DE102004007197B4 - Hochsperrendes Halbleiterbauelement mit niedriger Durchlassspannung - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauelement mit einer in einem Halbleiterkörper (1) ausgebildeten Driftstrecke (2) aus einem Halbleitermaterial eines Leitungstyps, die eine zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode (3, 4) und wenigstens entlang eines Teiles der Driftstrecke (2) angeordnete Grabenstruktur in Form mindestens eines Trenches (18) aufweist, wobei in der Grabenstruktur ein high-k-Material genanntes dielektrisches Material, das eine relative Dielektrizitätskonstante εr mit εr ≥ 20 aufweist, so angeordnet ist, dass im Bereich der Driftstrecke (2) mindestens ein high-k-Materialgebiet (5) und ein Halbleitermaterialgebiet (6) des einen Leitungstyps angeordnet sind, und wobei das Material des high-k-Materialgebiets (5) ein zusammengestztes Material aufweist, das leitfähige Bereiche (15, 16) in Form von unregelmäßig oder regelm enthält, wobei die leitfähigen Bereiche (15, 16) jeweils von einem Dielektrikum (17) aus high-k-Material umgeben sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer in einem Halbleiterkörper ausgebildeten Driftstrecke aus einem Halbleitermaterial des einen Leitungstyps, die eine zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode des Halbleiterkörpers anliegende Spannung aufnimmt.
  • Bei beispielsweise herkömmlichen Leistungstransistoren hängen die Durchbruchspannung Vbr(V) bzw. der Durchlasswiderstand Ron·A(Ωcm2) ihrer Driftstrecke von der Dotierungskonzentration der Fremdstoffe in der Driftstrecke einerseits sowie von der Länge der Driftstrecke andererseits ab (Ron = Widerstandswert des durch die Driftstrecke gebildeten Widerstandes, A = Querschnittsfläche des durch die Driftstrecke gebildeten Widerstandes). Unter der Driftstrecke wird das den wesentlichen Teil der Sperrspannung aufnehmende Gebiet im Halbleiterkörper des Halbleiterbauelementes verstanden.
  • Eine hohe Dotierungskonzentration in der Driftstrecke und deren kurze Gestaltung führen zu einem niedrigen Durchlasswiderstand und zu einer niedrigen Durchbruchspannung. Umgekehrt bedingen eine niedrige Dotierungskonzentration in der Driftstrecke und deren lange Ausführung eine hohe Durchbruchspannung und einen hohen Durchlasswiderstand. Durchbruchspannung und Durchlasswiderstand sind also über die Höhe der Dotierungskonzentration miteinander gekoppelt.
  • Für eine freie Gestaltung von Halbleiterbauelementen wäre es nun wünschenswert, wenn die obige Kopplung zwischen Durchbruchspannung und Durchlasswiderstand über die Dotierungskonzentration aufgelöst werden könnte. Bisher gibt es drei verschiedene Möglichkeiten, beispielsweise eine vorgegebene, relativ hohe Durchbruchspannung mit einer höheren Dotierungskonzentration und damit einem niedrigeren Durchlasswiderstand als bei üblichen Leistungstransistoren zu kombinieren. Bei den hierfür angegebenen Beispielen wird zur Vereinfachung von n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren mit einer n-dotierten Driftstrecke ausgegangen.
  • Die erste Möglichkeit sind die so genannten Kompensationsbauelemente (vgl. US 4 754 310 A , US 5 216 275 A und T. Fujihira et al.: Simulated Superior Performances of Semiconductor Superjunction Devices, ISPSD'98, Seiten 423 bis 426, (1998)), wie beispielsweise CoolMOS-Transistoren, bei denen in der Driftstrecke zusätzliche p-dotierte Gebiete so angeordnet sind, dass diese im Durchlasszustand den Stromfluss zwischen Sourceelektrode und Drainelektrode nicht wesentlich behindern, jedoch im Sperrzustand in der Raumladungszone die Ladung der Driftstrecke weitgehend kompensieren. Über das Einbringen dieser zusätzlichen p-dotierten Gebiete mit einer zur Driftstrecke entgegengesetzten Polarität der Ladung wird verhindert, dass die Ladungen der Driftstrecke ein zu hohes elektrisches Feld erzeugen. Ein Nachteil dieser ersten Methode ist darin zu sehen, dass die Herstellung solcher p-dotierter Gebiete in einer sonst n-dotierten Driftstrecke aufwändig ist.
  • Aus der DE 198 40 032 C1 ist es noch bekannt, bei Kompensationsbauelementen die Dotierung der Driftstrecke und/oder der Kompensationsgebiete derart einzustellen, dass im Sperrfall das elektrische Feld einen von beiden Seiten der Driftstrecke aus ansteigenden Verlauf hat. Das Maximum der elektrischen Feldstärke wird also nicht in der Nähe eines Endes der Driftstrecke erreicht, sondern in deren Inneren, beispielsweise ungefähr in der Mitte. Dazu werden bei z. B. n-leitenden Bauelementen im sourceseitigen Bereich der Driftstrecke die p-dotierten Kompensationsgebiete höher, im drainseitigen Bereich der Driftstrecke niedriger als die n-dotierte Driftstrecke dotiert. Dies kann sowohl durch eine vertikale Variation der Dotierung der Kompensationsgebiete als auch durch eine vertikale Variation der Dotierung der Driftstrecke erreicht werden. Derartige Bauelemente zeichnen sich durch hohe Avalanchefestigkeit bzw. Strombelastbarkeit im Durchbruch sowie durch vergrößerte Toleranz gegenüber Fertigungsschwankungen aus.
  • Schließlich ist noch aus M. Nemoto et al, ”Great Improvement in IGBT Turn-on Characteristics with Trench Oxide PiN Schottky Diode”, Proceedings of the ISPSD, Osaka (2001), eine sogenannte TOPS-Diode bekannt, bei der p-leitende Inseln zur Abschirmung des Schottky-Übergangs vor hohen Feldern im Halbleiterkörper tiefergelegt sind.
  • Bei einer zweiten Methode (vgl. US 6 201 279 A , WO 02/067332 A2 ) wird parallel zur Driftstrecke im Halbleiterkörper eines Halbleiterbauelementes eine semiisolierende Schicht erzeugt. Dadurch wird ein möglichst linearer Potenzialverlauf und somit ein konstanter Verlauf des elektrischen Feldes über der Driftstrecke bewirkt.
  • Ein Nachteil der zweiten Methode ist darin zu sehen, dass im Sperrfall über die in der Driftstrecke angeordnete semiisolierende Schicht ein erheblicher Leckstrom fließt. Dieser ist um so höher, je wirksamer semiisolierende Schichten den Verlauf des elektrischen Feldes beeinflussen. Gegebenenfalls ist es möglich, diese zweite Methode mit der ersten Methode zu kombinieren (vgl. US 6 201 279 A ).
  • Dabei kann, wie in der WO 02/067332A2 erläutert ist, vorgesehen werden, dass die das elektrische Feld beeinflussende semiisolierende Schicht nicht direkt an der Halbleiteroberfläche, sondern eher in der Tiefe des sperrenden pn-Überganges beginnt. Dies ist zweckmäßig, um keine zu großen Feldstärkespitzen entstehen zu lassen, welche die Durchbruchspannungen herabsetzen würden.
  • Schließlich wird bei einer dritten Methode (vgl. US 4 941 026 A ) der Potenzialverlauf und damit der Verlauf des elektrischen Feldes mit Hilfe einer Feldelektrode beeinflusst. Eine solche Feldelektrode kann bei vertikalen Halbleiterbauelementen isoliert von deren Halbleiterkörper in einem Trench (Graben) angeordnet sein. Der Aufwand für die Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelementes ist wie bei der ersten Methode relativ hoch. Außerdem nimmt die notwendige Dicke von Isolationsschichten zwischen dem Halbleiterkörper des Halbleiterbauelementes und den Feldelektroden proportional zur gewünschten Durchbruchspannung zu. Aus diesem Grund ist die Anwendbarkeit der dritten Methode bei Halbleiterbauelementen praktisch nur bis zu Sperrspannungen von maximal 200 V sinnvoll.
  • Aus der US 4 890 150 A ist ein Halbleiterbauelement mit einer Substratschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp bekannt, wobei eine Epitaxieschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Substratschicht liegt, eine Isolierschicht wenigstens einen Teil der Epitaxieschicht bedeckt und eine Passivierungsschicht mit hoher dielektrischer Konstante, die wenigstens 80 beträgt, auf der Isolierschicht angeordnet ist.
  • Aus der US 2003/0006458 A1 ist ein DMOS Transistor bekannt, der eine dielektrische Schicht in einem Siliziumsubstrat aufweist, wobei die Schicht aus einem Material mit einer dielektrischen Konstante größer als diejenige von Silizium hergestellt ist.
  • Aus der WO 03/044864 A1 ist ein Halbleiterbauelement mit einer Schicht bekannt, die zumindest einen Halbleiterbereich und zumindest einen dielektrischen Bereich mit einem high-k-Koeffizienten beinhaltet.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem der obige Zusammenhang zwischen Durchbruchspannung und Durchlasswiderstand nach einer weiteren Methode weitgehend entkoppelt ist und das außerdem relativ einfach hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens entlang eines Teiles der Driftstrecke mindestens ein Gebiet mit einem Material einer hohen Dielektrizitätskonstante, high-k-Materialgebiet genannt, vorgesehen ist, so dass im Bereich der Driftstrecke das mindestens eine high-k-Materialgebiet und mindestens ein Halbleitermaterialgebiet gebildet sind.
  • Damit nutzt die Erfindung die folgende Erkenntnis aus: Die Dotierung in der Driftstrecke erzeugt in der Raumladungszone im Sperrfall ein elektrisches Feld. Mit ρ = qND (ρ = spezifische Ladung in der Raumladungszone, q = Elementarladung, ND = Anzahl der Donatoren pro Volumeneinheit in der Raumladungszone) gilt nach der ersten Maxwell-Gleichung bekanntlich für das elektrische Feld E: div E = ρ/εHε0 (1) (εH = Dielektrizitätszahl im Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, ε0 = elektrische Feldkonstante). Die elektrische Feldkonstante wird auch als Dielektrizitätskonstante des Vakuums bezeichnet, die Dielektrizitätszahl als relative Dielektrizitätskonstante. Das Produkt εHε0 ist die (absolute) Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials.
  • Daraus folgt, dass bei einem gleichen elektrischen Feld E die Donatorendichte und damit die Dotierung mit Hilfe einer höheren Dielektrizitätszahl εH größer gewählt werden kann. Mit anderen Worten, wenn dafür gesorgt wird, dass die Dielektrizitätszahl im Halbleitermaterial der Driftstrecke größer wird, dann kann dort auch die Dotierungskonzentration erhöht werden, ohne ein Ansteigen der elektrischen Feldstärke zu bewirken. Dieser Zusammenhang wird bei der Erfindung ausgenutzt: in die Driftstrecke und parallel zu dieser werden Gebiete mit einer sehr hohen Dielektrizitätszahl angeordnet, so dass sich im Mittel über die Driftstrecke einschließlich dieser zusätzlichen Gebiete ein höher effektiver Wert der Dielektrizitätskonstante für den Bereich Driftstrecke insgesamt ergibt.
  • In die Driftstrecke und entlang von dieser können in vorteilhafter Weise ein oder mehrere so genannte high-k-Gebiete abwechselnd mit Halbleitermaterialgebieten, die die eigentliche Driftstrecke bilden, vorgesehen sein. Bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen beträgt die Obergrenze der Dotierungskonzentration in der Driftstrecke für eine Sperrfähigkeit von etwa 600 V in Silizium ungefähr 1,5E14/cm3. Demgegenüber weist bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement die Driftstrecke eine Dotierungskonzentration von etwa 2E15 bis 2E16/cm3 auf. Sie ist also ein bis zwei Größenordnungen höher als bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen.
  • Im Durchlassfall hat so die Driftstrecke im Vergleich zu herkömmlichen Halbleiterbauelementen infolge der hochdotierten Driftstrecke einen sehr niedrigen Widerstand. Im Sperrfall sind die Dotierstoffe in der Driftstrecke im Bereich der Raumladungszone ionisiert und würden an sich ohne die zusätzlichen high-k-Gebiete bereits bei einer sehr niedrigen, an den beiden Elektroden anliegenden Spannung, die abhängig von der Dotierungskonzentration bei 20 bis 150 V liegt, ein elektrisches Feld in der Höhe der Durchbruchfeldstärke erzeugen. Das high-k-Material in den zusätzlichen Gebieten ist aber infolge der hohen Dielektrizitätskonstante sehr stark polarisiert und kompensiert mit den dadurch erzeugten Polarisationsladungen einen großen Teil der Ladungen im Halbleitermaterial der Driftstrecke und damit auch des elektrischen Feldes. Das sich in vertikaler Richtung zwischen den beiden Elektroden ergebende Feld kann mit Hilfe der obigen Gleichung (1) näherungsweise berechnet werden, wenn εH durch den mit den Breiten der Halbleitermaterialgebiete der Driftstrecke und der zusätzlichen high-k-Materialgebiete gewichteten Mittelwert der jeweiligen Dielektrizitätszahlen ersetzt wird. Eine einwandfreie Funktionsfähigkeit im Sperrfall erfordert, dass die Dotierungskonzentration in den Halbleitermaterialgebieten der Driftstrecke in lateraler Richtung nicht mehr als das Doppelte der Durchbruchladung beträgt.
  • Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes liegt darin, dass die Höhe der Dotierungskonzentration in den Halbleitermaterialgebieten der Driftstrecke nur mit der üblichen Genauigkeit eingestellt werden muss, weil dort – anders als bei der ersten Methode – nicht für eine genaue Ladungskompensation gesorgt zu werden braucht, sondern nur die Einstellung des Durchlasswiderstandes relevant ist. Weiterhin kann für das high-k-Material in den zusätzlichen Gebieten auch ein Isolator gewählt werden, so dass das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement – im Gegensatz zu Halbleiterbauelementen nach der zweiten Methode – keinen erhöhten Leckstrom zeigt. Hat das high-k-Material eine (geringe) elektrische Leitfähigkeit, so ist deren Obergrenze durch den zulässigen Leckstrom bestimmt.
  • Das high-k-Material hat eine Dielektrizitätszahl, die wenigstens 20, vorzugsweise größer als 200 und noch mehr vorzugsweise größer als 1000 ist. Hierfür vorgesehene Materialien sind beispielsweise Hafniumdioxid (HfO2), Zirkoniumdioxid (ZrO2), Titandioxid (TiO2) oder Lanthanoxid (La2O3) oder eine Verbindung aus der Gruppe der Titanate, beispielsweise Bariumtitanat, Strontiumtitanat oder Barium-Strontium-Titanat. Daneben kommen auch Zirkonate, Niobate und Tantalate in Frage.
  • Weiterhin sollte die Dielektrizitätszahl des high-k-Materials wenigstens doppelt so groß wie die Dielektrizitätszahl des Halbleitermaterials der Driftstrecke sein.
  • In Kombination mit anderen Methoden ist es bereits vorteilhaft, wenn die Dielektrizitätszahl größer als die des Halbleitermaterials ist.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements liegt auch darin, dass die bei ihm vorgesehene Struktur ohne weiteres auf höhere Spannungen skaliert werden kann, indem die Länge der Driftstrecke und der zusätzlichen high-k-Materialgebiete vergrößert wird. Damit ist es möglich, das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement auf einem sehr weiten Bereich von Spannungsklassen, beispielsweise zwischen etwa 100 V und 2000 V, anzuwenden.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann außerdem Strukturen zur Ladungskompensation (entsprechend der obigen ersten Methode) aufweisen. Es hat dann den Vorteil, dass bei einem erheblich verringerten Durchlasswiderstand die Höhe der Dotierungskonzentration wesentlich weniger genau als bei reinen Kompensationsbauelementen eingestellt werden muss.
  • Für die Breite der Driftstrecke kann ein Wertebereich von 1 bis 10 μm und vorzugsweise von etwa 2 bis 4 μm vorgesehen werden. Die Länge der Driftstrecke hängt, wie bereits oben erwähnt wurde, von der gewünschten Durchbruchspannung ab und liegt für eine Spannung von etwa 600 V in Silizium bei ungefähr 40 μm.
  • Die Ausdehnung der Halbleitermaterialgebiete von einem high-k-Materialgebiet zu einem nächsten high-k-Materialgebiet, also die Ausdehnung in lateraler Richtung senkrecht zur Verbindungsrichtung zwischen den beiden Elektroden, sollte vorteilhafter Weise nicht mehr als etwa 1/3 der Ausdehnung der Halbleitermaterialgebiete in Stromflussrichtung zwischen den beiden Elektroden betragen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement kann es sich beispielsweise um einen MOSFET (MOS-Feldeffekttransistor), einen JFET (Junction-Feldeffekttransistor) oder eine Schottky-Diode handeln. Die Erfindung ist aber hierauf nicht begrenzt, vielmehr kann sie auch bei anderen Halbleiterbauelementen, wie beispielsweise IGBTs, Thyristoren usw. angewandt werden.
  • Zwischen dem high-k-Materialgebiet und dem Halbleitermaterialgebiet des Halbleiterkörpers der Driftstrecke kann wenigstens teilweise eine Isolatorschicht vorgesehen sein. Für die Isolatorschicht kann beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Titandioxid oder ein Stapel (Stack) aus beispielsweise einem Siliziumdioxid-Film und wenigstens einem weiteren Film, etwa aus Siliziumnitrid, gewählt werden.
  • Insbesondere bei vertikalen Halbleiterbauelementen ist das high-k-Materialgebiet wenigstens teilweise in einem Trench angeordnet. Ein solcher Trench kann ohne weiteres in den Halbleiterkörper des Halbleiterbauelementes beispielsweise durch Ätzen eingebracht werden.
  • Ist das high-k-Materialgebiet in einem Trench vorgesehen, so muss dieser Trench nicht vollständig mit dem high-k-Material gefüllt sein. Vielmehr kann der Trench auch zusätzlich isolierendes Material enthalten.
  • Geeignete Strukturen für die high-k-Materialgebiete sind in der Draufsicht eine Streifenstruktur, eine Gitterstruktur oder eine Säulenstruktur. Die beiden letzteren können beispielsweise quadratisch oder hexagonal ausgeführt sein.
  • Die Dotierungskonzentration in der Driftstrecke sollte, integriert zwischen zwei high-k-Materialgebieten in einer Richtung senkrecht zur Hauptrichtung des elektrischen Feldes zwischen der ersten und der zweiten Elektrode bei anliegender Sperrspannung an diesen Elektroden und senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Halbleitermaterialgebieten und den high-k-Materialgebieten nicht das Doppelte der Durchbruchladung bei Streifenstruktur der high-k-Materialgebiete und nicht das Vierfache der Durchbruchladung bei deren Gitterstruktur übersteigen. Es sei angemerkt, dass die Durchbruchladung über obige Gleichung (1) mit der Durchbruchfeldstärke verknüpft ist.
  • Das Halbleiterbauelement kann eine Vertikalstruktur oder eine Lateralstruktur haben. Liegt eine Lateralstruktur vor, so können die high-k-Materialgebiete in Trenches gelegen sein und sich lateral zwischen Drain und Source bzw. Anode und Kathode erstrecken oder auf der Halbleiterstruktur aufliegen.
  • Das high-k-Material ist ein zusammengesetztes Material, das leitfähige Bereiche aufweist, welche von einem Dielektrikum umgeben sind. Die leitfähigen Bereiche sind dabei unregelmäßig oder regelmäßig angeordnete Körner oder auch Schichten.
  • Das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers kann aus homogenem Halbleitermaterial, wie insbesondere Silizium, Siliziumcarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid, Kohlenstoff oder heterogenem Halbleitermaterial, wie insbesondere Si/SiGe, GaAs/AlGaAs, GaN/AlGaN, GaAs/InGaAsP oder aus organischem oder anorganischem Material bestehen. Mit anderen Worten, für das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement kann jedes hierfür geeignete Halbleitermaterial gewählt werden.
  • Handelt es sich bei dem Halbleiterbauelement um einen Transistor, so kann im Bereich der zur einen Halbleiteroberfläche des Halbleiterkörpers gegenüberliegenden Seitenelektrode, also drainseitig, zwischen dem high-k-Material und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers eine hoch leitende bzw. metallische Schicht vorgesehen sein. Diese Schicht kontaktiert dann sowohl das high-k-Material als Kapazitätselektrode als auch das Halbleitermaterial und kann auch als Diffusionsbarriere zwischen high-k-Material und Halbleiterkörper dienen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung eines Leistungs-MOSFETs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 1A den Verlauf des elektrischen Feldes bei einem herkömmlichen MOFSET (Strichlinie) und bei dem erfindungsgemäßen MOSFET nach 1 (Volllinie),
  • 2 eine Schnittdarstellung eines Leistungs-MOSFETs nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hier Strukturen zur Ladungskompensation zusätzlich vorgesehen sind,
  • 3 eine Schnittdarstellung durch eine Schottky-Diode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4 eine Schnittdarstellung durch eine Schottky-Diode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hier zusätzliche Kompensationsgebiete vorgesehen sind,
  • 5 eine Schnittdarstellung durch eine Schottky-Diode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei hier zusätzlich Kompensationsgebiete vorgesehen sind und die Trenches mit high-k-Material auch noch mit Isoliermaterial gefüllt sind,
  • 6A und 6B Schnittdarstellungen verschiedener Strukturen der high-k-Materialgebiete,
  • 7 einen horizontalen Schnitt durch die Driftstrecke des MOSFETs von 1 mit einer Gitterstruktur der high-k-Materialgebiete,
  • 8 einen horizontalen Schnitt durch die Driftstrecke des MOSFETs von 1 mit einer Säulenstruktur der high-k-Materialgebiete,
  • 9 die Abhängigkeit der Durchbruchspannung und des Durchlasswiderstandes von der Dotierungskonzentration in der Driftstrecke für einen Leistungs-MOSFET ähnlich zu dem in 2,
  • 10 eine Schnittdarstellung durch eine Schottky-Diode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit durch Oxid vom Halbleitermaterial getrennten Schichten aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, das auf Vorder- und Rückseite direkt mit der Metallisierung bzw. metallischem Material angeschlossen wird, sowie mit p-dotierten Gebieten zur Verringerung des elektrischen Feldes am Schottkykontakt,
  • 11 eine Schnittdarstellung durch einen Leistungs-MOSFET nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit sich ungefähr kompensierenden n- und p-dotierten Gebieten in der Driftstrecke und Schichten aus einem Material mit hoher Dielektrizitätskonstante, das auf Vorder- und Rückseite direkt mit der Metallisierung bzw. metallischem Material angeschlossen wird,
  • 12 eine Schnittdarstellung durch einen Trench-DMOS-Transistor nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Gateelektrode durch ein Gateoxid isoliert in einen Trench eingebaut ist und die Bodyzone sowie die Sourcezone vollständig durchtrennt,
  • 13 eine Schnittdarstellung durch eine Variante des Ausführungsbeispiels von 12, wobei hier das Trench-Gate in dem Trench vorgesehen ist, in dem sich auch das high-k-Material befindet, und auf dem high-k-Material eine weitere Sourceelektrode angeordnet ist,
  • 14 eine Alternative zum Ausführungsbeispiel von 13, wobei hier das high-k-Material über die Gateelektrode mit Gatepotenzial beaufschlagt ist und zwischen dem high-k-Material und der Gateelektrode eine dünne isolierende oder leitende Barriere vorgesehen ist,
  • 15 eine Schnittdarstellung durch eine PiN-Schottky-Diode nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die p-Dotierung über den Trench des high-k-Materials leitfähig an das Metall der Anode angeschlossen ist, und
  • 16 eine Schnittdarstellung durch eine Variante des Ausführungsbeispiels von 15, bei der das high-k-Material mit einer Isolierschicht umgeben ist.
  • 1 zeigt einen Leistungs-MOSFET nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ein Halbleiterkörper 1 aus Silizium oder einem anderen geeigneten Halbleitermaterial, wie dieses bereits oben angegeben ist, umfasst eine n-leitende Driftstrecke 2, eine p-leitende Bodyzone 7 und eine n+-leitende Sourcezone 8. Außerdem ist noch angrenzend an Drain ein n+-leitendes Gebiet 9 vorgesehen, das auch metallisch leitend sein kann.
  • Es sei ausdrücklich vermerkt, dass anstelle der angegebenen Leitungstypen jeweils auch die umgekehrten Leitungstypen vorgesehen sein können. Das heißt der n-Leitungstyp kann durch den p-Leitungstyp ersetzt werden, wenn anstelle des p-Leitungstyps der n-Leitungstyp vorgesehen wird. Beispielsweise kann also die Sourcezone 8 p-leitend sein, wenn die Bodyzone 7 n-leitend ist und für die Driftstrecke 2 der p-Leitungstyp angewandt wird.
  • Auf dem Halbleiterkörper 1 sind noch eine Source/Bodyelektrode 3 und eine Drainelektrode 4 vorgesehen. Diese können aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Material bestehen.
  • Erfindungsgemäß sind in den Halbleiterkörper 1 Trenches 18 eingebracht, in denen high-k-Materialgebiete 5 aus Hafniumdioxid, Zirkoniumdioxid, Titandioxid oder Lanthanoxid oder einer Verbindung aus der Gruppe der Titanate, Zirkonate, Niobate oder Tantalate vorgesehen sind. Das high-k-Material kann zusätzlich durch eine Isolatorschicht 10 vom Halbleitermaterialgebiet 6 der Driftstrecke 3 getrennt werden.
  • In eine in 1 nicht näher dargestellte Isolatorschicht 20 (vgl. hierzu auch 11) aus beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid oder einem anderen Isoliermaterial ist noch eine Gateelektrode 11 aus beispielsweise polykristallinem Silizium eingebettet.
  • Die Dotierungskonzentration in der Driftstrecke 2 beträgt etwa 2E15 bis 1E17/cm3. Die Breite der Driftstrecke 2 zwischen zwei Trenches 18 liegt im Bereich von 1 bis 10 μm und beträgt vorzugsweise 2 bis 4 μm. Die Länge der Driftstrecke zwischen den beiden Oberflächen des Halbleiterkörpers 1 hängt von der gewünschten Durchbruchspannung ab und liegt, falls diese etwa 600 V betragen soll, in Silizium bei ungefähr 40 μm.
  • Für das high-k-Material der Gebiete 5 kann jedes der oben angegebenen Materialien gewählt werden. Dieses high-k-Material sollte eine höhere Dielektrizitätszahl als das Material des Halbleiterkörpers, z. B. wenigstens 20 aufweisen. Höhere Werte, wie beispielsweise 200 oder 1000, sind aber vorzuziehen.
  • Die Gebiete 5 grenzen bis an das n+-leitende Gebiet 9 an und haben sourceseitig direkt Kontakt zum Source-Potenzial an der Sourceelektrode 3.
  • Für die Isolatorschicht 10 kann jedes geeignete Isolatormaterial, wie beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid oder Titandioxid oder ein Stapel aus mehreren Filmen gewählt werden.
  • Die Trenches 18 können ohne weiteres in den Halbleiterkörper 1 durch Ätzen eingebracht werden. Sie werden sodann anschließend mit der Isolatorschicht 10 an ihren Seitenwänden ausgekleidet und mit dem entsprechenden high-k-Material für die Gebiete 5 gefüllt.
  • 1A zeigt schematisch den Verlauf des elektrischen Feldes E in Abhängigkeit von der Tiefe T zwischen den beiden Hauptoberflächen des Halbleiterkörpers 1 in der Driftstrecke 2. Dabei wird angenommen, dass zwischen den Elektroden 3, 4 eine Spannung anliegt, die ein elektrisches Feld in der Höhe der Durchbruchfeldstärke bewirkt. Für ein herkömmliches Halbleiterbauelement ohne die Gebiete 5 hat dann bei gleicher Höhe der Dotierung der Driftstrecke 2 die Feldstärke E den in einer Strichlinie angegebenen Verlauf, während bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement ein Verlauf des elektrischen Feldes entsprechend der Volllinie auftritt.
  • Umgekehrt erhält man den Verlauf des elektrischen Feldes entsprechend der Volllinie bei einem herkömmlichen Halbleiterbauelement ohne die Gebiete 5 nur bei einer erheblich niedrigeren Dotierung der Driftstrecke und damit bei einem erheblich höheren Durchlasswiderstand.
  • 1A zeigt also deutlich, dass mittels der erfindungsgemäßen Maßnahme, nämlich der Einfügung der high-k-Gebiete 5, eine hohe Durchbruchspannung mit einer hohen Driftstreckendotierung kombiniert werden kann.
  • 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes, nämlich einen Leistungs-MOSFET, bei dem zusätzlich zum Ausführungsbeispiel von 1 Kompensationsstrukturen in der Form von p-leitenden Kompensationsgebieten 12 vorgesehen sind. Die Kompensationsgebiete 12 sind p-leitend und so hoch dotiert, dass die n-leitende Ladung der Gebiete 6 im Wesentlichen kompensiert ist. Die lateral aufintegrierte p-Ladung muss dabei kleiner als die Durchbruchsladung bleiben. Dadurch kann die Dotierung der Driftstrecke 2 entsprechend erhöht und der Durchlasswiderstand weiter vermindert werden. Die Höhe der Dotierung in den Gebieten 12 braucht aber nicht so genau eingestellt zu werden, wie dies bei reinen Kompensationsbauelementen der Fall ist.
  • Damit das Maximum der elektrischen Feldstärke nicht die Nähe eines Endes der Driftstrecke 2 erreicht, sondern in deren Inneres, beispielsweise ungefähr in deren Mitte verlegt wird, können im sourceseitigen Bereich der Driftstrecke 2 die p-dotierten Kompensationsgebiete 12 höher, im drainseitigen Bereich der Driftstrecke 2 aber niedriger als die n-dotierte Driftstrecke 2 dotiert sein. Dies kann sowohl durch eine vertikale Variation der Dotierung der Kompensationsgebiete 12 als auch durch eine vertikale Variation der Dotierung der Driftstrecke 2 erreicht werden. Derartige Halbleiterbauelemente zeichnen sich durch hohe Avalanchefestigkeit bzw. Strombelastbarkeit im Durchbruch sowie durch vergrößerte Toleranz gegenüber Fertigungsschwankungen aus.
  • 9 zeigt die Abhängigkeit der Durchbruchspannung Vbr (Volllinie) und des Durchlasswiderstandes Ron·A (Strichlinie) von der Dotierungskonzentration in der Driftstrecke 2 (Epidotierung) in relativen Einheiten für einen Leistungs-MOSFET ähnlich dem in 2 für Siliziumdioxid (Kurve 1), ein high-k-Material mit der Dielektrizitätszahl ε = 100 (Kurve 2) und ein high-k-Material mit der Dielektrizitätszahl ε = 300 (Kurve 3). Auf der Abszisse und den Ordinaten sind dabei jeweils relative Einheiten angegeben. Während der Durchlasswiderstand Ron·A bei einer Verdopplung der Dotierung um etwa 1/3 kleiner wird, bleibt die Durchbruchspannung auf relativ hohen Werten, wenn anstelle von Siliziumdioxid in den Gebieten 5 ein high-k-Material mit ε = 100 (Kurve 2) oder gar ε = 300 (Kurve 3) verwendet wird.
  • Die 3, 4 und 5 zeigen als weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils eine Schottky-Diode mit einem Schottky-Kontakt 13 zwischen der ersten Elektrode 3 und dem Halbleiterkörper 1. In 3 ist das high-k-Materialgebiet 5 durch eine Isolatorschicht 10 aus beispielsweise Siliziumdioxid von den Halbleitergebieten 6 getrennt, während in 4 Kompensationsgebiete 12 (ähnlich wie in 2) in der Driftstrecke 2 vorgesehen sind und in 5 die Trenches 18 teilweise mit Isolatormaterial 14 zusätzlich zu dem high-k-Material 5 aufgefüllt sind.
  • In den Ausführungsbeispielen der 10 und 11, die eine Schottkydiode bzw. einen Leistungs-MOSFET zeigen und weitgehend den Ausführungsbeispielen der 3 bzw. 2 entsprechen, werden die high-k-Materialgebiete 5 auf der Vorderseite und der Rückseite direkt mit der Metallisierung 3 der Anode und der Metallisierung 4 der Kathode bzw. metallischem Material angeschlossen, ohne dass zwischen der jeweiligen Metallisierung 3 bzw. 4 und dem high-k-Material 5 ein Halbleitergebiet liegt. Eine derartige Struktur ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sich die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Halbleitermaterial und high-k-Material deutlich unterscheiden.
  • Im Ausführungsbeispiel von 10 wird, wie bei Schottkydioden üblich, das elektrische Feld am Schottkykontakt 13 durch p-leitende Gebiete 19 an der Vorderseite reduziert.
  • Die 6A und 6B veranschaulichen, wie ein high-k-Material 5 alternativ zu einem homogenen Volumenmaterial aufgebaut werden kann. Hier ist das high-k-Material 5 ein zusammengesetztes Material, bei welchem regelmäßige oder unregelmäßige leitfähige Gebiete in der Form von Schichten 15 oder Körnern 16 von einem Dielektrikum 17 umgeben sind. Die Schichten 15 und Körner 16 können beispielsweise aus Metall oder einem Halbleiter bestehen, während für das Dielektrikum 17 ein high-k-Material, wie dieses oben bereits angegeben wurde, gewählt wird. Auf diese Weise lässt sich die effektive Dielektrizitätskonstante des so strukturierten high-k-Materialgebietes 5 erhöhen. Daher reicht in diesem Fall als Dielektrikum 17 auch ein Material mit „normaler” Dielektrizitätszahl (z. B. 3 bis 10) aus.
  • Die 7 und 8 zeigen als horizontale Schnittdarstellung zwei Gestaltungsmöglichkeiten für die Driftstrecke 2 des Leistungs-MOSFETs des Ausführungsbeispiels von 1. In 7 hat dabei das high-k-Materialgebiet 5 eine Gitterstruktur, während in 8 hierfür eine Säulenstruktur gegeben ist. Selbstverständlich sind aber auch andere Strukturen möglich.
  • Die 12 zeigt als Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Trench-DMOS-Transistor, bei dem eine Gateelektrode 11 aus beispielsweise polykristallinem Silizium in einem Trench 18' eingebaut ist, der auf seinen Seiten- und Bodenflächen mit einer Isolatorschicht 20 aus vorzugsweise Siliziumdioxid ausgekleidet ist. Dieser Trench 18' durchtrennt vollständig die Sourcezone 8 und die Bodyzone 7 und reicht so bis zu der Driftstrecke 2. Die Driftstrecke 2 selbst wird durch high-k-Gebiete 5 durchsetzt, die ihrerseits in Trenches gelegen sind.
  • Im Ausführungsbeispiel von 12 beginnen die high-k-Gebiete 5 nicht direkt an der Halbleiteroberfläche, sondern eher in der Tiefe des sperrenden pn-Überganges zwischen der Bodyzone 7 und der Driftstrecke 2. Dadurch wird erreicht, dass keine zu hohen Spitzen der elektrischen Feldstärke auftreten, welche die Durchbruchspannung herabsetzen würden.
  • Die Gateelektroden 11 sind noch durch eine Isolatorschicht 21 aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid von der Source/Bodyelektrode 3 elektrisch isoliert.
  • 13 zeigt eine Variante zum Ausführungsbeispiel von 12, bei welcher die Gateelektroden 11 und die high-k-Materialgebiete 5 in den gleichen Trenches 18 vorgesehen und das high-k-Materialgebiet 5 mit einer weiteren Sourceelektrode 3' ausgestattet ist. Diese weitere Sourceelektrode 3' kann elektrisch mit der Sourceelektrode 3 verbunden sein. Die Variante des Ausführungsbeispiels von 13 ist im Vergleich zum Ausführungsbeispiel von 12 in besonderer Weise Platz sparend, da hier keine gesonderten Trenches für Gateelektroden und high-k-Materialgebiete vorgesehen werden müssen.
  • Alternativ zu den Ausführungsbeispielen der 12 und 13 ist es auch möglich, das high-k-Materialgebiet 5 über die Gateelektrode 11 an Gatepotenzial anzuschließen. Dabei kann zwischen dem high-k-Materialgebiet und der Gateelektrode 11 eine dünne isolierende oder leitende Barriere 22 vorgesehen werden, wie dies in der linken Hälfte von 14 veranschaulicht ist. Für eine isolierende Barriere 22 kann beispielsweise Siliziumdioxid verwendet werden, während eine leitende Barriere aus Metall bestehen kann.
  • Die 15 und 16 zeigen noch zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung mit jeweils einer PiN-Schottkydiode, welche eine ähnliche Struktur wie eine TOPS-Diode hat. Bei dieser Schottkydiode ist eine p-Dotierung 23 im Wandbereich von Trenches 18 über einen Leiter 24 an eine Anodenelektrode 3 leitfähig angeschlossen. Für den Leiter 24 kann vorzugsweise polykristallines Silizium verwendet werden. Dieser Leiter 24 ist durch eine Isolatorschicht 10 vom n-leitenden Halbleitergebiet 2 getrennt.
  • Im unteren Bereich der Trenches 18 befinden sich high-k-Materialgebiete 5, die, wie in 15 gezeigt ist, direkt an die Halbleitergebiete 2 angrenzen oder von diesen durch eine Isolatorschicht 10 entsprechend 16 getrennt sein können.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Dioden der 15 und 16 liegt darin, dass der Schottky-Übergang 13 vor hohen Feldern gut abgeschirmt ist, da die inselförmigen p-Dotierungen 23 in den Trenches 18 tiefer gelegt sind.
  • Die Ausführungsbeispiele der 15 und 16 lassen sich auf relativ einfache Weise realisieren, da für die Trenches für die high-k-Materialgebiete 5 und für die p-Dotierungen 23 die gleichen Trenches – ähnlich wie im Ausführungsbeispiel der 13 bzw. 14, verwendet werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterkörper
    2
    Driftstrecke/n-leitendes Halbleitergebiet
    3, 3'
    Source/Bodyelektrode/Metallisierung/Anodenelektrode
    4
    Drainelektrode/Metallisierung, Kathodenelektrode
    5
    High-k-Materialgebiet
    6
    Halbleitermaterialgebiet
    7
    Bodyzone
    8
    Sourcezone
    9
    n+-leitendes Gebiet
    10
    Isolatorschicht
    11
    Gateelektrode
    12
    Kompensationsgebiet
    13
    Schottky-Kontakt
    14
    Isolatormaterial
    15
    Schichten
    16
    Körner
    17
    Dielektrikum
    18, 18'
    Trench
    19
    p-leitendes Gebiet
    20
    Isolatorschicht
    21
    Isolatorschicht
    22
    Barriere
    23
    p-Dotierung
    24
    Leiter
    E
    elektrisches Feld
    T
    Tiefe

Claims (42)

  1. Halbleiterbauelement mit einer in einem Halbleiterkörper (1) ausgebildeten Driftstrecke (2) aus einem Halbleitermaterial eines Leitungstyps, die eine zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Elektrode (3, 4) und wenigstens entlang eines Teiles der Driftstrecke (2) angeordnete Grabenstruktur in Form mindestens eines Trenches (18) aufweist, wobei in der Grabenstruktur ein high-k-Material genanntes dielektrisches Material, das eine relative Dielektrizitätskonstante εr mit εr ≥ 20 aufweist, so angeordnet ist, dass im Bereich der Driftstrecke (2) mindestens ein high-k-Materialgebiet (5) und ein Halbleitermaterialgebiet (6) des einen Leitungstyps angeordnet sind, und wobei das Material des high-k-Materialgebiets (5) ein zusammengestztes Material aufweist, das leitfähige Bereiche (15, 16) in Form von unregelmäßig oder regelmäßig angeordneten Körnern (16) oder Schichten (15) enthält, wobei die leitfähigen Bereiche (15, 16) jeweils von einem Dielektrikum (17) aus high-k-Material umgeben sind.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Driftstrecke (2) entlang dieser mehrere high-k-Gebiete (5) abwechselnd mit Halbleitermaterialgebieten (6) vorgesehen sind.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung der Halbleitermaterialgebiete (6) von einem high-k-Materialgebiet (5) zu einem nächsten high-k-Materialgebiet (5) nicht mehr als etwa 1/3 der Ausdehnung der Halbleitermaterialgebiete (6) in Stromflussrichtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (3, 4) beträgt.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein MOSFET oder ein JFET oder eine Schottky-Diode ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätszahl des Materials des high-k-Materialgebiets (5) größer als 200 ist.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätskonstante des Materials des high-k-Materialgebiets (5) größer als der doppelte Wert der Dielektrizitätskonstante des Halbleitermaterials der Driftstrecke (2) ist.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem high-k-Materialgebiet (5) und dem Halbleitermaterialgebiet (6) des Halbleiterkörpers (1) wenigstens teilweise eine Isolatorschicht (10) vorgesehen ist.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (10) aus Siliziumdioxid (SiO2), Aluminiumoxid (Al2O3) oder Titandioxid (TiO2) oder aus einem Stapel aus mindestens einem Siliziumdioxid-Film und/oder einem Siliziumnitrid-(Si3N4-)Film besteht.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Trench (18) in den Halbleiterkörper (1) hineingeätzt ist.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftstrecke (2) im Bereich der zu einer Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (1) gegenüberliegenden zweiten Elektrode (4) an ein hochdotiertes Gebiet (9) angrenzt.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das high-k-Materialgebiet (5) ungefähr bis an das hochdotierte Gebiet (9) heranreicht.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Driftstrecke (2) Kompensationsgebiete (12) des zu dem einem Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps vorgesehen sind, welche im Sperrfall des Halbleiterbauelements zumindestens teilweise die Dotierung des einen Leitungstyps in der Driftstrecke (2) kompensieren.
  13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsgebiete (6) und/oder die zwischen den Kompensationsgebieten (2) gelegenen Halbleitermaterialgebiete (6) der Driftstrecke (2) eine Variation der Dotierung in der Richtung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (3, 4) derart aufweisen, dass im Bereich der ersten Elektrode (3) der zweite Leitungstyp und im Bereich der zweiten Elektrode (4) der erste Leitungstyp überwiegt.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Isolatorschicht (10) wenigstens 1/3 des Durchmessers der leitfähigen Bereiche (15, 16) beträgt.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das high-k-Material des high-k-Materialgebiets (5) Hafniumoxid (HfO2), Zirkoniumoxid (ZO2), Titandioxid (TiO2) oder Lantanoxid (La2O3) oder eine Verbindung aus der Gruppe der Titanate, wie insbesondere Bariumtitanat, Strontiumtitanat oder Barium-Strontium-Titanat oder aus den Gruppen der Zirkonate, Niobate oder Tantalate enthält.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die high-k-Materialgebiete (5) eine Streifen-, Gitter- oder Säulenstruktur haben.
  17. Halbleiterbauelement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration in der Driftstrecke (2) integriert zwischen zwei high-k-Materialgebieten (5) in einer Richtung senkrecht zur Hauptrichtung des elektrischen Feldes zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (3, 4) bei anliegender Sperrspannung an den beiden Elektroden (3, 4) und senkrecht zur Grenzfläche zwischen den Halbleitermaterialgebieten (6) und den high-k-Materialgebieten (5) nicht das Doppelte der Durchbruchsladung bei Streifenstruktur und nicht das Vierfache der Durchbruchsladung bei Gitterstruktur übersteigt.
  18. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es eine laterale Struktur hat, bei welcher die high-k-Materialgebiete (5) in den Trenches (18) gelegen sind und sich lateral zwischen Drain und Source bzw. Anode und Kathode erstrecken.
  19. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (1) aus homogenem Halbleitermaterial, wie insbesondere Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Kohlenstoff (C) oder heterogenem Halbleitermaterial, wie insbesondere Si/SiGe, GaAs/AlGaAs, GaN/AlGaN, GaAs/InGaAsP oder aus organischem oder anorganischem Material besteht.
  20. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zur einen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (1) gegenüberliegenden zweiten Elektrode (4) zwischen dem high-k-Material des high-k-Materialgebiets (5) und dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (1) eine metallisch leitende Schicht (9) vorgesehen ist.
  21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch leitende Schicht (9) sowohl das high-k-Material als Kapazitätselektrode als auch das Halbleitermaterial (6) kontaktiert und als Diffusionsbarriere dient.
  22. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der auf der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (1) vorgesehenen ersten Elektrode (3) das high-k-Material des high-k-Materialgebiets (5) mit der ersten Elektrode (3) kontaktiert ist.
  23. Halbleiterbauelement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der zur einen Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers (1) gegenüberliegenden zweiten Elektrode (4) das high-k-Material des high-k-Materialgebiets (5) mit der zweiten Elektrode (4) ohne ein dazwischen liegendes Halbleitergebiet kontaktiert ist.
  24. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (3) auf Sourcepotential oder Gatepotential liegt.
  25. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dielektrizitätszahl des Materials des high-k-Materialgebiets (5) größer als 1000 ist.
  26. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Driftstrecke (2) eine Dotierungskonzentration im Bereich von 2 × 1015 bis 1 × 1017/cm3 aufweist.
  27. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Driftstrecke im Bereich von 1 bis 10 μm, vorzugsweise 2 bis 4 μm, liegt.
  28. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Driftstrecke in Silizium für eine Durchbruchspannung von etwa 600 V bei ungefähr 40 μm liegt.
  29. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vertikalstruktur das high-k-Materialgebiet (5) etwa auf der Höhe eines sperrenden pn-Überganges zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (3, 4) beginnt.
  30. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausführung des Halbleiterbauelementes als Schottkydiode das mindestens eine high-k-Materialgebiet (5) durch eine Isolatorschicht (10) von der Driftstrecke (2) getrennt ist.
  31. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausführung des Halbleiterbauelementes als Schottkydiode Gebiete (19) mit dem zum Leitungstyp der Driftstrecke (2) entgegengesetzten Leitungstyp im Bereich des Schottkykontaktes (13) vorgesehen sind.
  32. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen Kompensationsgebieten (12) gelegenen high-k-Materialgebiete (5) direkt zwischen der ersten und zweiten Elektrode (3, 4) angeschlossen sind.
  33. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass Gateelektroden (11) und high-k-Materialgebiete (5) in getrennten Trenches (18', 18) angeordnet sind.
  34. Halbleiterbauelement nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenches (18') der Gateelektroden (11) eine Bodyzone (7) durchsetzen.
  35. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass Gateelektroden (11) und high-k-Materialgebiete jeweils in den gleichen Trenches gelegen sind.
  36. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Gateelektroden (11) und die high-k-Materialgebiete voneinander durch eine Isolatorschicht (20) getrennt sind.
  37. Halbleiterbauelement nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das high-k-Materialgebiet mit einer zusätzlichen Elektrode (3') versehen ist.
  38. Halbleiterbauelement nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass die high-k-Materialgebiete (5) mit der Gateelektrode (11) verbunden sind.
  39. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass Gebiete (23) des zum Leitungstyp der Driftstrecke (2) entgegengesetzten Leitungstyp in den Trenches (18) an deren Seitenwand vorgesehen sind.
  40. Halbleiterbauelement nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebiete (23) des anderen Leitungstyp über Leiter (24) mit der ersten Elektrode (3) verbunden sind.
  41. Halbleiterbauelement nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass in den Trenches (18) im Wesentlichen unterhalb der Gebiete (23) des anderen Leitungstyps die high-k-Materialgebiete (5) vorgesehen sind.
  42. Halbleiterbauelement nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die high-k-Materialgebiete durch eine Isolatorschicht (10) von der Driftstrecke (2) getrennt sind.
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