DE10061528C1 - Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement - Google Patents

Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement

Info

Publication number
DE10061528C1
DE10061528C1 DE10061528A DE10061528A DE10061528C1 DE 10061528 C1 DE10061528 C1 DE 10061528C1 DE 10061528 A DE10061528 A DE 10061528A DE 10061528 A DE10061528 A DE 10061528A DE 10061528 C1 DE10061528 C1 DE 10061528C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
segments
drift
channel
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE10061528A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Weber
Jenoe Tihanyi
Jens-Peer Stengl
Armin Willmeroth
Dirk Ahlers
Gerald Deboy
Helmut Strack
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE10061528A priority Critical patent/DE10061528C1/de
Priority to EP01127734A priority patent/EP1213768A3/de
Priority to US10/013,999 priority patent/US6812524B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10061528C1 publication Critical patent/DE10061528C1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7816—Lateral DMOS transistors, i.e. LDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H01L29/0623—Buried supplementary region, e.g. buried guard ring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit in einem Halbleiterkörper (10) ausgebildeten ersten und zweiten Anschlußzonen (12, 20A, 20B), einer die zweite Anschlußzone (20A, 20B) in dem Halbleiterkörper (10) umgebende Kanalzone (30A, 30B), einer zwischen der Kanalzone (30A, 30B) und der ersten Anschlußzone (12) ausgebildeten Driftstrecke (14), in der eine Kompensationszone angeordnet ist. Die Kompensationszone (60A, 60B) ist vom komplementären Leitungstyp wie die Drift-Zone (14) und weist wenigstens zwei Segmente (62A, 64A, 62B, 64B) auf, wobei der Abstand zwischen den zwei benachbarten Segmenten derart gewählt ist, daß die Punch-Through-Spannung zwischen diesen Segmenten in einem Spannungsbereich liegt, der dem Spannungsbereich entspricht, den der Spannungsabfall über der Driftstrecke bei Strömen annimmt, die zwischen einfachem und doppeltem Nennstrom liegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen MOS-Transistor, gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Ein derartiges als vertikaler MOSFET ausgebildetes Halblei­ terbauelement ist beispielsweise aus J. Tihanyi: "A Qualita­ tive Study of the DC Performance of SIPMOS Transistors", Sie­ mens Forschungs- und Entwicklungsbericht Bd. 9 (1980) Nr. 4, Springer Verlag, Seite 181, Figure 1c, bekannt. Der bekannte MOSFET weist eine n+-dotierte Drain-Zone im Bereich einer Rückseite eines Halbleiterkörpers und eine n+-dotierte Sour­ ce-Zone im Bereich einer Vorderseite des Halbleiterkörpers auf, wobei die Source-Zone in dem Halbleiterkörper von einer p+-dotierten Kanalzone umgeben ist. Zwischen der Kanalzone und der Drain-Zone erstreckt sich eine n--dotierte Driftzone welche benachbart zu einer sich ebenfalls an die Kanalzone anschließenden p--dotierten Zone ausgebildet ist. Eine iso­ liert gegenüber der Kanalzone angeordnete Gate-Elektrode er­ möglicht bei Anlegen eines Ansteuerpotentials die Ausbildung eines leitenden Kanal zwischen der Source-Zone und der Drift­ zone.
Ein derartiges als MOSFET ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einer n-dotierten Drain-Zone, einer n-dotierten Source- Zone, die von einer Kanalzone umgeben, und mit einer n- dotierten Driftstrecke, die benachbart zu einer p-dotierten Zone ausgebildet ist, ist weiterhin aus der US 5,216,275 und der US 4,754,310 bekannt.
Derartige MOS-Transistoren zeichnen sich durch einen geringen Einschaltwiderstand und eine hohe Durchbruchspannung aus.
Bei diesen MOS-Transistoren sind die Source-Zone und die Ka­ nalzone üblicherweise mittels einer Source-Elektrode kurzge­ schlossen, so dass die p-dotierte Zone, welche sich an die Kanalzone anschließt, auf Source-Potential liegt. Auch in leitendem Zustand des MOSFET, dass heißt, wenn ein leitender Kanal in der Kanalzone zwischen der Source-Zone und der Driftzone ausgebildet ist und eine Spannung zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone anliegt, kommt es zu einem Spannungsabfall über der Driftstrecke. Hieraus resultiert ei­ ne Potentialdifferenz zwischen der p-dotierten Zone und der Driftstrecke, welche nahe der Drain-Zone am größten ist und wodurch sich im Grenzbereich zwischen der p-dotierten Zone und der Driftstrecke eine Raumladungszone ausbildet, die den leitenden Kanal in der Driftstrecke abschnüren kann.
Aus der DE 198 15 907 C1 ist ein durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement mit einer n-dotierten Drain-Zone, einer n-dotierten Source-Zone, einer die Source-Zone umgebenden p- dotierten Kanalzone und einer zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone ausgebildeten n-dotierten Driftstrecke be­ kannt, wobei in der Driftstrecke eine Anzahl von beabstande­ ten p-dotierten Zonen ausgebildet sind. Zur Ansteuerung ist eine Gate-Elektrode vorgesehen, die isoliert gegenüber der Kanalzone ausgebildet ist. Sperrt das Halbleiterbauelement so breitet sich bei Anlegen einer Spannung zwischen der Source- und Drain-Zone ausgehend von der Source-Zone eine Raumla­ dungszone aus, die sukzessive die beabstandet angeordneten p- dotierten Zonen in der Drifstrecke erfasst. Diese Zonen und die daran anschließenden Bereiche der Driftzone werden auf diese Weise ausgeräumt, das heißt freie Ladungsträger rekom­ binieren und es tritt ein Verarmung an freien Ladungsträgern in der Driftstrecke ein, woraus eine hohe Durchbruchspannung resultiert. Um das Halbleiterbauelement nach dem Sperren wie­ der leitend zu machen müssen die floatend angeordneten - das heißt die nicht an ein festes Potential angeschlossenen - p- dotierten Bereichen wieder entladen werden. Dazu ist ein Injektor vorgesehen, der p-Ladungsträger in die Driftzone, bzw. die p-dotierten Zonen injiziert.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es ein Halbleiterbauele­ ment, insbesondere ein mittels Feldeffekt steuerbares Halb­ leiterbauelement, zur Verfügung zu stellen, das einen gerin­ gen Einschaltwiderstand und eine hohe Durchbruchspannung auf­ weist und bei dem in leitenden Zustand ein Abschnüren des leitenden Kanals in der Driftzone verringert ist.
Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach weist das Halbleiterbauelement eine erste Anschlusszo­ ne eines ersten Leitungstyps und eine zweite Anschlusszone des ersten Leitungstyps auf. Die zweite Anschlusszone ist mittels einer Kanalzone von einer Driftzone getrennt, die sich ausgehend von der Kanalzone bis an die erste Anschluss­ zone erstreckt. Des weiteren ist eine isoliert gegenüber der Kanalzone ausgebildete Steuerelektrode vorgesehen, die zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Kanalzone zwischen der zweiten Anschlusszone und der Driftzone dient.
In der Driftzone ist wenigstens eine Kompensationszone des zweiten Leitungstyps ausgebildet, wobei die Kompensationszone vorzugsweise säulenförmig ausgebildet ist und wenigstens zwei beabstandet zueinander angeordnete Segmente aufweist. Erfin­ dungsgemäß ist der Abstand zwischen zwei benachbarten Segmen­ ten derart gewählt, dass die Punch-Through-Spannung zwischen den beiden Segmenten maximal der Spannung entspricht, der sich einstellt wenn bei leitend angesteuertem Halbleiterbau­ element die Driftstrecke von einem Strom durchflossen wird, der das Doppelte des Nennstroms beträgt und wenn die Tempera­ tur des Halbleiterkörpers vorzugsweise maximal 150°C beträgt.
In absoluten Werten ist die Punch-Through-Spannung dabei vor­ zugsweise kleiner als 10 V.
Der Nennstrom ist der Strom, auf den das Halbleiterbauelement für einen langfristigen Betrieb ausgelegt ist. Der Nennstrom wird dabei maßgeblich durch das Gehäuse und dessen Fähigkeit Wärme abzuleiten bestimmt.
Bei zwei gleichartig dotierten Bereichen, die durch einen komplementär dotierten Bereich getrennt sind, bezeichnet die sogenannte Punch-Through-Spannung allgemein den Wert der Po­ tentialdifferenz zwischen diesen Bereichen, bei welchem eine von einem der beiden Bereiche ausgehende Raumladungszone den anderen der beiden Bereiche erfasst.
Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement funktioniert als MOS-Transistor, wobei die erste Zone als Drain-Zone, die zweite Zone als Source-Zone und die Steuerelektrode als Gate- Elektrode dient.
Bei leitend angesteuertem Halbleiterbauelement nehmen die floatend in der Driftzone angeordneten Segmente der Kompensa­ tionszone, also die Segmente, die nicht an die Kanalzone an­ geschlossen sind, einen Potentialwert an, der zwischen dem Potential an der ersten Anschlusszone und dem Potential an der Kanalzone, bzw. dem Potential an der mit der Kanalzone kurzgeschlossenen zweiten Anschlusszone, liegt. Die Potenti­ aldifferenz zwischen diesen floatend ausgebildeten Segmenten und den umgebenden Bereichen der Driftzone ist dabei geringer als bei bekannten MOS-Transistoren, bei denen die gesamte Kompensationszone auf Source-Potential liegt. Der sogenannte Junction-Effekt, der die Abschnürung des leitenden Kanals in der Driftstrecke bezeichnet, ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement dadurch verringert.
Sperrt das Halbleiterbauelement, so bildet sich ausgehend von der zweiten Anschlusszone, bzw. der Kanalzone, eine Raumla­ dungszone aus, die mit steigender Spannung sukzessive die weiter von der Kanalzone entfernt liegenden Segmente der Kom­ pensationszone erfasst.
Die Ladungsträgerkonzentrationen in der Kompensationszone und in den die Kompensationszone umgebenden Bereichen der Drift­ zone sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass etwa gleich viele Ladungsträger des ersten und zweiten Leitungs­ typs vorhanden sind. Dies führt beim Anlegen einer Sperrspan­ nung und nicht angesteuerter Steuerelektrode dazu, dass die Kompensationszonen und die die Kompensationszonen umgebenden Bereiche vollständig ausgeräumt werden, das heißt p- Ladungsträger wandern zu der Zone, bzw. der Elektrode, die auf dem negativeren Potential liegt, und n-Ladungsträger wan­ dern zu der Zone, bzw. der Elektrode die auf dem positiveren Potential liegt. Bei Anlegen einer positiven Sperrspannung zwischen Drain und Source wandern p-Ladungsträger zur Source- Elektrode und n-Ladungsträger zur Drain-Elektrode. Das Aus­ räumen der Kompensationszone und der umgebenden Driftzone be­ wirkt, dass bei Anliegen der maximal möglichen Sperrspannung vor Erreichen eines Durchbruchs keine freien Ladungsträger in der Driftzone mehr vorhanden sind, woraus eine hohe Durch­ bruchspannung resultiert. In vollständig ausgeräumtem Zustand nimmt das Potential in der Driftstrecke und den Segmenten der Kompensationszone ausgehend von der Anschlusszone mit dem größeren Potential zu der Anschlusszone mit dem geringeren Potential hin stetig ab.
Soll das Bauelement wieder leiten, wird die Steuerelektrode durch Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials angesteu­ ert, so dass sich ein leitender Kanal in der Kanalzone aus­ bildet. Beim Wiedereinschalten des Bauelements und Anlegen einer Spannung zwischen den ersten und zweiten Anschlusszo­ nen, die geringer als die Spannung im Sperrfall ist, bleiben die Segmente der Kompensationszonen, die floatend in der Driftzone ausgebildet sind, zunächst noch aufgeladen, weil die in den Segmenten der Kompensationszonen keine freien La­ dungsträger vorhanden sind.
Beträgt dabei die Spannungsdifferenz zwischen der Kanalzone oder eines an die Kanalzone angeschlossenen Segments der Kom­ pensationszone und eines beabstandet dazu angeordneten Seg­ ments der Kompensationszone den Wert der Punch-Through- Spannung zwischen diesen beiden Segmenten, so wird das Poten­ tial des beabstandet zu der Kanalzone angeordneten Segments an das Potential der Kanalzone angekoppelt. Das heißt das beabstandet angeordnete Segment wird teilweise entladen, wo­ bei dessen Potential sich zunächst um den Wert der Punch- Through-Spannung von dem Potential der Kanalzone unterschei­ det. Sind bei dem Bauelement mehr als zwei Segmente der Kom­ pensationszone vorhanden, so findet dieser Vorgang für alle benachbarten Segmente statt.
Eine optimale Entladung der einzelnen Segmente würde beim Wiedereinschalten dann stattfinden, wenn alle Segmente an die Kanalzone angeschlossen wären. Hieraus resultieren allerdings die oben genannten Nachteile des Standes der Technik, nämlich ein Abschnüren des Kanals bei leitendem Bauelement.
Die erfindungsgemäße Dimensionierung, wonach die Punch- Through-Spannung maximal dem Spannungsabfall über dem einge­ schalteten Bauelement bei doppeltem Nennstrom und vorzugswei­ se minimal dem Spannungsabfall über der Driftstrecke bei ein­ fachem Nennstrom entspricht, bietet einen sehr guten Kompro­ miss zwischen den Anforderungen nach einer schnellen Entla­ dung der Kompensationszonen beim Wiedereinschalten und einer möglichst geringen Abschnürung des Kanals in eingeschaltetem Zustand. Zudem kann auf die Verwendung eines zusätzlichen In­ jektors verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei­ spielen anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 Erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement in vertika­ ler Bauweise gemäß eines ersten Ausführungsbei­ spiels in seitlicher Ansicht im Querschnitt;
Fig. 2 Querschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 1 in Draufsicht mit Kompensationszonen gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 3 Querschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 1 in Draufsicht mit Kompensationszonen gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 4 Querschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß Fig. 1 in Draufsicht mit Kompensationszonen gemäß einer dritten Ausführungsform;
Fig. 5 Erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels in seitlicher Ansicht im Querschnitt;
Fig. 6 Erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Fig. 7 Erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement in lateraler Bauweise.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Bereiche mit gleicher Bedeutung.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines n- leitenden MOS-Transistors erläutert, wobei die Erfindung selbstverständlich auch auf p-leitende Transistoren anwendbar ist, wobei dazu die im folgenden n-leitenden Bereiche durch p-leitende Bereiche und die im folgenden p-leitenden Bereiche durch n-leitende Bereiche zu ersetzen sind. n-dotierte Berei­ che bilden im folgenden dotierte Bereiche des ersten Lei­ tungstyps und p-dotierte Bereiche bilden im folgenden dotier­ te Bereiche des zweiten Leitungstyps.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Quer­ schnitt. Das Bauelement weist einen Halbleiterkörper 10 auf, der im Bereich einer Rückseite 101 eine n-dotierte erste An­ schlusszone 12 und im Bereich einer der Rückseite gegenüber­ liegenden Vorderseite 102 eine n-dotierte zweite Anschlusszo­ ne 20A, 20B aufweist.
Die in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wannenartig aus­ gebildete zweite Anschlusszone 20A, 20B ist in dem Halblei­ terkörper von einer ebenfalls wannenartig ausgebildeten p- dotierten Kanalzone 30A, 30B umgeben, wobei die Kanalzone 30A, 30B die zweite Anschlusszone 20A, 20B von einer n- dotierten Driftzone 14 trennt, welche sich zwischen der Ka­ nalzone 30A, 30B und der ersten Anschlusszone 12 erstreckt.
Das in Fig. 1 dargestellte Halbleiterbauelement funktioniert als MOS-Transistor, wobei die erste Anschlusszone 12 als Drain-Zone des Transistors dient. Auf die Rückseite 101 des Halbleiterkörpers 10 ist in dem Ausführungsbeispiel eine Me­ tallisierung 90 zur Bildung einer Drain-Elektrode D aufge­ bracht. Die zweite Anschlusszone 20A, 20B dient als Source- Zone des MOS-Transistors, wobei das in Fig. 1 dargestellte Bauelement mehrere Source-Zonen 20A, 20B aufweist, von denen in Fig. 1 zwei dargestellt sind, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 10 beabstandet zueinander angeordnet sind. Oberhalb des Halbleiterkörpers 10 ist eine Gate- Elektrode 40, G ausgebildet, die mittels einer Isolations­ schicht 42 gegenüber dem Halbleiterkörper 10 isoliert ist und welche sich in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 10 jeweils von der zweiten Anschlusszone 20A, 20B über die Ka­ nalzone 30A, 30B bis zu der Driftzone 14 erstreckt. Des wei­ teren ist eine gegenüber der Gate-Elektrode G isolierte E­ lektrode 22 vorgesehen, die als Source-Elektrode dient und die an die zweite Anschlusszone 20A, 20B angeschlossen ist und außerdem die zweite Anschlusszone 20A, 20B mit der Kanal­ zone 30A, 30B kurzschließt.
Die Source-Zonen 20A, 20B und die die Source-Zonen 20A, 20B umgebenden Kanalzonen 30A, 30B sind jeweils Bestandteil einer sogenannten Zelle des Halbleiterbauelements. Die Source- Elektrode 22 und die Gate-Elektrode 40 ist wie auch die Drain-Zone 12, bzw. die Drain-Elektrode 90, allen Zellen des MOS-Transistors gemeinsam. Jede der Zellen des Halbleiterbau­ elements funktioniert wie ein MOS-Transistor, wobei durch die gemeinsame Ansteuerung aller Zellen mittels der Gate- Elektrode 40, der Source-Elektrode 22 und der Drain-Elektrode 90 eine Vielzahl derartiger "kleiner" MOS-Transistoren paral­ lelgeschaltet sind, die gemeinsame den MOS-Transistor bilden. Die Darstellung des zellenartigen Aufbaus des erfindungsgemä­ ßen Halbleiterbauelements, wobei in Fig. 1 zwei in lateraler Richtung beabstandet angeordnete Zellen gezeigt sind, dient der Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform. Ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Bauelements ist bereits mit einer einzigen Zelle gewährleistet.
Erfindungsgemäß ist bei dem Halbleiterbauelement wenigstens eine Kompensationszone 60A, 60B in der Driftzone ausgebildet, wobei die Kompensationszone 60A, 60B wenigstens zwei be­ abstandet voneinander angeordnete Segmente 62A, 64A, 62B, 64B aufweist. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist unterhalb jeder Kanalzone 30A, 30B eine säulenartig ausgebil­ dete Kompensationszone 60A, 60B vorgesehen, die sich in ver­ tikaler Richtung des Halbleiterkörpers 10 ausgehend von den Kanalzonen 30A, 30B in Richtung der Drain-Zone 12 erstreckt. Ein erstes Segment 62A, 62B ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 jeweils mit einer der Kanalzonen 30A, 30B ver­ bunden, zweite Segmente der Kompensationszonen 60A, 60B sind beabstandet zu den ersten Segmenten 62A, 62B unterhalb der ersten Segmente 62A, 62B angeordnet.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Halbleiterbauele­ ment gemäß Fig. 1 in einer Querschnittsebene A-A'. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 sind die Kompensationszonen 62A, 62B in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 10 langgestreckt ausgebildet. Die in Fig. 2 nicht dargestellten darüberliegenden Kanalzonen und Source-Zonen sind an die Geo­ metrie der Kompensationszonen 62A, 62B angepasst und dement­ sprechend langgestreckt ausgebildet.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kompensationszonen 62A, 62B säulenartig mit rundem Quer­ schnitt ausgebildet sind. Bei dem im Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kompensationszonen 62A, 62B e­ benfalls säulenförmig mit sechseckförmigem Querschnitt ausge­ bildet.
Der Abstand der einzelnen Segmente 62A, 64A, und 62B, 64B der Kompensationszonen 60A, 60B ist erfindungsgemäß derart ge­ wählt, dass die Punch-Through-Spannung zwischen diesen Seg­ menten maximal der Spannung entspricht, die über der Drift­ strecke bei doppeltem Nennstrom anliegt. Die Punch-Through- Spannung bezeichnet die maximal mögliche Spannungsdifferenz zwischen den zwei benachbarten Segmenten 62A, 64A und 62B, 64B. Erreicht die Spannungsdifferenz zwischen zwei benachbar­ ten Segmenten den Wert der Punch-Through-Spannung, kommt es zu einem Ladungsträgeraustausch zwischen diesen benachbarten Segmenten, wodurch ein weiteres Ansteigen einer Spannungsdif­ ferenz verhindert wird.
Die Punch-Through-Spannung ist von der Dotierung der Segmente 62A, 64A, 62B, 64B, der Dotierung der Driftzone 14 zwischen den Segmenten und dem Abstand d1 zweier benachbarter Segmente abhängig.
Vorzugsweise sind die in Fig. 1 oberen Segmente 62A, 62B der Kompensationszonen 60A, 60B höher p-dotiert als die unteren Segmente 62A, 62B.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Halbleiterbauele­ ments wird nachfolgend anhand von Fig. 1 erläutert.
Zunächst wird davon ausgegangen, dass sich das Halbleiterbau­ element bereits seit langer Zeit in einem "Ruhezustand" be­ findet, bei dem keine Gate-Source-Spannung zwischen der Gate- Elektrode G und der Source-Elektrode S anliegt, und bei dem keine Drain-Source-Spannung zwischen der Drain-Elektrode D und der Source-Elektrode S anliegt, so dass in den Kompensa­ tionszonen und in der Driftzone freie Ladungsträger vorhanden sind. Bei Anlegen eines positiven Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode G bildet sich in der Kanalzone 30A, 30B zwi­ schen der Source-Zone 20a, 20B und der Driftzone 14 ein lei­ tender Kanal aus. Bei Anlegen einer positiven Spannung zwi­ schen der Drain-Elektrode 90 und der Source-Elektrode 22 kommt es dadurch zu einem Ladungsträgerfluss von der Drain- Zone 12 zu der Source-Zone 20A, 20B. Hierbei kommt es zu ei­ nem Spannungsabfall über der Driftstrecke 14, wobei das Po­ tential der Driftstrecke 14 im Bereich der unteren Segmente 64A, 64B größer ist als im Bereich der oberen Segmente 62A, 62B. Die oberen Segmente 62A, 62B sind an die Kanalzone 30A, 30B bzw. die Source-Elektrode 22 angeschlossen und befinden sich damit auf dem niedrigen Source-Potential. Die unteren Segmente 64A, 64B, die beabstandet zu den Segmenten 62A, 62B angeordnet sind, nehmen p-Ladungsträger aus der Driftstrecke 14 auf und nehmen dadurch ein höheres Potential als die obe­ ren Segmente 62A, 62B an. Die Potentialdifferenz zwischen den unteren Segmenten 64A, 64B und der Driftstrecke 14 ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement geringer als bei derartigen Bauelementen nach dem Stand der Technik, bei wel­ chen die gesamte Kompensationszone an die Source-Elektrode angeschlossen ist. Der Effekt einer Abschnürung des leitenden Kanals in der Driftstrecke 14 ist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement durch die beabstandet angeordneten Seg­ mente 62A, 64A und 62B, 64B damit geringer als bei derartigen Bauelementen nach dem Stand der Technik.
Wird kein Ansteuerpotential an die Gate-Elektrode G angelegt, so sperrt der MOS-Transistor bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen der Drain-Elektrode 90 und der Source- Elektrode 22. Ausgehend von den Kanalzonen 30A, 30B breiten sich dabei Raumladungszonen in vertikaler Richtung des Halb­ leiterkörpers 10 aus, wobei die Kompensationszonen 60A, 60B mit zunehmender Sperrspannung und zunehmender Ausweitung der Raumladungszonen ausgeräumt werden, das heißt freie p- Ladungsträger der Kompensationszonen 60A, 60B wandern zu Source-Elektrode und freie n-Ladungsträger wandern zu der Drain-Elektrode D. woraus eine Verarmung an Ladungsträgern in der Driftzone 14 und den Kompensationszonen 60A, 60B resul­ tiert. Vorzugsweise sind die Kompensationszonen 60A, 60B und die Driftstrecke 14 derart dotiert, dass die Kompensationszo­ nen 60A, 60B und die Driftstrecke 14 jeweils vollständig aus­ geräumt werden, wodurch bei maximaler Sperrspannung keine freien Ladungsträger mehr vorhanden sind.
Bei maximaler Sperrspannung herrscht dann in den Kompensati­ onszonen 60A, 60B und in der Driftstrecke 14 qualitativ die gleiche Potentialverteilung vor, das heißt das Potential nimmt ausgehend von der Drain-Elektrode 90 zu den Kanalzonen 30A, 30B hin ab. Aufgrund eines Querfeldes zwischen der Kom­ pensationszonen 60A, 60B und der Driftzone unterscheiden sich die Potentiale allerdings etwas.
Beim Einschalten des Bauelements, das heißt bei Anlegen eines positiven Ansteuerpotentials an die Gate-Elektrode G und ei­ ner verringerten Drain-Source-Spannung nehmen die an die Ka­ nalzonen 30A, 30B angeschlossenen Segmente 62A, 62B der Kom­ pensationszonen rasch den Wert des Source-Potentials an. Die beabstandet dazu angeordneten Segmente 64A, 64B, in denen ne­ gativ geladene Akzeptoratome vorhanden sind, weisen zunächst ein negatives Potential auf. Erreicht durch den Ladungsabbau in den Segmenten 62A, 62B beim Wiedereinschalten die Span­ nungsdifferenz zwischen den Segmenten 62A, 64A und 62B, 64B den Wert der Punch-Through-Spannung zwischen diesen Segmen­ ten, so fließen Ladungsträger, nämlich Löcher, aus den in Fig. 1 oberen Segmenten 62A, 62B in die unteren Segmente 64A, 64B. Dadurch wird verhindert, dass die Potentialdifferenz zwischen den beiden benachbarten Segmenten größer wird als der Wert der Punch-Through-Spannung. Die Punch-Through- Spannung zwischen den beiden benachbarten Segmenten ist unter anderem von dem Abstand d1 abhängig. Während es für den zuvor geschilderten Fall, bei welchem das Bauelement bereits seit langer Zeit eingeschaltet ist, angestrebt ist, den Abstand zwischen den benachbarten Segmenten 62A, 64A und 62B, 64B möglichst groß zu machen, um die Potentialdifferenz zwischen den Segmenten 64A, 64B und der Driftzone 14 möglichst klein zu machen, ist es beim Wiedereinschalten des Bauelements er­ strebenswert, den Abstand zwischen den Segmenten möglichst gering zu machen, um das nicht an die Kanalzonen 30A, 30B an­ gekoppelte Segment 64A, 64B möglichst rasch zu entladen.
Die erfindungsgemäße Dimensionierung, wonach der Abstand zwi­ schen diesen Segmenten 62A, 64A und 62B, 64B derart gewählt ist, dass die Punch-Through-Spannung einen Wert annimmt, wel­ cher maximal dem Spannungsabfall über der Driftstrecke bei doppeltem Nennstrom entspricht, bietet einen sehr guten Kom­ promiss zwischen diesen widerstreitenden Effekten. Hieraus resultiert ein MOS-Transistor mit gutem Leitverhalten, einer hohen Sperrspannung und einem raschen Ladungsträgerabbau beim Wiedereinschalten. Ein zusätzlicher Injektor ist bei dem er­ findungsgemäßen Halbleiterbauelement nicht erforderlich.
Der Abstand d1 zwischen den benachbarten Segmenten 62A, 64A und 62B, 64B beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 µm, die Dotierung der Driftzone beträgt zwischen 5 × 1014 cm-3 und 5 × 1015 cm-3.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei dem die unterhalb der Kanalzonen 30A, 30B angeordneten Kompensationszonen 70A, 70B jeweils drei beabstandet voneinander angeordnete Segmente 72A, 74A, 76A, und 72B, 74B, 76B aufweisen, wobei in dem Ausführungsbeispiel jeweils eines der Segmente 72A, 72B an die Kanalzone 30A, 30B angeschlossen ist.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfin­ dungsgemäßen Halbleiterbauelements, welches sich von dem in Fig. 1 dargestellten dadurch unterscheidet, dass das der Ka­ nalzone 30A, 30B zugewandte Segment 62A, 62B der Kompensati­ onszonen 80A, 80B nicht mit der Kanalzone verbunden ist. Der Abstand der Segmente 62A, 62B von der Kanalzone 30A, 30B in vertikaler Richtung beträgt d3, der Abstand der Segmente 62A, 62B von den benachbarten Segmenten 64A, 64B beträgt d2. Die Abstände d2, d3 sind vorzugsweise derart gewählt, dass die Punch-Through-Spannung zwischen den Kanalzonen 30A, 30B und den Segmenten 62A, 62B und zwischen den Segmenten 82A, 84A und 82B, 84B geringer ist als die Drain-Source-Spannung bei einem Drain-Source-Strom, der in etwa dem doppelten Nennstrom entspricht.
Die zuvor genannten Dimensionierungen der Punch-Through- Spannung, wonach diese maximal dem Spannungsabfall über der Driftstrecke bei doppeltem Nennstrom entspricht gelten vor­ zugsweise für eine Temperatur von maximal 150°C. Hei höheren Temperaturen steigt der Spannungsabfall über der Driftstrecke bei gleichem Strom.
Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt eines Halbleiterkörpers 100 in dem ein Halbleiterbauelement gemäß eines weiteren Ausfüh­ rungsbeispiels der Erfindung realisiert ist. Das dargestellte Bauelement ist als MOSFET in lateraler Bauweise ausgebildet. Das Bauelement weist einen n-dotierten Halbleiterkörper 100 auf, in dem ausgehend von einer Oberfläche des Halbleiterkör­ pers 100 eine stark n-dotierte Source-Zone 120 in einer p- dotierten Kanalzone 130 ausgebildet ist. Die Source-Zone 120 und die Kanalzone 130 sind mittels einer Source-Elektrode 122 kurzgeschlossen.
In lateraler Richtung beabstandet zu der Source-Zone 120 und der Kanalzone 130 ist ausgehend von der Oberfläche eine stark n-dotierte Drain-Zone in den Halbleiterkörper 100 einge­ bracht. Zwischen der Drain-Zone 112 und der Kanalzone ist ei­ ne n-dotierte Driftzone 114 ausgebildet, in der p-dotierte Kompensationszonen 160A, 160B, 160C, 160D ausgebildet sind, wobei jede der beabstandet zueinander angeordneten Kompensa­ tionszonen in dem Ausführungsbeispiel zwei Segmente 162A, 164A, 162B, 164B, 162C, 164C, 162D, 164D aufweist, die in la­ teraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zuein­ ander ausgebildet sind. Die Kompensationszonen 160A, 160B, 160C, 160D sind im wesentlichen säulenförmig ausgebildet und erstrecken sich in ihrer Längsrichtung in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100. Eines der Segmente 164A, 164B, 164C, 164D jeder Kompensationszone 160A, 160B, 160C, 160D ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 an die Kanalzone 130 angeschlossen.
Der Abstand d der einzelnen Segmente 162A, 164A, 162B, 164B, 162C, 164C, 162D, 164D jeder der Kompensationszonen 160A, 160B, 160C, 160D ist dabei so gewählt, dass die Punch- Through-Spannung zwischen den zwei benachbarten Segmenten ei­ ner Kompensationszone 160A, 160B, 160C, 160D maximal dem Spannungsabfall über der Driftstrecke 114 bei doppeltem Nenn­ strom entspricht.
Bei dem Bauelement gemäß Fig. 7 ist des weiteren eine Gate- Elektrode 140 vorhanden, die gegenüber dem Halbleiterkörper 100 mittels einer Isolationsschicht 142 isoliert auf dem Halbleiterkörper 100 angeordnet ist und die sich in lateraler Richtung von der Source-Zone 120 bis an die Driftzone 114 er­ streckt.
Das erfindungsgemäße Bauelement wurde vorstehend anhand eines n-leitenden MOSFET erläutert. Die Erfindung ist selbstver­ ständlich auch auf p-leitende MOSFET anwendbar, wobei dann die zuvor beschriebenen n-dotierten Bereiche durch p-dotierte Bereiche zu ersetzen sind, und umgekehrt.

Claims (10)

1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist:
  • - eine erste Anschlusszone (12) und eine zweite Anschlusszone (20A, 20B) eines ersten Leitungstyps (n),
  • - eine Kanalzone (30A, 30B) eines zweiten Leitungstyps (p) und eine Driftzone (14) eines ersten Leitungstyps, wobei die Driftzone zwischen der Kanalzone (30A, 30B) und der ersten Anschlusszone (12) und die Kanalzone (30A, 30B) zwischen der zweiten Anschlusszone (20A, 20B) und der Driftzone (14) aus­ gebildet ist,
  • - eine isoliert gegenüber der Kanalzone (30A, 30B) ausgebil­ dete Steuerelektrode (40) zur Steuerung eines leitenden Ka­ nals in der Kanalzone (30A, 30B) zwischen der zweiten An­ schlusszone (20A, 20B) und der Driftzone,
  • - wenigstens eine in der Driftzone (14) ausgebildete Kompen­ sationszone (60A, 60B; 70A, 70B; 80A, 80B) des zweiten Lei­ tungstyps, die wenigstens zwei voneinander beabstandete Seg­ mente (62A, 64A, 62B, 64B; 72A, 74A, 76A, 72B, 74B, 76B; 82A, 84A, 86A, 82B, 84B, 86B) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Segmenten (62A, 64A; 72A, 74A; 82A, 84A) derart gewählt ist, dass die Punch- Through-Spannung zwischen diesen Segmenten (62A, 64A; 72A, 74A; 82A, 84A) maximal der Spannung entspricht, die bei dop­ peltem Nennstrom über der Driftstrecke (14) anliegt.
2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem sich eines der Segmente (62A, 62B; 72A, 72B) der Kompensationszone (60A, 60B; 70A, 70B) unmittelbar an die zweite Zone (30A, 30B) an­ schließt.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kompensationszone säulenförmig ausgebildet ist.
4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem eines der Segmente (62A, 62B, 72A, 72B, 82A, 82B) höher dotiert ist als ein benachbartes Segment (64A, 64B, 74A, 74B, 84A, 84B) der Kompensationszone.
5. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem in der Driftzone (14) die Anzahl der Ladungsträ­ ger des ersten Leitungstyps (n) wenigstens annäherungsweise der Anzahl der Ladungsträger des zweiten Leitungstyps (p) entspricht.
6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem in der Driftzone die Anzahl der Ladungsträger des zweiten Leitungstyps (p) größer als die Anzahl der Ladungsträger des ersten Leitungstyps (n) ist.
7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, bei dem die Kompensationszone (70A, 70B) mehr als zwei beabstandet angeordnete Segmente (72A, 74A, 76A, 72B, 74B, 76B) aufweist.
8. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem die Dotierung der Driftzone 5.1014 cm-3 und der Abstand der benachbarten Segmente (62A, 62B, 64A, 64B) 2-4 µm beträgt.
9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem die Dotierung der Driftzone 2.1015 cm-3 und der Abstand der benachbarten Segmente (62A, 62B, 64A, 64B) 1-2 µm beträgt.
10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem die Dotierung der Driftzone 5.1015 cm-3 und der Abstand der benachbarten Segmente (62A, 62B, 64A, 64B) 0.5-1.5 µm be­ trägt.
DE10061528A 2000-12-11 2000-12-11 Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement Expired - Fee Related DE10061528C1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10061528A DE10061528C1 (de) 2000-12-11 2000-12-11 Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
EP01127734A EP1213768A3 (de) 2000-12-11 2001-11-21 Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
US10/013,999 US6812524B2 (en) 2000-12-11 2001-12-11 Field effect controlled semiconductor component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10061528A DE10061528C1 (de) 2000-12-11 2000-12-11 Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10061528C1 true DE10061528C1 (de) 2002-07-25

Family

ID=7666596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10061528A Expired - Fee Related DE10061528C1 (de) 2000-12-11 2000-12-11 Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement

Country Status (3)

Country Link
US (1) US6812524B2 (de)
EP (1) EP1213768A3 (de)
DE (1) DE10061528C1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004038369A1 (de) 2004-08-06 2006-03-16 Austriamicrosystems Ag Hochvolt-NMOS-Transistor
DE102004058065A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 Infineon Technologies Austria Ag Vertikales Kompensationshalbleiterbauteil mit einer Pufferzone und Verfahren zu seiner Herstellung

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2807569B1 (fr) * 2000-04-10 2004-08-27 Centre Nat Rech Scient Perfectionnement apportes aux diodes schottky
AU2003241057A1 (en) * 2002-06-26 2004-01-19 Cambridge Semiconductor Limited Lateral semiconductor device
US7126186B2 (en) * 2002-12-20 2006-10-24 Infineon Technolgies Ag Compensation component and process for producing the component
DE10339488B3 (de) * 2003-08-27 2005-04-14 Infineon Technologies Ag Laterales Halbleiterbauelement mit einer wenigstens eine Feldelektrode aufweisenden Driftzone
DE10361136B4 (de) * 2003-12-23 2005-10-27 Infineon Technologies Ag Halbleiterdiode und IGBT
JP4813762B2 (ja) * 2003-12-25 2011-11-09 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びその製造方法
FI20055057A (fi) * 2004-05-11 2005-11-12 Artto Aurola Puolijohdelaite
JP4488984B2 (ja) * 2005-08-25 2010-06-23 株式会社東芝 ショットキーバリアダイオード
CN101512738B (zh) * 2006-09-22 2013-03-27 飞思卡尔半导体公司 半导体器件和形成半导体器件的方法
WO2008099229A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Freescale Semiconductor, Inc. Semiconductor device and method of forming a semiconductor device
US8803205B2 (en) * 2011-05-31 2014-08-12 Infineon Technologies Austria Ag Transistor with controllable compensation regions
US8698229B2 (en) * 2011-05-31 2014-04-15 Infineon Technologies Austria Ag Transistor with controllable compensation regions
US8901642B2 (en) 2012-03-07 2014-12-02 Infineon Technologies Austria Ag Charge compensation semiconductor device
US8866222B2 (en) 2012-03-07 2014-10-21 Infineon Technologies Austria Ag Charge compensation semiconductor device
US9024380B2 (en) * 2012-06-21 2015-05-05 Freescale Semiconductor, Inc. Semiconductor device with floating RESURF region
US8742550B2 (en) 2012-07-05 2014-06-03 Infineon Technologies Austria Ag Charge compensation semiconductor device
US8823084B2 (en) 2012-12-31 2014-09-02 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with charge compensation structure arrangement for optimized on-state resistance and switching losses
US9147763B2 (en) 2013-09-23 2015-09-29 Infineon Technologies Austria Ag Charge-compensation semiconductor device
CN104979392B (zh) * 2014-04-09 2019-04-16 世界先进积体电路股份有限公司 半导体装置及其制造方法
US10270488B2 (en) * 2016-12-16 2019-04-23 Raytheon Company Binary high-power modulator
CN113808945A (zh) * 2020-06-12 2021-12-17 芯恩（青岛）集成电路有限公司 超结功率器件及其制备方法
CN113808944A (zh) * 2020-06-12 2021-12-17 芯恩（青岛）集成电路有限公司 超结功率器件及其制备方法
CN114512544A (zh) * 2020-11-16 2022-05-17 创亿半导体股份有限公司 功率半导体元件及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4754310A (en) * 1980-12-10 1988-06-28 U.S. Philips Corp. High voltage semiconductor device
US5216275A (en) * 1991-03-19 1993-06-01 University Of Electronic Science And Technology Of China Semiconductor power devices with alternating conductivity type high-voltage breakdown regions
DE19815907C1 (de) * 1998-04-08 1999-05-27 Siemens Ag Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6037632A (en) * 1995-11-06 2000-03-14 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
DE19816448C1 (de) * 1998-04-14 1999-09-30 Siemens Ag Universal-Halbleiterscheibe für Hochspannungs-Halbleiterbauelemente, ihr Herstellungsverfahren und ihre Verwendung
DE19943143B4 (de) * 1999-09-09 2008-04-24 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement für hohe Sperrspannungen bei gleichzeitig niedrigem Einschaltwiderstand und Verfahren zu dessen Herstellung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4754310A (en) * 1980-12-10 1988-06-28 U.S. Philips Corp. High voltage semiconductor device
US5216275A (en) * 1991-03-19 1993-06-01 University Of Electronic Science And Technology Of China Semiconductor power devices with alternating conductivity type high-voltage breakdown regions
DE19815907C1 (de) * 1998-04-08 1999-05-27 Siemens Ag Durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. TIHANYI: A Qualitafive Study of the DC Perfor- mance of SIPMOS Transisfors, in: Siemens For- schungs- und Entwicklungsbericht, Bd.9(1980), Nr.4, Springer Verlag, S. 181-189 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004038369A1 (de) 2004-08-06 2006-03-16 Austriamicrosystems Ag Hochvolt-NMOS-Transistor
US7898030B2 (en) 2004-08-06 2011-03-01 Austriamicrosystems Ag High-voltage NMOS-transistor and associated production method
DE102004038369B4 (de) 2004-08-06 2018-04-05 Austriamicrosystems Ag Hochvolt-NMOS-Transistor und Herstellungsverfahren
DE102004058065A1 (de) * 2004-12-01 2006-06-08 Infineon Technologies Austria Ag Vertikales Kompensationshalbleiterbauteil mit einer Pufferzone und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102004058065B4 (de) * 2004-12-01 2015-05-28 Infineon Technologies Austria Ag Vertikales Kompensationshalbleiterbauteil mit einer Pufferzone und Verfahren zu seiner Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
US6812524B2 (en) 2004-11-02
US20020096708A1 (en) 2002-07-25
EP1213768A3 (de) 2005-11-09
EP1213768A2 (de) 2002-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10061528C1 (de) Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement
EP0879481B1 (de) Durch feldeffekt steuerbares halbleiterbauelement
DE102007018631B4 (de) Halbleiterbauelement mit Kompensationszonen und Entladestrukturen für die Kompensationszonen
DE19539541B4 (de) Lateraler Trench-MISFET und Verfahren zu seiner Herstellung
DE10214151B4 (de) Halbleiterbauelement mit erhöhter Durchbruchspannung im Randbereich
DE102007037858B4 (de) Halbleiterbauelement mit verbessertem dynamischen Verhalten
DE102008044408B4 (de) Halbleiterbauelementanordnung mit niedrigem Einschaltwiderstand
DE102007004091B4 (de) Bauelementanordnung mit einem eine Driftsteuerzone aufweisenden Leistungshalbleiterbauelement
DE10212149A1 (de) Transistoranordnung mit Schirmelektrode außerhalb eines aktiven Zellenfeldes und reduzierter Gate-Drain-Kapazität
DE102012204420A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE3537004A1 (de) Vdmos-baustein
DE10026740C2 (de) Halbleiterschaltelement mit integrierter Schottky-Diode und Verfahren zu dessen Herstellung
DE10038177A1 (de) Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterschaltelement mit zwei Steuerelektroden
DE19914697A1 (de) Verarmungs-MOS-Halbleiterbauelement und MOS-Leistungs-IC
DE10309400B4 (de) Halbleiterbauelement mit erhöhter Spannungsfestigkeit und/oder verringertem Einschaltwiderstand
DE10313712B4 (de) Laterales mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement für HF-Anwendungen
DE102004047772B4 (de) Lateraler Halbleitertransistor
DE19534388B4 (de) IGBT-Transistorbauteil
EP1245050A1 (de) Steuerbares in beide richtungen sperrendes halbleiterschaltelement
DE19926109B4 (de) Leistungsschalter
DE102004024887B4 (de) Transistor mit Zellenfeld, Temperatursensor und Isolationsstruktur
DE19902749C2 (de) Leistungstransistoranordnung mit hoher Spannungsfestigkeit
DE102006055742B4 (de) Halbleiterbauelementanordnung mit mehreren zu einer Driftzone benachbart angeordneten Steuerelektroden
DE68929359T2 (de) Laterale bipolare Transistoranordnungen mit isolierter Steuerelektrode mit geteilter Anode
EP1127379A1 (de) Vertikal aufgebautes leistungshalbleiterbauelement

Legal Events

Date Code Title Description
8100 Publication of patent without earlier publication of application
D1 Grant (no unexamined application published) patent law 81
8364 No opposition during term of opposition
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee