmigen Gebiete zueinander vorliegen
muß. Eine
Verbindung der inselförmigen
Gebiete von aneinander angrenzenden Ebenen wird auf einfache Weise
durch eine entsprechende Ausdehnung der inselförmigen Strukturen gewährleistet.
Der zulässige
Versatz der inselförmigen
Gebiete von aneinander angrenzenden Ebenen relativ zueinander sollte
jedoch nicht zu groß ausfallen,
um zu verhindern, daß durch
die ineinander übergehenden
Gebiete von aneinander angrenzenden Ebenen eine durchgehende, lateral
ausgedehnte Schicht ersten oder zweiten Leitungstyps entsteht, die
sich beispielsweise über
zwei aneinander angrenzende Ebenen erstreckt. Die inselförmigen Strukturen
sollen nur so weit gegeneinander versetzt werden, daß weiterhin
sowohl durchgehende Gebiete ersten wie auch zweiten Leitungstyps
von der Anodenregion zur Katodenregion, also in vertikaler Richtung,
gewährleistet
sind, wobei diese nicht, wie im Falle des Standes der Technik, als
exakt vertikal verlaufende Säulen
ausgestaltet sind, sondern eher als schräg oder gewunden verlaufende
Gebiete. Dafür
wird Idealerweise vorgesehen, daß die Gebiete einer Ebene maximal
um 75 % der Größe einer
inselförmigen
Struktur zu den Gebieten einer angrenzenden Ebene versetzt angeordnet
sind. Innerhalb einer Ebene können
die inselförmigen
Gebiete jede beliebige bzw. geeignete Geometrie und Anordnung aufweisen.
Die inselförmigen
Gebiete können
beispielsweise viereckig oder näherungsweise
rund ausgebildet sein, die Anordnung der Gebiete kann beispielsweise
hexagonal gewählt
werden, es kann jedoch auch jede andere geeignete Anordnung vorliegen.
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Um
die Erzeugung mehrerer Ebenen von Gebieten ersten bzw. zweiten Leitungstyps
zu vereinfachen, kann die dritte Region beispielsweise aus mehreren,
aneinander angrenzenden Schichten bestehen, wobei beispielsweise
jeweils eine Hälfte
jedes der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps in eine erste
Schicht eingebettet ist und die andere Hälfte des entspre chenden Gebietes
in eine angrenzende zweite Schicht eingebettet ist. Jedes der Gebiete ersten
bzw. zweiten Leitungstyps ist damit hälftig auf zwei aneinander angrenzende
Schichten, beispielsweise zwei Epitaxieschichten, aufgeteilt. Solche
Gebiete sind dann beispielsweise dadurch herstellbar, daß zunächst eine
Epitaxieschicht erzeugt wird, Dotiermaterial ersten oder zweiten
Leitungstyps in die Schicht implantiert oder auf deren Oberfläche aufgetragen
wird und anschließend
eine zweite Schicht auf der ersten Schicht aufgetragen wird und
die Bildung des Gebietes ersten oder zweiten Leitungstyps durch Ausdiffusion
des Dotiermaterials in die beiden aneinander angrenzenden Schichten
erfolgt.
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Innerhalb
einer Ebene werden die Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps
idealerweise so ausgelegt, daß bei
Anlegen einer Sperrspannung eine praktisch vollständige gegenseitige
Ausräumung
der Gebiete erfolgt. Innerhalb eines jeden der Gebiete ersten bzw.
zweiten Leitungstyps ist die Dotierung jedoch so zu wählen, daß die Flächenladungsdichte
q in jeder Richtung in der Ebene, also in einer lateralen Richtung,
kleiner ist als die Durchbruchsflächenladungsdichte q
c, die je nach Dotierung zwischen 1 × 10
12 cm
–2 und 2 × 10
12 cm
–2 liegt. Dies ergibt
sich aus der ersten Maxwell-Gleichung, wenn man einen eindimensionalen
Fall in einer Raumrichtung x betrachtet, die senkrecht zum pn-Übergang gerichtet
ist, also in Richtung vom p-dotierten Gebiet zum n-dotierten Gebiet.
Ersetzt man die dielektrische Verschiebungsdichte in dieser Raumrichtung
D
x durch die elektrische Feldkomponente
E
x, so erhält man aus der ersten Maxwell-Gleichung
die Beziehung
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Ex
steigt in der Raumladungszone, die den pn-Übergang umgibt, in x-Richtung
von Null bis E
0 an, wobei sich die Raumladungszone
vom pn-Übergang
bis zu x
n in das n-Gebiet bzw. x
p in das p-Gebiet erstreckt. Da in der Raumladungszone
jede ortsfeste ionisierte Ladung im p-Gebiet eine gleichgroße Gegenladung
im n-Gebiet findet, haben die Flächenladungsdichten
in beiden Teilen der Raumladungszone die gleiche Größe. Die
integrale Form der obigen Beziehung lautet damit
oder
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Im
Falle des Durchbruchs des pn-Übergangs ist
E0 = Ec. Für Silizium
nimmt die Durchbruchsfeldstärke
etwa den Wert 3,0 × 105 V/cm ein, wodurch sich mit εr =
11,7 und ε0 = 8,85 × 10–12 CV–1m–1 eine Durchbruchsflächenladungsdichte
in Si von qc = 1,9 × 1012 cm–2 ergibt.
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Ein
besonderes Augenmerk ist jedoch auf spezielle Bereiche des Halbleiterbauelements
zu richten, in denen im Fall des Anliegens einer Sperrspannung kein
Durchbruchsstrom entstehen soll, da es zu einer Schädigung dieser
Bereiche des Halbleiterbauelements kommen kann. Solche Bereiche
des Halbleiterbauelements sind beispielsweise der Rand eines Halbleiterchips,
da es in diesen Bereichen beim Entstehen eines Durchbruchsstroms
zu irreversiblen thermischen Schädigungen
des Chips kommen kann, da der Strom aus dem Randbereich nicht genügend effektiv
abgeführt
werden kann. Es ist daher in diesem speziellen Fall wünschenswert,
daß der Durchbruchsstrom
hauptsächlich über das
aktive Gebiet des Halbleiterbauelements, beispielsweise das Zellenfeld
eines Feldeffekt-Transistors,
geführt
wird. Ähnliche
Probleme können
auch bei anderen sensiblen Gebieten anderer Arten von sperrspannungsaufnehmenden
Halbleiterbauelementen auftreten. Um dies zu verhindern, kann vorgesehen
werden, daß zumindest
die der Katodenregion benachbarte Ebene so ausgelegt ist, daß in denje nigen
Bereichen, die im Bezug auf Durchbruchsströme unsensibel sind, also nicht
die Gefahr einer Beschädigung
oder Zerstörung
beim Auftreten von Durchbruchsströmen aufweisen, keine vollständige gegenseitige
Ausräumung der
Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps erfolgt, andererseits jedoch
in denjenigen Gebieten, die in Bezug auf das Auftreten von Durchbruchsströmen sensibel
sind, also die Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung des
entsprechenden Bereiches des Halbleiterbauelementes aufweisen, eine
vollständige gegenseitige
Ausräumung
der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps in diese Ebene erfolgt.
Es kann somit erzielt werden, daß beispielsweise im Bereich der
Katodenregion, wie beispielsweise im Bereich des Zellenfeldes eines
Transistors, keine vollständige
gegenseitige Ausräumung
der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps erfolgt. In einem anderen Bereich
des Halbleiterbauelements, wie beispielsweise in seinem Randbereich,
erfolgt jedoch eine vollständige
gegenseitige Ausräumung
der Gebiete innerhalb dieser Ebene. Somit verbleibt im unsensiblen
Bereich des Halbleiterbauelements eine Restladung aufgrund der nicht
vollständigen
gegenseitigen Ausräumung,
was zum Auftreten eines Durchbruchsstroms bereits bei einer niedrigeren
Sperrspannung führt
als in denjenigen Bereichen, in denen eine vollständige gegenseitige
Ausräumung
der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps auftritt. Somit kann
das Auftreten des Durchbruchsstroms auf bestimmte Bereiche, wie
beispielsweise das Zellenfeld eines Transistors, konzentriert werden.
Die sensiblen Bereiche des Halbleiterbauelements werden damit durch
das Auftreten eines Durchbruchsstroms nicht beeinträchtigt.
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Eine
solche vorstehend beschriebene Struktur zur Konzentrierung von Durchbruchsströmen in gewissen
Bereichen des Halbleiterbauelements kann beispielsweise dadurch
hergestellt werden, daß die der
Katodenregion benachbarte Ebene zunächst mit einer solchen Verteilung
und Dotierung der Gebiete ersten und zweiten Leitungstyps innerhalb
dieser Ebene ausgelegt wird, die keine vollständige gegenseitige Ausräumung der
Ge biete ersten bzw. zweiten Leitungstyps ermöglicht. Anschließend kann
durch Eindiffusion oder Implantation von Dotiermaterial ersten bzw.
zweiten Leitungstyps in denjenigen Bereichen der Ebene, die den
sensiblen Bereichen des Halbleiterbauelements benachbart sind, die
Dotierung und Ausdehnung der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps
so nachgeregelt werden, daß in
diesen Bereichen sich die Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps
nun gegenseitig ausräumen
können.
In den übrigen
Bereichen der Ebene wird jedoch weiterhin keine vollständige gegenseitige
Ausräumung
der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps ermöglicht, so daß ein Durchbruchsstrom
zunächst
in diesen übrigen
Gebieten auftritt. Es kann jedoch auch umgekehrt vorgesehen werden,
daß zunächst innerhalb der
Ebene alle Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps so ausgelegt
werden, daß ein
weitgehend vollständige
gegenseitige Ausräumung
dieser Gebiete bei Anlegen einer Sperrspannung garantiert ist. Anschließend wird
lediglich in denjenigen Bereichen der Ebene, die den unsensiblen
Bereichen des Halbleiterbauelements benachbart sind, eine Veränderung
der Ausdehnung bzw. Dotierung der Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps
vorgenommen, so daß nun
in diesen, veränderten
Bereichen, keine vollständige
gegenseitige Ausräumung
mehr möglich
ist. Diese Veränderung
dieser Gebiete kann ebenfalls durch Eindiffusion oder Implantation
von Dotiermaterial ersten bzw. zweiten Leitungstyps in die entsprechende
Ebene erfolgen.
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Es
wird nachfolgend ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung
eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes
beschrieben. Dieses Verfahren weist dabei folgende Verfahrensschritte
auf:
- – Bereitstellen
einer Anodenregion,
- – Auftragen
mehrerer Epitaxieschichten ersten Leitungstyps auf der Anodenregion,
- – Implantation
von Dotiermaterial zweiten Leitungstyps in Form von Streifen oder
Inseln in jede der Epitaxieschichten nach dem Auftragen jeder der
Epitaxieschichten auf die An odenregion,
- – Bildung
mindestens einer Katodenregion auf den Epitaxieschichten,
- – Ausdiffusion
des implantierten Dotiermaterials vor oder nach Bildung der Katodenregion.
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Ein
solches Verfahren ist wesentlich unempfindlicher gegen Justiertoleranzen
als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, da das Auftragen
mehrerer Epitaxieschichten vorgesehen ist, wobei jeweils einzelne
Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps nur innerhalb einer Epitaxieschicht
erfolgt und erst die Gesamtzahl aller Epitaxieschichten die dritte
Region zwischen der Anodenregion und Katodenregion des Halbleiterbauelements
bildet. Es erfolgt dabei bereits eine Implantation von Dotiermaterial
zweiten Leitungstyps in Form von Streifen oder Inseln in die jeweiligen
Epitaxieschichten, wodurch bereits die spätere Form der Gebiete ersten
bzw. zweiten Leitungstyps nach Ausdiffusion des Dotiermaterials
festgelegt wird. Wie bereits vorstehend beschrieben, können jedoch
die einzelnen Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps der unterschiedlichen Ebenen
versetzt zueinander in den Schichten gebildet werden.
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Es
zeigen:
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1:
Vertikales Feldeffekt-Halbleiterbauelement mit inselförmigen Gebieten
ersten bzw. zweiten Leitungstyps zwischen der Katodenregion und der
Anodenregion.
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2: Schematische Darstellung der Anordnung
inselförmiger
Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps zwischen einer Katodenregion
und einer Anodenregion.
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3: Schematische Darstellung der Anordnung
streifenförmiger
Gebiete ersten bzw. zweiten Leitungstyps zwischen einer Katodenregion
und einer Anodenregion.
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Die 1 zeigt
ein vertikales Feldeffekt-Halbleiterbauelement, das im Bereich seiner
ersten Oberfläche 2 eine
n+-dotierte
Drainregion 1 als Anodenregion aufweist. Im Bereich einer
zweiten Oberfläche 4 sind
Sourceregionen 3 als Kathodenregionen ausgebildet. Diese
n+-dotierten Sourceregionen 3 sind
dabei in p-dotierte Bodyregionen 14 eingebettet, die zusätzlich noch
eine p+-Tiefdiffusion 15 aufweisen,
die sich tiefer in das Halbleiterbauelement erstreckt als der übrige, p-dotierte
Bereich 14 der Bodyregion. Über den Bodyregionen 14 und
den Sourceregionen 3 sind Gate-Elektroden 16 angeordnet, die
durch ein Gate-Oxid 17 von den Sourceregionen 3 und
den Bodyregionen 14 getrennt sind.
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Zwischen
den Kathodenregionen 3 und der Anodenregion 1 ist
eine dritte Region 5 ausgebildet, die aus einzelnen, n-dotierten Schichten 12a, 12b, 12c besteht,
in welche p-dotierte
Gebiete 6, 7 eingebettet sind, die in mehreren
Ebenen 13a, 13b übereinander angeordnet sind.
In dem speziellen Fall nach 1 sind die
p-dotierten Gebiete 6, 7 als inselförmige Gebiete
ausgebildet, die im Querschnitt eine annähernd runde bzw. elliptische
Struktur aufweisen. Zwischen den p-dotierten Gebieten 6, 7 sind
in den einzelnen Ebenen 13a, 13b n-dotierte Gebiete 9, 10 angeordnet.
Die p-dotierten Gebiete 6, 7 von übereinander
angeordneten Ebenen 13a, 13b, wie auch die n-dotierten
Gebiete 9, 10 sind jeweils versetzt zueinander
angeordnet, es ist jedoch jedes p-dotierte Gebiet 6, 7 bzw.
jedes n-dotierte Gebiet 9, 10 einer Ebene 13a, 13b jeweils
mit mindestens einem entsprechenden Gebiet gleicher Dotierung der
angrenzenden Ebene 13a, 13b verbunden. Außerdem grenzen die
p-dotierten Gebiete 6 der obersten Ebene 13a an die
Bodyregionen 14 bzw. die Tiefdiffusionen 15 der Bodyregionen 14 an,
so daß ausgehend
von den Bodyregionen 14 durch die p-dotierten Gebiete 6, 7 durchgehende,
p-dotierte Gebiete über
die Ebenen 13a, 13b hinweg in Richtung zur Anodenregion 1 vorliegen.
An diese durchgehenden p-Gebiete grenzen ebenfalls durchgehende
n-dotierte Gebiete an, die sich von der zweiten Oberfläche 4 aus
zur Anodenregion 1 hin erstrecken und in den Ebenen 13a, 13b durch
die aneinander angrenzenden n-dotierten Gebiete 9, 10 gebildet
werden.
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2a und 2b zeigen
nochmals genauer die Struktur der inselförmigen Gebiete nach 1. In 2b ist
hierbei dargestellt, daß die
dritte Region 5 auch noch weitere Schichten 12a, 12b, 12c, 12d umfassen
kann, wodurch die Bildung noch weiterer Ebenen 13a, 13b, 13c von
p-dotierten Gebieten 6, 7, 8 und n-dotierten
Gebieten 9, 10, 11 innerhalb der jeweiligen
Ebenen 13a, 13b, 13c möglich wird.
Die p-dotierten
Gebiete 6, 7, 8 sowie die n-dotierten
Gebiete 9, 10, 11 sind dabei wiederum
versetzt gegeneinander angeordnet, wobei jedoch trotzdem sichergestellt
wird, daß die
p-dotierten Gebiete 6, 7, 8 jeder der
Ebenen 13a, 13b, 13c mit den entsprechenden p-dotierten
Gebieten 6, 7, 8 der angrenzenden Ebenen 13a, 13b, 13c verbunden
sind. Analoges gilt für die
n-dotierten Gebiete 9, 10, 11. Es kann
hierzu beispielsweise die Lateralausdehnung der p-dotierten Gebiete 6, 7, 8 größer gewählt werden
als die Lateralausdehnung der n-dotierten
Gebiete 9, 10, 11 zwischen den p-dotierten
Gebieten 6, 7, 8 innerhalb der jeweiligen
Ebene 13a, 13b, 13c. Dies erleichtert
es, eine Verbindung zwischen den entsprechenden p-dotierten Gebieten 6, 7, 8 von
aneinander angrenzenden Ebenen 13a, 13b, 13c herzustellen.
Wird nun außerdem
sichergestellt, daß die
p-dotierten Gebiete 6, 7, 8 nicht zu
weit gegeneinander versetzt werden, im vorliegenden Fall beispielsweise
um maximal 75% der Ausdehnung eines n-dotierten Gebietes 9, 10, 11 einer
angrenzenden Ebene, so kann verhindert werden, daß beispielsweise
ein p-dotiertes Gebiet 7 der mittleren Ebene 13b an
zwei p-dotierte Gebiete 6 der oberen Ebene 13a angrenzt
und dadurch eine lateral durchgehende, gewellte p-Schicht aus den
p-dotierten Gebieten 6 und 7 der Ebenen 13a und 13b gebildet
wird, die keine vertikal durchgehenden n- dotierten Gebiete 9, 10, 11 mehr
zuläßt. Der
vorliegende Fall nach 2b zeigt vielmehr, daß sowohl
vertikal durchgehende p-Gebiete 6, 7, 8 als
auch vertikal durchgehende n-Gebiete 9, 10, 11 über die
Gesamtzahl der Ebenen 13a, 13b, 13c hinweg
vorliegen.
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Die
Geometrie der p-dotierten Gebiete 6, 7, 8 sowie
der n-dotierten
Gebiete 9, 10, 11 kann prinzipiell beliebig
gewählt
werden, ebenso wie ihre Anordnung innerhalb einer Ebene 13a, 13b, 13c.
In 2a ist hierzu beispielhaft eine hexagonale Anordnung der
inselförmigen,
weitgehend runden p-dotierten Gebiete 6, 7 innerhalb
einer Ebene 13a, 13b dargestellt. Aus 2a wird
weiterhin deutlich, daß die p-dotierten,
inselförmigen
Gebiete 6 einer ersten Ebene 13a versetzt zu den
entsprechenden, p-dotierten Gebieten 7 einer angrenzenden
Ebene 13b angeordnet sind. Trotzdem bleibt in den Zwischenräumen zwischen
den inselförmigen,
p-dotierten Gebieten 6, 7 noch genügend Raum
für die
n-dotierten Gebiete 9, 10.
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3 zeigt eine weitere Alternative zu den inselförmigen Gebieten
nach 1 oder 2. Es werden
hierbei streifenförmige,
balkenförmige
oder röhrenförmige p-dotierte
Gebiete 6, 7, 8 in den einzelnen Ebenen 13a, 13b, 13c vorgesehen,
wie 3a und 3b zeigen.
Damit entstehen auch automatisch zwischen den p-dotierten Gebieten 6, 7, 8 streifenförmige, balkenförmige oder
röhrenförmige n-dotierte
Gebiete 9, 10, 11, die die gleiche Ausrichtung aufweisen
wie die p-dotierten Gebiete 6, 7, 8.
Es sind wiederum die p-dotierten
Gebiete 6, 7, 8 und damit auch automatisch
die n-dotierten
Gebiete 9, 10, 11 jeder der Ebenen 13a, 13b, 13c versetzt
zu den entsprechenden Gebieten der angrenzenden Ebenen 13a, 13b, 13c angeordnet,
wobei die Gebiete der einen Ebene jeweils einen von 0 verschiedenen
Winkel mit den Gebieten der anderen, angrenzenden Ebenen einschließen. Im
speziellen Fall nach 3a beträgt der Winkel zwischen diesen
Ebenen 90°,
wodurch eine gitterförmige
bzw. maschenförmige
Struktur der p-dotierten Gebiete 6, 7, 8 und
der n-dotierten Gebiete 9, 10, 11 über die
Ebenen 13a, 13b, 13c hinweg entsteht.
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Die
p-dotierten Gebiete nach den 1 bis 3 lassen sich jeweils im Rahmen des Aufbaus
der dritten Region 5 aus einzelnen Epitaxieschichten 12a, 12b, 12c, 12d herstellen.
Betrachtet man das Beispiel nach 1, so wird
zunächst
eine erste Epitaxieschicht 12c auf der Anodenregion bzw.
Drainregion 1 aufgetragen. Anschließend erfolgt die Implantation
von Dotiermaterial vom Typ P in die Oberfläche der Epitaxieschicht 12c,
wobei bereits eine inselförmige
Implantationsstruktur gebildet wird. Anschließend erfolgt die Abscheidung
einer weiteren Epitaxieschicht 12b auf der ersten Epitaxieschicht 12c und es
erfolgt wiederum eine Implantation von p-Dotiermaterial in die Oberfläche der
zweiten Epitaxieschicht 12b, wiederum in Form einer inselförmigen Struktur,
jedoch versetzt gegenüber
der Implantationsstruktur der ersten Epitaxieschicht 12c.
Anschließend
erfolgt die Abscheidung einer dritten Epitaxieschicht 12a,
in deren Oberflächenbereich
die Ausbildung der Kathodenregion und damit der Feldeffekt-Transistorstruktur
aus Gate-Elektrode 16, Bodyregion 14 und Sourceregion 3 erfolgt.
Vor oder nach der Bildung der Kathodenregion 3 wird ein
Temperaturschritt durchgeführt,
bei dem eine Ausdiffusion des implantierten p-Dotiermaterials in
die Epitaxieschichten 12a, 12b, 12c erfolgt,
so daß die
p-dotierten Gebiete 6, 7 annähernd hälftig in
den Epitaxieschichten 12a, 12b, 12c angeordnet
sind, wie in 1 dargestellt. Die Ausdiffusion
muß dabei
soweit erfolgen, daß eine
Verbindung der einzelnen p-dotierten Gebiete untereinander hergestellt
werden kann, andererseits auch eine Verbindung der obersten p-dotierten
Gebiete 6 zu den Bodyregionen 14 bzw. den Tiefdiffusionen 15 gewährleistet
wird.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
sowie das erfindungsgemäße Verfahren
stellt sicher, daß der
oberflächenorientierte
Teil eines Halbleiterbauelementes weitgehend unabhängig vom
Aufbau der dritten Region zwischen den Oberflächen des Halbleiter bauelementes
ausgestaltet werden kann. Es muß lediglich
sichergestellt werden, daß die
vertikal durchgehenden p-dotierten
Gebiete 6, 7, 8 sowie die n-dotierten
Gebiete 9, 10, 11 in geeigneter Weise
mit den Bereichen an den Oberflächen 2, 4 verbunden werden.
So muß im
Beispiel nach 1 sichergestellt sein, daß die p-dotierten
Gebiete 6, 7 jeweils mit einer Bodyregion 14 verbunden
sind. Dies läßt sich beispielsweise
dadurch erfüllen,
daß das
Zellraster der dotierten Gebieten in der dritten Region 5 immer größer oder
gleich dem Zellraster der Regionen des Halbleiterbauelements an
den Oberflächen 2, 4 gewählt wird,
d. h., daß die
Strukturgrößen der
dotierten Gebiete 6, 7 im Fall von 1 größer gewählt werden
als die Strukturgrößen der
auf der Oberfläche 4 angeordneten
Transistorstrukturen aus Bodyregionen 14, Sourceregionen 3 und
Gate-Elektroden 16. Es ist damit auch möglich, das Kanalweiten-, Kanallängen-Verhältnis praktisch
beliebig auszulegen. Spezielle Masken, die zur Korrektur dieser
Größe bei derzeitigen
Technologien eingesetzt werden, können damit eliminiert werden.
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Um
weiterhin zu verhindern, daß die
Einsatzspannung, d. h. der Kanalbereich der Transistorstruktur in 1 durch
die obersten, p-dotierten Gebiete 6 beeinflußt wird
und zum anderen oberflächennahe Löcherströme in Horizontalrichtung
möglichst
vermieden werden, um die Gefahr des Einschaltens eines parasitären Bipolartransistors
verringern, können sehr
tiefreichende Bodyregionen 14 oder die in 1 dargestellten,
zusätzlichen
p+-Tiefdiffusionen 15 vorgesehen
werden und die oberste Epitaxieschicht 12a dicker ausgelegt
werden.
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Die
vorliegende Erfindung bietet den Vorteil, daß die dritte Region 5 des
Halbleiterbauelements praktisch unabhängig von den Oberflächenstrukturen des
Halbleiterbauelements vorgefertigt werden kann. Diese können somit
als Standardmaterial vorgefertigt werden, auf die später beliebige
Oberflächenstrukturen
aufgebracht werden können.
Die Planung und Her stellung von Halbleiterbauelementen kann damit wesentlich
vereinfacht werden.