DE10052170C2 - Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement - Google Patents

Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, insbesondere einen mittels Feldeffekt steuerbaren Transistor.
Aus der DE 198 28 191 C1 ist ein lateraler Hochspannungstran­ sistor bekannt, der auf einem n-leitenden Substrat eine epi­ taktische Schicht aufweist, in der Source- und Drain-Zonen sowie eine die Source-Zone umgebende Kanalzone ausgebildet sind. In der epitaktischen Schicht sind Trenche vorgesehen, deren Seitenwände stark mit einem zu der übrigen epitakti­ schen Schicht komplementären Dotierstoff dotiert sind. Mit­ tels einer Gate-Elektrode, die isoliert gegenüber der Kanal­ zone ausgebildet ist, kann ein leitender Kanal in der Kanal­ zone gesteuert werden.
Bei Anlegen eine Source-Drain-Spannung breitet sich bei die­ sem Transistor - wenn keine Gate-Source-Spannung angelegt ist - ausgehend von der Source-Zone eine Raumladungszone aus, die mit steigender Spannung nach und nach die komplementär do­ tierten Seitenwände der Trenche in Richtung der Drain-Zone erreicht. Dort, wo sich die Raumladungszone ausbreitet, re­ kombinieren freie Ladungsträger der dotierten Seitenwände der Trenche mit freien Ladungsträgern der umgebenden epitakti­ schen Schicht. In diesen Bereichen, in denen sich die freien Ladungsträger durch Rekombination gegenseitig kompensieren resultiert mangels freier Ladungsträger eine hohe Durchbruch­ spannung. Die Sperrspannung des Transistors lässt sich durch die Dotierung der Trenche einstellen, wobei die epitaktische Schicht vergleichsweise hoch dotiert ist, woraus bei ange­ steuertem Gate ein niedriger Einschaltwiderstand des Transis­ tors resultiert.
Derartige Transistoren mit kleinem Einschaltwiderstand aber hoher Sperrspannung sind derzeit nur als diskrete Bauelemente erhältlich, das heißt in einem Halbleiterkörper ist lediglich der Transistor realisiert. Für viele Anwendungen, beispiels­ weise zum Schalten von Lasten ist es allerdings wünschens­ wert, einen Transistor als Schaltelement und dessen zugehöri­ ge Ansteuerschaltung, beispielsweise in CMOS-Technologie, in einem einzigen Halbleiterkörper zu integrieren.
Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement weist einen Halb­ leiterkörper mit einem Substrat eines ersten Leitungstyps und einer darüberliegenden ersten Schicht eines zweiten Leitungs­ typs auf. In der Schicht des zweiten Leitungstyps ist eine Kanalzone des ersten Leitungstyps mit einer benachbart dazu angeordneten ersten Anschlusszone des zweiten Leitungstyps ausgebildet. In der zweiten Schicht ist des weiteren eine zweite Anschlusszone des zweiten Leitungstyps ausgebildet. Die erste Anschlusszone bildet bei einem Transistor die Sour­ ce-Zone und die zweite Anschlusszone bildet die Drain-Zone. Die Source-Zone ist in der zweiten Schicht von einer Kanalzo­ ne umgeben, in der sich ein leitender Kanal durch Anlegen ei­ nes Ansteuerpotentials an eine isoliert gegenüber der Kanal­ zone angeordnete Steuerelektrode bzw. Gate-Elektrode ausbil­ den kann.
Um die erste Schicht zur Erreichung eines niedrigen Ein­ schaltwiderstandes hoch dotieren zu können und andererseits eine hohe Sperrspannung zu erreichen, sind in der ersten Schicht Kompensationszonen des ersten Leitungstyps vorgese­ hen, wobei zwischen diesen Kompensationszonen und dem Sub­ strat des ersten Leitungstyps eine zweite Schicht des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist, die vorzugsweise niedriger als die erste Schicht dotiert ist.
Bei integrierten Schaltungen liegt das Substrat üblicherweise auf einem Bezugspotential. Die zweite Schicht verhindert dann, dass bei Anlegen eines hohen Potentials an eine der An­ schlusszonen Ladungsträger in das Substrat gelangen, wo sie zu anderen Schaltungskomponenten in dem Halbleiterkörper, beispielsweise zu einer Ansteuerschaltung, gelangen könnten, deren Funktion sie stören würden. Die zweite Schicht wird bei einer großen Potentialdifferenz zwischen einer der Anschluss­ zonen und dem Substrat aufgrund der sich dann ausbildenden Raumladungszone ausgeräumt, das heißt die freien Ladungsträ­ ger in der zweiten Schicht rekombinieren mit freien Ladungs­ trägern des Substrats und/oder der Kompensationszonen. Die zweite Schicht bildet dann eine Potentialbarriere für freie Ladungsträger des ersten Leitungstyps zwischen der ersten Schicht und dem Substrat.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Begren­ zungszone vorgesehen, die sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckt. Diese Begrenzungszone reicht vorzugsweise im unteren Bereich des Halbleiterkörpers bis an das Substrat und erstreckt sich im oberen Bereich des Halb­ leiterkörpers bis an die Kanalzone oder ist in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers versetzt zu der Kanalzone an­ geordnet und reicht bis an eine erste Oberfläche des Halblei­ terkörpers. Die Begrenzungszone des ersten Leitungstyps, die damit komplementär zu der ersten Schicht dotiert ist, be­ grenzt das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers. Ein Ladungsträgeraustausch in lateraler Richtung wird durch die Begrenzungszone verhindert, wodurch jenseits dieser Begrenzungszone weitere Halbleiter­ schaltungen, beispielsweise Ansteuerschaltungen in CMOS- Technologie realisiert werden können, wobei sich die Ansteu­ erschaltung und das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ge­ genseitig nicht stören.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß sich die Kompensationszonen in der ersten Schicht säulenför­ mig in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstrecken, wobei sich gemäß einer weiteren Ausführungsform wenigstens einige der Kompensationszonen an die Kanalzone anschließen. Üblicherweise sind bei Transistoren die Source-Zone als erste Anschlusszone und die Kanalzone kurzgeschlossen, so daß sich die an die Kanalzone anschließenden Kompensationszonen auf demselben Potential wie die erste Anschlusszone befinden.
Gemäß einer weitere Ausführungsform der Erfindung sind die Kompensationszonen kugelförmig ausgebildet und verteilt in der ersten Schicht des zweiten Leitungstyps angeordnet.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die erste Schicht des zweiten Leitungstyps schwach zu dotieren und benachbart zu den Kompensationszonen, die insbesondere säulenförmig ausge­ bildet sind, stärker dotierte zweite Kompensationszonen des zweiten Leitungstyps auszubilden. Bei Anlegen einer hohen Spannung zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone räumen sich die Kompensationszonen des ersten Leitungstyps und die jeweils benachbarten zweiten Kompensationszonen des zweiten Leitungstyps gegenseitig aus, das heißt die freien Ladungs­ träger der Kompensationszone des ersten Leitungstyps rekombi­ nieren mit den freien Ladungsträgern der zweiten Kompensati­ onszone des zweiten Leitungstyps.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiter­ bauelements ist vorgesehen, daß die zweite Anschlusszone wan­ nenartig im Bereich der ersten Oberfläche des Halbleiterkör­ pers bzw. der ersten Schicht ausgebildet ist. Die Ladungsträ­ ger bewegen sich bei diesem Ausführungsbeispiel zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone im wesentlichen in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers fort. Bei einer weiteren Aus­ führungsform ist vorgesehen, daß sich die zweite Anschlusszo­ ne in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers bis an die zweite Schicht erstreckt und im Bereich der zweiten Schicht in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers unterhalb der ersten Anschlusszone verläuft. Bei dieser Ausführungsform, bei welcher der laterale Abschnitt der hochdotierten zweiten Anschlusszone vergraben in dem Halbleiterkörper verläuft und mittels des vertikalen Abschnitts an der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers kontaktierbar ist, erfolgt die Ladungs­ trägerbewegung im wesentlichen in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, daß ver­ tikale Abschnitte der zweiten Anschlusszone und der lateral verlaufende Abschnitt der zweiten Anschlusszone die ersten Anschlusszonen und wenigstens einige der Kompensationszonen wannenartig umschließen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Halbleiterbauelements in seitlicher Schnitt­ darstellung;
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform mit langgestreckten ersten Anschlusszonen in Schnittdarstellung in Draufsicht;
Fig. 3 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit ei­ ner ringförmig geschlossenen ersten Anschlusszone in seitlicher Schnittdarstellung in Draufsicht;
Fig. 4 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in seitlicher Schnittdarstellung;
Fig. 5 ein Halbleiterbauelement mit mehreren ersten An­ schlusszonen und säulenförmig verlaufenden Kompen­ sationszonen in seitlicher Schnittdarstellung;
Fig. 6 ein Halbleiterbauelement mit mehreren ersten An­ schlusszonen und kugelförmig ausgebildeten Kompen­ sationszonen in seitlicher Schnittdarstellung;
Fig. 7 ein Halbleiterbauelement mit mehreren ersten An­ schlusszonen und benachbart angeordneten ersten und zweiten Kompensationszonen in seitlicher Schnitt­ darstellung; und
Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement mit meh­ reren ersten Anschlusszonen und einer die ersten Anschlusszonen wannenartig umgebenden zweiten An­ schlusszone in seitlicher Schnittdarstellung.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Abschnitte und Zonen mit glei­ cher Bedeutung.
Fig. 1 zeigt ein als MOS-Transistor ausgebildetes erfin­ dungsgemäßes Halbleiterbauelement in seitlicher Schnittdar­ stellung, wobei Fig. 2 einen Schnitt durch das Halbleiter­ bauelement gemäß Fig. 1 entlang der Schnittebene A-A' ge­ mäß einer ersten Ausführungsform zeigt und wobei Fig. 3 das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 1 in Draufsicht auf die Schnittebene A-A' gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Der erfindungsgemäße MOS-Transistor weist einen Halbleiter­ körper 20 mit einem schwach p-dotierten Substrat 22 und einer darüberliegenden n-dotierten ersten Schicht 24 auf. In der ersten Schicht 24 ist ausgehend von einer ersten Oberfläche 201 wannenartig eine p-dotierte Kanalzone 50 eingebracht, in welcher wannenartig eine stark n-dotierte ersten Anschlusszone der eine stark n-dotierte erste Anschlusszone 40 ausgebil­ det ist. Die erste Anschlusszone 40 bildet dabei die Source- Zone des MOS-Transistors. In der n-dotierten ersten Schicht 24 ist in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 20 beabstandet zu der Kanalzone 50 eine stark n-dotierte zweite Anschlusszone 60 eingebracht, welche in dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 ebenfalls wannenartig ausgehend von der ersten Oberfläche 201 ausgebildet ist. Die zweite Anschluss­ zone 60 bildet die Drain-Zone des MOS-Transistors. Die Drain- Zone 60 ist mittels einer Drain-Elektrode 62 auf der ersten Oberfläche 201 kontaktiert, welche einen Drain-Anschluss des MOS-Transistors bildet. In entsprechender Weise ist die Sour­ ce-Zone 40 mittels einer Source-Elektrode 52 kontaktiert, welche die Source-Zone 40 und die Kanalzone 50 kurzschließt und welche den Source-Anschluss S des MOS-Transistors bildet.
Zur Ansteuerung des MOS-Transistors ist eine Gate-Elektrode 70 oberhalb der Kanalzone 50 vorgesehen, welche mittels einer Isolationsschicht 72 gegenüber dem Halbleiterkörper 20 iso­ liert ist und welche einen Gate-Anschluß des MOS-Transistors bildet.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt zwei Source-Zonen 40 bzw. Kanal­ zonen 50, jeweils in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 20 links und rechts neben der Drain-Zone 60. Diese Source- Zonen 40 sind miteinander verbunden und können, wie in Fig. 2 dargestellt ist, als langgestreckte Streifen in dem Halb­ leiterkörper 20 ausgebildet sein, zwischen denen eine eben­ falls langgestreckte Drain-Zone 60 ausgebildet ist. Die lang­ gestreckten Source-Zonen und die langgestreckte Drain-Zone können sich bis zu Rändern oder Randbereichen des Halbleiter­ körpers erstrecken. Die Kanalzone 50 und die Source-Zone 40 können die Drain-Zone 60, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, auch ringförmig umschließen. Fig. 1 zeigt einen Quer­ schnitt sowohl durch eine Ausführungsform des erfindungsgemä­ ßen Halbleiterbauelements gemäß Fig. 2 als auch eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements gemäß Fig. 3.
In der n-dotierten Schicht 24 sind p-dotierte Kompensations­ zonen 30 ausgebildet, welche sich in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 säulenförmig in vertikaler Richtung des Halb­ leiterkörpers 20 erstrecken. Der Querschnitt dieser Säulen 30 ist in den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 2 und 3 kreisförmig, dieser Querschnitt kann jedoch nahezu beliebige andere geometrische Formen annehmen und beispielsweise recht­ eckig oder quadratisch sein.
Die säulenförmigen Kompensationszonen 30 beginnen bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 auf Höhe der ersten Ober­ fläche 201 und erstrecken sich in vertikaler Richtung bis zu einer zweiten n-leitenden Schicht 26, welche zwischen den Kompensationszonen 30 und dem Substrat 22 ausgebildet ist. Diese zweite n-leitende Schicht 26 ist dabei vorzugsweise schwächer dotiert als die erste n-leitende Schicht 24.
Unterhalb der ersten Oberfläche 201 des Halbleiterkörpers 20 ist des weiteren eine p-dotierte Schicht 32 ausgebildet, wel­ che vorzugsweise bis an die Kanalzone 50 heranreicht und wel­ che die Kompensationszonen 30 miteinander verbindet. Die p- dotierte Schicht 32 reicht vorzugsweise nicht bis an die zweite Anschlusszone 60 heran. Ebenso reicht eine unterhalb der Drain-Zone 60 ausgebildete Kompensationszone 30A nicht bis an die Drain-Zone 60 heran.
Der Bereich der ersten Schicht 24, in welchem die Kompensati­ onszonen 30 ausgebildet sind, bildet die Driftstrecke des MOS-Transistors. Der MOS-Transistor bzw. dessen Driftstrecke ist in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers durch eine p- dotierte Begrenzungszone 80 begrenzt, welche sich in dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ausgehend von der Kanalzone 50 bis an das Substrat 22 erstreckt. Die Begrenzungszone 80 kann dabei, wie die Source-Zone 40 in Fig. 2, unterhalb der Source-Zone langgestreckt bis an die Ränder des Halbleiterkörpers 20 verlaufen oder sie kann, entsprechend der Source-Zone 40 in Fig. 3, die Driftstrecke ringförmig umgeben.
Die Begrenzungszone 80, die vorzugsweise höher als das p- dotierte Substrat 22 dotiert ist, bildet einen pn-Übergang mit der ersten Schicht 24 und verhindert, daß n-Ladungsträger durch die Begrenzungszone 80 in n-dotierte Zonen 124 benach­ barter Bauelemente, bzw. benachbarter Halbleiterschaltungen gelangen, die in Fig. 1 beispielhaft durch zwei CMOS- Transistoren T1, T2 und einem Anschluss für Versorgungspoten­ tial +U repräsentiert sind. Ein derartige Ansteuerschaltung könnte beispielsweise eine Ansteuerschaltung für den rechts in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen MOS-Transistor sein, welche mit dem MOS-Transistor in dem selben Halbleiter­ körper realisiert ist.
Beispielhaft sind im folgenden typische Dotierungskonzentra­ tionen der einzelnen Zonen des Halbleiterbauelements gemäß Fig. 1 angegeben:
Substrat 22: Volumendotierung 1014-1015 cm-3
n-dotierte Zone 124: Volumendotierung 1015-1016 cm-3
Drain-Zone 60: Volumendotierung 1018-1020 cm-3
Kompensationszonen 30: Flächendotierung 1012 cm-2
Driftstrecke 24: Flächendotierung 1012 cm-2
Zweite Schicht 26: Flächendotierung 1012 cm-2
Zone 32: Flächendotierung < 1012 cm-2
Dieser MOS-Transistor weist einen niedrigen Einschaltwider­ stand und eine hohe Durchbruchspannung auf, wobei die zweite n-leitende Schicht 26 verhindert, daß Ladungsträger aus der Driftzone des MOS-Transistors in das Substrat 22 gelangen, wie im folgenden erläutert wird.
Wird bei dem erfindungsgemäßen MOS-Transistor eine positive Spannung zwischen dem Gate-Anschluß G und dem Source- Anschluss S angelegt, so bildet sich in der Kanalzone 50 unterhalb der Gate-Elektrode 72 ein leitender Kanal aus. Bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Drain-Elektrode D und der Source-Elektrode S fließt ein Ladungsträgerstrom in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 20 durch die Drift­ strecke zwischen der Source-Zone 40 und der Drain-Zone 60. Die Drain-Source-Spannung ist in Fig. 1 als Spannung +UD dargestellt, wobei angenommen ist, daß die Source-Elektrode auf einem Bezugspotential der Schaltung, insbesondere Masse, liegt. Der Einschaltwiderstand Ron des MOS-Transistors ist umso geringer, je höher die Dotierung der ersten Schicht 24 mit n-Ladungsträgern ist.
Sperrt der MOS-Transistor, das heißt liegt kein Ansteuerpo­ tential an dessen Gate-Elektrode an, so breitet sich bei An­ legen einer Drain-Source-Spannung eine Raumladungszone ausge­ hend von der Source-Zone 40 bzw. der Kanalzone 50 in der Driftstrecke in Richtung der Drain-Zone 60 aus. Diese Raumla­ dungszone schreitet mit zunehmender Drain-Source-Spannung in Richtung der Drain-Zone 60 fort. Erreicht die Raumladungszone eine Kompensationszone 30, so nimmt die Kompensationszone 30 das Potential an, welches die Raumladungszone bei Erreichen der Rekombinationszone 30 besitzt. Freie p-Ladungsträger (Lö­ cher) dieser Kompensationszone 30 rekombinieren dabei mit freien n-Ladungsträgern (Elektronen) aus den Bereichen der Driftstrecke, welche die jeweilige Kompensationszone umgeben. Die Anzahl der freien Ladungsträger werden in der Driftstre­ cke dadurch mit zunehmender Sperrspannung, bzw. sich weiter ausdehnender Raumladungszone, geringer. Durch die Kompensati­ on der freien Ladungsträger weist der MOS-Transistor eine ho­ he Sperrspannung auf.
Das Substrat 22 liegt bei Halbleiterkörpern, in denen mehrere Halbleiterbauelemente realisiert sind, üblicherweise auf Be­ zugspotential. Das Substrat 22 ist bei dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1 mittels einer auf dem Substrat aufge­ brachten elektrisch leitenden Schicht 90, beispielsweise ei­ ner Metallisierung, kontaktierbar. Die Spannung zwischen dem Drain-Anschluss 60 und dem Substrat 22 entspricht dann der Drain-Source-Spannung des MOS-Transistors. Mit zunehmendem Drain-Potential +UD breitet sich ausgehend von dem Substrat 22 eine Raumladungszone nach oben aus, wodurch die zweite n- leitende Schicht ausgeräumt wird, das heißt die freien n- Ladungsträger der zweiten Schicht 26 rekombinieren mit Lö­ chern in dem umgebenden Substrat 22 bzw. den sich nach oben anschließenden Kompensationszonen 30. Die zweite Schicht 26, die vorzugsweise derart dotiert ist, dass sie vollständig ausgeräumt werden kann, bildet damit eine Potentialbarriere für freie Ladungsträger der Driftstrecke und verhindert, daß diese freien Ladungsträger in das Substrat 22 gelangen, wo sie sich ungehindert ausbreiten und die Funktion anderer in dem Halbleiterkörper 20 integrierter Halbleiterbauelemente stören könnten.
Vorzugsweise sind die Dotierungen der Kompensationszonen 30, der Driftstrecke 24 und der zweiten Schicht 26 so aufeinander abgestimmt, dass die Anzahl der p-Ladungsträger in etwa der Anzahl der n-Ladungsträger entspricht, so dass bei der maxi­ mal möglichen Sperrspannung, wenn die Raumladungszone ausge­ hend von der Source-Zone 40 die Drain-Zone 60 erreicht, die Kompensationszonen 40, Driftstrecke 24 und die zweite Schicht 26 vollständig ausgeräumt, das heißt keine freien Ladungsträ­ ger vorhanden, sind. Die Durchbruchspannung entspricht dann der Durchbruchspannung einer undotierten Driftstrecke 24.
Der erfindungsgemäße MOS-Transistor mit der Source-Zone 40, der die Source-Zone umgebenden Kanalzone 50, der Drain-Zone 60, der Driftstrecke 24 mit den Kompensationszonen 30, der Begrenzungszone 80, einer n-leitenden Schicht 26 zwischen den Kompensationszonen 30 und mit dem Substrat 22 ist zusammen mit weiteren Halbleiterbauelementen in einem Halbleiterkörper integrierbar. Ein MOS-Transistor als Leistungsschalter mit niedrigem Einschaltwiderstand und hoher Sperrspannung kann somit zusammen mit dessen Ansteuerschaltung platzsparend in einem Halbleiterkörper bzw. einem Chip integriert werden.
Fig. 4 zeigt ein weitere Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements im Querschnitt. Während sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die p-leitende Begrenzungszone 80 ausgehend von der Kanalzone 50 in vertika­ ler Richtung des Halbleiterkörpers 20 bis an das Substrat 22 erstreckt, ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 die Begrenzungszone 80 in lateraler Richtung beabstandet zu der Kanalzone 50 angeordnet und erstreckt sich von der ersten O­ berfläche 201 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 20 bis an das Substrat 22. In der n-leitenden Schicht 24 zwi­ schen der Kanalzone 50 und der Begrenzungszone 80 sind säu­ lenartige Kompensationszonen 30B, 30C, 30D ausgebildet, wel­ che sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 20 von der ersten Oberfläche 201 bis an die zweite n-leitende Schicht 26 erstrecken. Anders als die Kompensationszonen 30 zwischen der Kanalzone 50 und der Drain-Zone 60 sind die Kom­ pensationszonen 30B, 30C, 30D zwischen der Kanalzone 50 und der Begrenzungszone 80 nicht durch eine p-leitende Schicht 32 miteinander verbunden. Die Kompensationszonen 30B, 30C, 30D zwischen der Kanalzone 50 und der Begrenzungszone 80 sind so­ mit "floatend" in der zweiten Schicht 24 ausgebildet, das heißt sie befinden sich auf keinem definierten Potential und nehmen das Potential einer Raumladungszone an, welche sich bei sperrendem Halbleiterbauelement bis an die Kompensations­ zonen 30 erstreckt. Eine Entladung der Kompensationszonen 30B, 30C, 30D bei Wiedereinschalten des MOS-Transistors kann durch thermische Ladungsträger erfolgen.
Die Kompensationszonen 30B, 30C, 30D zwischen der Kanalzone 50 und der Begrenzungszone 80 erhöhen die Durchbruchspannung zwischen dem MOS-Transistor, der innerhalb einer durch die Begrenzungszone 80 und die n-leitende zweite Schicht 26 ge­ bildeten Wanne ausgebildet ist und benachbarten Halbleiter­ bauelementen, welche in Fig. 4 aus Gründen der Übersicht­ lichkeit nicht dargestellt sind.
Die Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 zeigt weiterhin Feld­ platten 90, 91, 92, 93, 94, die durch eine Isolationsschicht 74 gegenüber dem Halbleiterkörper 20 isoliert auf der ersten Oberfläche 201 angeordnet sind. Diese Feldplatten beeinflus­ sen in bekannter Weise den Feldlinienverlauf innerhalb und außerhalb des Halbleiterkörpers und verhindern einen Span­ nungsdurchbruch in den Randbereichen des MOS-Transistors Rän­ dern des. Eine erste schräg nach oben verlaufende Feldplatte 90 ist dabei mit der Begrenzungszone 80, eine zweite und dritte Feldplatte 91, 92 mit dem Source-Anschluss S und eine vierte und fünfte Feldplatte 93, 94 mit dem Drain-Anschluss D verbunden.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen als MOS-Transistor ausgebildeten Halbleiterbau­ elements in seitlicher Schnittdarstellung. Das Halbleiterbau­ element gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist mehrere Sour­ ce-Zonen 40A, 40B, 40C und jeweils diese umgebende Kanalzonen 50A, 50B, 50C auf, wobei die Source-Zonen 40A, 40B, 40C und die Kanalzonen 50A, 50B, 50C an eine gemeinsame Source- Elektrode 52, S angeschlossen sind. Die Source-Zonen 40A, 40B, 40C sind insbesondere ringförmig ausgebildet, wobei Fig. 5 einen Schnitt durch die Mitte dieser ringförmigen Sour­ ce-Zonen zeigt.
Gate-Elektroden 70A, 70B, 70C, 70D sind bei dem Bauelement gemäß Fig. 5 isoliert durch Isolationsschichten 72A, 72B, 72C, 72D auf dem Halbleiterkörper angeordnet und an eine ge­ meinsame Gate-Elektrode G angeschlossen. Die in Fig. 5 dar­ gestellten Gate-Elektroden 70A, 70B, 70C, 70D können insbe­ sondere Bestandteile einer einzigen gitterartig ausgebildeten Gate-Elektrode sein, wobei unterhalb von Aussparungen des Gitters die Source-Zonen 40A, 40B, 40C, 40D mit den Kanalzo­ nen 50A, 50B, 50C angeordnet sind und in den Aussparungen der Gitter eine Kontaktierung der Source-Zonen mittels der Sour­ ce-Elektrode 52 erfolgt.
In der oberhalb des Substrats 22 angeordneten ersten n- leitenden Schicht 24 sind Kompensationszonen 30 ausgebildet, wobei sich einige dieser Kompensationszonen an die Kanalzonen 50A, 50B, 50C anschließen und sich säulenartig in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 20 erstrecken. Andere Kompen­ sationszonen 30E sind zwischen den Kanalzonen 50A, 50C und den Begrenzungszonen 80 ausgebildet, wobei sich die Begren­ zungszonen von der ersten Oberfläche 201 des Halbleiterkör­ pers 20 bis an das Substrat 22 erstrecken. Die Drain-Zone 60 erstreckt sich in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 aus­ gehend von der ersten Oberfläche 201 in vertikaler Richtung bis an die n-dotierte zweite Schicht 26, welche zwischen dem Substrat 22 und der ersten n-leitenden Schicht 24 ausgebildet ist. Die Drain-Zone 60 erstreckt sich zudem in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers im Bereich der zweiten Schicht 26 unterhalb der ersten Anschlusszonen 40A, 40B, 40C. Während bei den Ausführungsbeispielen gemäß der Fig. 1 bis 4 der Ladungsträgertransport zwischen den Source-Zonen und den Drain-Zonen im wesentlichen in lateraler Richtung des Halb­ leiterkörpers 20 verläuft, so breiten sich die Ladungsträger bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 bei angesteuerter Gate-Elektrode G in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zwischen den Source-Zonen 40A, 40B, 40C und dem lateral ver­ laufenden Abschnitt der Drain-Zone 60 aus. Das Volumen der Driftstrecke kann bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 durch die größere Fläche der Drain-Zone 60, an welcher La­ dungsträger aus der Driftstrecke aufgenommen werden können, und der durch das Vorsehen mehrerer Source-Zonen 40A, 40B, 40C, bzw. Kanalzonen 50A, 50B, 60C, größeren Kanalfläche bes­ ser genutzt werden. Das heißt der MOS-Transistor gemäß Fig. 5 weist gegenüber den MOS-Transistoren gemäß der Fig. 1 bis 4 eine höhere Stromfestigkeit auf. Bei dem Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 5 bilden die zweite Schicht 26 und der lateral verlaufende Abschnitt der Drain-Zone 60 eine Potenti­ albarriere für Ladungsträger aus der Driftstrecke in das Sub­ strat 22.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements, welches sich von dem in Fig. 5 dargestellten dadurch unterscheidet, daß die Kompen­ sationszonen 30 in der ersten n-leitenden Schicht 24 kugel­ förmig ausgebildet und beanstandet zu den Kanalzonen 50A, 50B, 50C, 50D angeordnet sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist die n-leitende Schicht 24 schwach n-dotiert, wobei neben den p-leitenden Kompensationszonen 30 zweite n-leitende Kompensationszonen 25 ausgebildet sind, wobei sich die jeweils benachbarten Kompen­ sationszonen 30, 25 bei Ausbreiten einer Raumladungszone in der ersten Schicht 24 gegenseitig ausräumen, um so eine hohe Durchbruchspannung des Halbleiterbauelements zu bewirken. Ei­ nige der p-leitenden Kompensationszonen 30 sind bei dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 7 an die Kanalzonen 50A, 50B, 50C angeschlossen und liegen so auf Source-Potential.
Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem die Drain- Zone 60 im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist und die ers­ ten Anschlusszonen 40A, 40B, 40C, bzw. die Kanalzonen 50A, 50B, 50C und einige der Kompensationszonen 30 umschließt. Die Drain-Zone 60 ist vorzugsweise wannenförmig ausgebildet und umschließt die ersten Anschlusszonen 40A, 40B, 40C, bzw. die Kanalzonen 50A, 50B, 50C und einen Teil der Kompensationszo­ nen 30 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 20 nach allen Seiten.

Claims (13)

1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist:
  • - einen Halbleiterkörper (20) mit einem Substrat (22) eines ersten Leitungstyps (p) und einer darüberliegenden ersten Schicht (24) eines zweiten Leitungstyps (n),
  • - eine in der ersten Schicht (24) ausgebildete Kanalzone (50) des ersten Leitungstyps (p) mit einer benachbart dazu ange­ ordneten ersten Anschlusszone (40; 40A, 40B, 40C, 40D) des zweiten Leitungstyps (n),
  • - eine in der ersten Schicht (24) des zweiten Leitungstyps ausgebildete zweite Anschlusszone (60) des zweiten Leitungs­ typs (n),
  • - in der Schicht (24) des zweiten Leitungstyps (n) ausgebil­ dete Kompensationszonen (30, 31) des ersten Leitungstyps (p),
  • - eine zwischen dem Substrat (22) und den Kompensationszonen (30, 31) angeordnete zweite Schicht (26) des zweiten Lei­ tungstyps (n).
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem sich in der ersten Schicht (24) eine Begrenzungszone (80) des ersten Lei­ tungstyps in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (20) erstreckt.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Begrenzungszone (80) von der Kanalzone (50) bis an das Sub­ strat (22) reicht.
4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Begrenzungszone (80) in lateraler Richtung des Halbleiterkör­ pers (20) beabstandet zu der Kanalzone (50) angeordnet ist.
5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem sich die Be­ grenzungszone (80) von einer ersten Oberfläche des Halblei­ terkörpers (20) bis an das Substrat (22) erstreckt.
6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem die Kompensationszonen (30) säulenförmig ausge­ bildet sind.
7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem sich wenigs­ tens einige der Kompensationszonen (30) an die Kanalzone (50) anschließen.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprü­ che 1-5, bei dem die Kompensationszonen (31) kugelförmig ausge­ bildet sind.
9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem in der ersten Schicht (24) benachbart zu den Kompensationszonen (30) zweite Kompensationszonen (25) des zweiten Leitungstyps (n) ausgebildet sind, wobei die zweiten Kompensationszonen stärker als die zweite Schicht (24) do­ tiert sind.
10. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem die Begrenzungszone (80) stärker dotiert ist, als das Substrat (22).
11. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem die zweite Anschlusszone (60) einen sich in ver­ tikaler Richtung des Halbleiterkörpers (20) bis an die zweite Schicht (26) erstreckenden Abschnitt und einen sich auf Höhe der zweiten Schicht (24) in lateraler Richtung erstreckenden Abschnitt aufweist.
12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, bei dem der verti­ kale Abschnitt und der laterale Abschnitt der zweiten An­ schlusszone (60) die erste Anschlusszone (40; 40A, 40B, 40C, 40D) und wenigstens einige der Kompensationszonen (30) wan­ nenartig umschließen.
13. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem die Anzahl der Dotierstoffatome des ersten Lei­ tungstyps und die Anzahl der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in der ersten Schicht (24) etwa gleich sind.
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