DE102006036347B4 - Halbleiterbauelement mit einer platzsparenden Randstruktur - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauelement, das als MOS-Transistor ausgebildet ist und das aufweist: einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten Seite (101), einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (102), einem Innenbereich (105), einem sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) an den Innenbereich anschließenden Randbereich (106) und einer sich über den Innenbereich (105) und den Randbereich (106) erstreckenden ersten Halbleiterschicht (103), die eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweist, wobei das Halbleiterbauelement im Innenbereich (105) aufweist: eine Sourcezone (11) eines ersten Leitungstyps, eine Driftzone (13) des ersten Leitungstyps, eine zwischen der Sourcezone (11) und der Driftzone (13) angeordnete Bodyzone (12) des zweiten Leitungstyps, und eine Gateelektrode (15), die benachbart zu der Bodyzone (12) angeordnet und durch ein Gatedielektrikum (16) gegenüber der Bodyzone isoliert ist, wobei die wenigstens eine Gateelektrode (15) in einem Graben (19) angeordnet ist, der sich ausgehend von der Vorderseite (101) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt und wobei eine...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen Leistungstransistor, mit einem Halbleiterkörper und mit einem pn-Übergang in einem Innenbereich eines Halbleiterkörpers und einer Randstruktur in einem Randbereich des Halbleiterkörpers.
  • Eine Bauelementstruktur mit einem Halbleiterübergang, d. h. einem pn-Übergang findet sich sowohl bei bipolaren Bauelementen, wie Dioden, Bipolartransistoren und IGBT als auch bei unipolaren Bauelementen, wie MOSFET. Diese Bauelemente unterscheiden sich zwar bezüglich ihres Verhaltens in leitend angesteuertem Zustand, im sperrenden Zustand ist diesen Bauelementen jedoch gemeinsam, dass sich ausgehend von dem sperrend gepolten Halbleiterübergang mit zunehmender Sperrspannung eine Raumladungszone ausbreitet.
  • Bei vertikalen Bauelementen verläuft dieser pn-Übergang im wesentlichen parallel zu einer der Seiten des Halbleiterkörpers. Ohne zusätzliche Maßnahmen ist bei solchen Bauelementen die Spannungsfestigkeit in den Bereichen reduziert, die sich in lateraler Richtung an den pn-Übergang anschließen. Üblicherweise ist dies der Randbereich des Halbleiterkörpers, also der Bereich, der benachbart angeordnet ist zu einer in vertikaler Richtung zwischen einer Vorderseite und einer Rückseite des Halbleiterkörpers verlaufenden Seitenfläche oder Randfläche des Halbleiterkörpers. Der Bereich mit dem pn-Übergang bildet üblicherweise den Innenbereich, der meist flächenmäßig größer ist als der Randbereich.
  • Um die Spannungsfestigkeit im Randbereich zu erhöhen und dadurch bei Erreichen einer maximalen Sperrspannung einen Spannungsdurchbruch in dem flächenmäßig größeren Innenbereich zu erreichen sind unterschiedlichste Randabschlüsse bzw. Randstrukturen bekannt. Aufgabe solcher Randabschlüsse ist es, bei Anliegen einer Sperrspannung die Krümmung des Feldlinienverlaufes im Randbereich zu reduzieren und die auftretenden Feldstärken im Randbereich gegenüber den auftretenden Feldstärken im Innenbereich zu reduzieren.
  • Die WO 00/38242 A1 beschreibt einen benachbart zu einem pn-Übergang in einem Halbleiterkörper angeordneten Randabschluss, der einen Graben aufweist, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist und der sich in vertikaler Richtung ausgehend von einer Vorderseite in einen Halbleiterkörper hinein erstreckt. Der Halbleiterkörper weist hierbei eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps und im Bereich der Vorderseite einen Bereich eines zweiten Leitungstyps zur Bildung des pn-Übergangs auf. Ausgehend von diesem Bereich des zweiten Leitungstyps erstreckt sich ein schwächer dotierter Bereich des zweiten Leitungstyps in lateraler Richtung bis zu dem Graben. Optional umgibt dieser schwächer dotierte Bereich den Graben vollständig.
  • Die DE 103 12 911 A1 beschreibt ein Halbleiterbauelement mit einem benachbart zu einem pn-Übergang in einem Halbleiterkörper angeordneten Randabschluss. Der pn-Übergang ist dabei zwischen einem eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweisenden ersten Bereich und einem eine Dotierung des zweiten Leitungstyps aufweisenden zweiten Bereich gebildet. Der Randabschluss weist wenigstens einen Graben auf, der sich ausgehend von einer Vorderseite in den Halbleiterkörper hinein erstreckt und der mit einem Dielektrikum aufgefüllt ist. Benachbart zu dem Graben, der in dem ersten Bereich angeordnet ist, ist wenigstens eine dritte Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps vorhanden.
  • Die WO 2004/107448 A1 beschreibt ein als Trench-MOSFET ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einem Randabschluss der mehrere Gräben aufweist, in denen jeweils eine Elektrode angeordnet ist.
  • Die US 5 763 915 A beschreibt ein als Trench-MOSFET ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einem Randabschluss, der einen Graben aufweist, in dem eine an einen Gate-Anschluss des MOSFET angeschlossene Elektrode angeordnet ist.
  • Die JP 07-142713 A beschreibt ein Halbleiterbauelement mit einem Randabschluss, der mehrere Gräben aufweist, die sich in ein eine n-Grunddotierung aufweisendes Halbleitergebiet erstrecken und die mit einer Isolationsschicht aufgefüllt sind. Unterhalb der Gräben sind hierbei jeweils p-dotierte Halbleitergebiete vorhanden.
  • Die WO 2006/046388 A1 beschreibt ein als vertikaler Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement mit einer Driftzone und mit in der Driftzone angeordneten komplementär zur der Driftzone dotierten Halbleiterzonen. Die komplementär zu der Driftzone dotierten Halbleiterzonen sind jeweils unterhalb von Graben angeordnet, die sich in einen Halbleiterkörper des Bauelements hinein erstrecken und in denen in einem Zellenbereich des Bauelementes Gateelektroden angeordnet sind.
  • Die DE 103 53 387 A1 beschreibt einen Trench-Leistungstransistor mit Gateelektroden, die in Gräben eines Halbleiterkörpers angeordnet sind und mit unterhalb der Gateelektroden angeordneten Feldelektroden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Halbleiterbauelement mit zwei unterschiedlich dotierten Driftzonenabschnitten, zur Verfügung zu stellen, das einen platzsparenden Randabschluss aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Ansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite, einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, einem Innenbereich, einem sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers an den Innenbereich anschließenden Randbereich und einer sich über den Innenbereich und den Außenbereich erstreckenden ersten Halbleiterschicht, die eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweist. Im Innenbereich ist bei diesem Bauelement in der ersten Halbleiterschicht eine aktive Bauelementzone eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps angeordnet. Im Randbereich des Halbleiterkörpers ist eine Randstruktur angeordnet. Diese Randstruktur umfasst wenigstens einen Graben, der sich ausgehend von der Vorderseite in den Halbleiterkörper hinein erstreckt, eine in dem Graben angeordnete Randelektrode, eine in dem Graben zwischen der Randelektrode und dem Halbleiterkörper angeordnete Dielektrikumsschicht und eine erste Randzone des zweiten Leitungstyps, die anschließend an den wenigstens einen Graben wenigstens abschnittsweise unterhalb des Grabens angeordnet ist. Die erste Randzone ermöglicht bei diesem Bauelement eine Beeinflussung der elektrischen Felder im Übergangsbereich zwischen dem Innenbereich und dem Randbereich derart, dass prinzipiell eine höhere Sperrfähigkeit des Randbereiche im Vergleich zum Zellenfeld erreicht wird.
  • Optional kann bei diesem Bauelement eine von der ersten Randzone getrennte zweite Randzone des zweiten Leitungstyps vorgesehen sein, die seitlich anschließend an den wenigstens einen Graben und anschließend an die Vorderseite angeordnet ist.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite, einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite, einem Innenbereich, einem sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers an den Innenbereich anschließenden Randbereich und einer sich über den Innenbereich und den Außenbereich erstreckenden ersten Halbleiterschicht, die eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweist. Im Innenbereich ist bei diesem Bauelement wenigstens eine aktive Bauelementzone eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps angeordnet. Im Randbereich des Halbleiterkörpers ist eine Randstruktur angeordnet. Diese Randstruktur umfasst wenigstens einen Graben, der sich ausgehend von der Vorderseite in den Halbleiterkörper hinein erstreckt, eine den Graben auffüllende Dielektrikumsschicht und eine erste Randzone des zweiten Leitungstyps, die anschließend an den wenigstens einen Graben wenigstens abschnittsweise unterhalb des Grabens angeordnet ist und deren Dotierung so gewählt ist, dass sie bei Anlegen einer Sperrspannung an einen Halbleiterübergang, der zwischen der aktiven Bauelementzone und einem die Grunddotierung der Halbleiterschicht aufweisenden Bereich gebildet ist, vollständig oder zumindest bis auf einen Abschnitt, dessen Breite in lateraler Richtung geringer ist als eine Breite des Grabens, ausräumbar ist. Außerdem weist die Halbleiterschicht eine erste Teilschicht und eine niedriger als die erste Teilschicht dotierte zweite Teilschicht auf, wobei sich der wenigstens eine Randgraben bis in die zweite Teilschicht erstreckt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • 1 zeigt ein als MOS-Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement, das eine Randstruktur mit einem Graben und einer in dem Graben angeordneten Randelektrode aufweist.
  • 2 zeigt ein als Diode ausgebildetes Halbleiterbauelement, das eine Randstruktur mit einem Graben und einer in dem Graben angeordneten Randelektrode aufweist.
  • 3 zeigt ein als MOS-Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement, das eine Randstruktur mit mehreren Gräben und in den Gräben angeordneten Randelektroden aufweist.
  • 4 zeigt ein als MOS-Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement, das eine Randstruktur mit einem mit einem Dielektrikum aufgefüllten Graben aufweist.
  • 5 zeigt ein als MOS-Transistor ausgebildetes Halbleiterbauelement, das eine Randstruktur mit mehreren jeweils mit einem Dielektrikum aufgefüllten Gräben aufweist.
  • 6 veranschaulicht einzelne Verfahrensschritte zur Herstellung einer Randstruktur gemäß der 1 und 2.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.
  • 1 zeigt in Seitenansicht ausschnittsweise einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer ersten Seite 101, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, und einer der ersten Seite 101 in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 gegenüberliegenden zweiten Seite 102, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird. Der Halbleiterkörper 100 weist eine erste Halbleiterschicht 103 auf, die eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps, in dem dargestellten Beispiel eine n-Grunddotierung, aufweist. Diese erste Halbleiterschicht 103, die sich an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 anschließt, ist beispielsweise eine Epitaxieschicht 103, die auf eine zweite Halbleiterschicht 104, die beispielsweise als Halbleitersubstrat realisiert ist, aufgebracht ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Abmessungen der ersten Halbleiterschicht 103 und der zweiten Halbleiterschicht 104 in vertikaler Richtung nicht maßstabsgerecht dargestellt sind. Bei Realisierung der ersten Halbleiterschicht 103 als Epitaxieschicht auf einem Substrat 104 sind die Abmessungen der Epitaxieschicht 103 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 wesentlich kleiner als die Abmessungen des Halbleitersubstrats 104.
  • Der Halbleiterkörper 100 weist einen Innenbereich 105 und einen sich an den Innenbereich 105 in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 anschließenden Randbereich 106 auf. Im Innenbereich 105 des Halbleiterkörpers ist in der ersten Halbleiterschicht 103 wenigstens eine aktive Bauelementzone 12 eines zweiten Leitungstyps, in dem Beispiel eine p-dotierte Zone 12, vorhanden, die einen pn-Übergang einem daran angrenzenden Abschnitt der Halbleiterschicht 103, der die n-Grunddotierung aufweist, bildet. Diese aktive Bauelementzone 12 ist in dem dargestellten Beispiel Teil einer im Innenbereich 105 des Halbleiterkörpers ausgebildeten Transistorstruktur eines Trench-MOS-Transistors. Die p-dotierte aktive Bauelementzone 12 bildet hierbei eine Bodyzone des Transistors, die in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 zwischen einer komplementär zu der Bodyzone 12 dotierten Sourcezone 11 und einer komplementär zu der Bodyzone 12 dotierten Driftzone 13 angeordnet ist. Die Driftzone 13 wird bei diesem Bauelement durch einen Abschnitt der Halbleiterschicht 103 gebildet, der die Grunddotierung dieser Halbleiterschicht 103 aufweist und der sich in vertikaler Richtung von der Bodyzone 12 bis an das Halbleitersubstrat 104 erstreckt. Das Halbleitersubstrat 104 bildet hierbei eine Drainzone 14 des MOS-Transistors.
  • Zur Steuerung eines Inversionskanals in der Bodyzone 12 zwischen der Sourcezone 11 und der Driftzone 13 ist eine Gateelektrode 15 vorhanden, die in einem Graben 19 angeordnet ist, der sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckt. Die Gateelektrode 15 ist in dem Beispiel in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 benachbart zu der Bodyzone 12 angeordnet und durch ein Gatedielektrikum 16 dielektrisch gegenüber der Bodyzone 12 isoliert. In vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckt sich die Gateelektrode 15 von der Sourcezone 11 bis zur Driftzone 13.
  • Im Innenbereich 105 des Halbleiterkörpers können eine Vielzahl gleichartiger Transistorstrukturen mit jeweils einer Gateelektrode 15, einer Sourcezone 11 und einer Bodyzone 12 vorgesehen sein, die nachfolgend als Transistorzellen bezeichnet werden. Diese Transistorzellen sind parallel geschaltet, indem deren Sourcezonen 11 elektrisch leitend miteinander verbunden sind, was bei dem Bauelement in 1 durch eine Sourceelektrode 31 erreicht wird, die oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet ist und die die Sourcezonen 11 der einzelnen Transistorzellen kontaktiert. Außerdem schließt diese Sourceelektrode 31 in grundsätzlich bekannter Weise die Sourcezonen 11 und die Bodyzonen 12 der Transistorzellen kurz. Die Driftzone 13 sowie die Drainzone 14 sind bei diesem Bauelement allen Transistorzellen gemeinsam.
  • In denselben Gräben 19 wie die Gateelektroden 15 können Feldelektroden 17 vorhanden sein, die in dem Beispiel in vertikaler Richtung unterhalb der Gateelektroden 15 und in lateraler Richtung benachbart zu Abschnitten der Driftzone 13 angeordnet sind. Diese Feldelektroden 17 sind durch ein im Vergleich zu dem Gatedielektrikum 16 dickeren Feldelektrodendielektrikum 18 gegenüber der ersten Halbleiterschicht 103 in den Gräben 19 dielektrisch isoliert. In nicht näher dargestellter Weise können diese Feldelektroden 17 an die Sourcezonen 11 bzw. die Sourceelektrode 31 angeschlossen sein, um dadurch auf Sourcepotential des Bauelements zu liegen. Aufgabe dieser Feldelektroden 17 ist es in grundsätzlich bekannter Weise bei sperrend angesteuertem Bauelement einen Teil der in der Driftzone 13 vorhandenen Dotierstoffladung zu kompensieren, um dadurch die Spannungsfestigkeit des Bauelements zu erhöhen.
  • Die dargestellte Transistorstruktur sperrt, wenn an der Gateelektrode 15 kein zur Ausbildung eines Inversionskanals in der Bodyzone 12 geeignetes Ansteuerpotential anliegt und wenn zwischen einem die Drainzone 14 kontaktierenden Drainanschluss D und der Sourceelektrode 13 eins Spannung anliegt, die den pn-Übergang zwischen der Bodyzone 12 und der Driftzone 13 in Sperrrichtung polt. Diese Sperrspannung ist bei dem in 1 dargestellten n-MOSFET eine positive Spannung zwischen Drain D und Source S. Bei einem p-MOSFET, bei dem die einzelnen Bauelementzonen komplementär zu den in 1 dargestellten Bauelementzonen dotiert sind, ist diese Spannung eine negative Spannung zwischen Drain und Source.
  • Bei anliegender Sperrspannung breitet sich im Innenbereich 105 des Halbleiterkörpers ausgehend von dem pn-Übergang eine Raumladungszone in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 aus. Diese Raumladungszone breitet sich mit zunehmender Sperrspannung weiter aus, bis die maximale Spannungsfestigkeit des Bauelements erreicht ist und ein Lawinendurchbruch einsetzt. Um am Rand des die Transistorstruktur mit den Transistorzellen enthaltenen Zellenfeldes eine Spannungsfestigkeit zu erreichen, die mindestens der Spannungsfestigkeit des Bauelements im Innenbereich 105 entspricht, ist in dem sich an den Innenbereich 105 anschließenden Randbereich 106 eine Randstruktur vorhanden. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass der Begriff ”Randbereich” nicht notwendigerweise einen Bereich des Halbleiterkörpers 100 bezeichnet, der sich an einem lateralen Rand des Halbleiterkörpers 100 befindet, wie dies in 1 dargestellt ist. Unter Randbereich ist im Zusammenhang mit der Erfindung vielmehr ein Bereich eines Halbleiterkörpers zu verstehen, der sich in lateraler Richtung an einen Halbleiterbereich anschließt, in dem aktive Bauelementzonen eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements angeordnet sind. Ein solches vertikales Leistungshalbleiterbauelement kann neben einem in 1 dargestellten Leistungs-MOSFET auch ein Leistungs-IGBT oder eine noch anhand von 2 zu erläuternde Leistungsdiode sein. Ein Leistungs-IGBT wird ausgehend von dem Bauelement gemäß 1 dadurch erhalten, dass die Drainzone 14 komplementär zu der Driftzone 13 dotiert wird.
  • Die Randstruktur umfasst bei dem Bauelement gemäß 1 einen weiteren Graben 25, der sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hineinerstreckt. In diesem Graben 25 ist eine Elektrode 23, die nachfolgend als Randelektrode bezeichnet wird, angeordnet und die innerhalb des Grabens 25 durch einen Dielektrikumsschicht 24 gegenüber der ersten Halbleiterschicht 103 dielektrisch isoliert ist.
  • Die Randstruktur weist außerdem eine erste Randzone 21 auf, die komplementär zu der Grunddotierung der Halbleiterschicht 103 dotiert ist und die unmittelbar anschließend an den Randgraben 25 und wenigstens abschnittsweise in vertikaler Richtung unterhalb dieses Randgrabens 25 angeordnet ist. Die Randstruktur des in 1 dargestellten Bauelements weist außerdem eine optional vorhandene von der ersten Randzone 21 getrennte zweite Randzone 22 auf, die sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 unmittelbar an den Randgraben 25 und in vertikaler Richtung an die Vorderseite 101 anschließt. Diese zweite Randzone 22 ist ebenfalls komplementär zu der Grunddotierung der ersten Halbleiterschicht 103 dotiert und in dem dargestellten Beispiel auf der dem Zellenfeld abgewandten Seite des Grabens angeordnet.
  • Bei dem in 1 dargestellten Bauelement ist zwischen dem Randgraben 25 und dem letzten Graben des Transistorzellenfeldes vor dem Randbereich 106 eine weitere Randzone 26 vorhanden, die komplementär zu der ersten Halbleiterschicht 103 dotiert ist. Diese Randzone reicht von dem Randgraben 25 bis zu dem am Rand des Transistorzellenfeldes liegenden ”Transistorgraben” mit der darin angeordneten Gateelektrode 16 und Feldelektrode 17. Die Randelektrode 23 ist bei diesem Bauelement an die weitere Randzone 26 zwischen dem Randgraben 25 und dem Zellenfeld angeordnet.
  • Alternativ zu einem Anschließen der Randelektrode 23 an die weitere Randzone 26 besteht die Möglichkeit, die Randelektrode 23 an die Sourceelektrode 31 anzuschließen (nicht dargestellt).
  • Die Halbleiterschicht 103, die im Innenbereich des Halbleiterkörpers die Driftzone des dargestellten MOS-Transistors bildet, kann zwei unterschiedlich dotierte Teilschichten, nämlich eine erste Teilschicht 103', die sich an die aktive Bauelementzone 12 anschließt, und eine zweite Teilschicht 103'', die sich an die erste Teilschicht 103' anschließt und die schwächer als die erste Teilschicht 103' dotiert ist, aufweisen. Eine solche Unterteilung der Halbleiterschicht 103 in zwei Teilschichten 103', 103'' ist in 1 gestrichelt dargestellt. Die schwächer dotierte Teilschicht 103'' ist hierbei im wesentlichen unterhalb der Grabenstruktur – des Zellenfeldes und der Randstruktur – angeordnet, wobei die Gräben 19, 25 bis in die schwächer dotierte Teilschicht hineinreichen können. Die erste Randzone 21 ist vorteilhafterweise vollständig in der schwächer dotierten Teilschicht 103'' angeordnet.
  • Durch die Unterteilung der Halbleiterschicht 103 in eine schwächer dotierte Teilschicht 103'' und eine höher dotierte Teilschicht 103' weist das Halbleiterbauelement einen höher dotierten Driftzonenabschnitt auf Höhe der Feldelektroden 17 und einen schwächer dotierten Driftzonenabschnitt auf. Dieser niedriger dotierte Driftzonenabschnitt erhöht die Spannungsfestigkeit des Bauelements und wird durch die Feldelektroden 17 nicht in lateraler Richtung ausgeräumt.
  • Die Dotierung der höher datierten Teilschicht 103' ist im Vergleich zu der niedriger dotierten Teilschicht 103'' hierbei so gewählt, dass die Spannungsfestigkeit eines Vergleichsbauelements, dessen Driftzone vollständig so hoch dotiert wäre wie die erste Teilschicht 103' des dargestellten Bauelements und das keine Feldelektrode aufweist, nur weniger als 50% der Spannungsfestigkeit des dargestellten Bauelements betragen würde.
  • Aufgabe der Randstruktur ist es, bei sperrend angesteuertem Bauelement den Feldlinienverlauf in dem Halbleiterkörper derart zu beeinflussen, dass die Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes, von denen zwei in 1 strichpunktiert dargestellt sind, ausgehend von einem lateralen Richtungsverlauf im Innenbereich 105 im Randbereich 106 ”gedreht” und über die Vorderseite 101 aus dem Halbleiterkörper 100 ausgeleitet werden, ohne dass im Randbereich 106 höhere Felder als im Innenbereich 105 auftreten. Um die Spannungsfestigkeit des Bauelements im Randbereich über die Spannungsfestigkeit im Innenbereich 105 anzuheben, sind die Äquipotentiallinien – bildlich gesprochen – im Randbereich durch die Randstruktur aufzuweiten, d. h. deren gegenseitiger Abstand ist zu erhöhen, was durch die in 1 dargestellte Randstruktur erreicht wird. Aufgabe der die Feldelektrode 23 umgebenden Dielektrikumsschicht 24 ist es hierbei, einen Großteil der auftretenden Sperrspannung im Randbereich aufzunehmen, also die Äquipotenziallinien nach oben in Richtung der Vorderseite zu führen, was ohne weitere Maßnahmen allerdings zu einer Feldüberhöhung im Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium, unterhalb des Grabens führen würde. Zur Vermeidung einer solchen Feldüberhöhung ist die sich an den Graben anschließende erste Randzone 21 vorgesehen, deren Aufgabe es ist, im Sperrfalls die elektrischen Felder im Halbleitermaterial unterhalb des Grabens zu reduzieren. Um dies zu erreichen kann diese erste Randzone 21 so dotiert sein, dass sie vollkommen oder zumindest bis auf einen Bereich, dessen Abmessungen kleiner sind als die Breite des Grabens 25 in lateraler Richtung, ausräumbar ist. Hierbei ist anzumerken, dass die Abmessungen der ersten Randzone 21 in der lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 üblicherweise, jedoch nicht zwingend, größer sind als die des Grabens 25 in dieser Richtung.
  • Aufgabe der optional vorhandenen zweiten Randzone 22 ist es, die Äquipotentiallinien in Richtung des Randes weiter von dem Randgraben ”wegzudrücken” um so eine aus einer Krümmung der Äquipotentiallinien resultierende Feldüberhöhung im Bodenbereich des Grabens zu verhindern. Vorteilhafterweise ist die zweite Randzone 22 hierbei so dotiert, dass sie nicht vollständig ausräumbar ist. Dies ist gleichbedeutend damit, dass sich in der zweiten Randzone 22 im Sperrfall nur abschnittsweise ein elektrisches Feld ausbilden kann, während ein feldfreier Bereich übrigbleibt, bzw. damit, dass eine in der zweiten Randzone vorhandene Dotierstoffladung größer ist als eine Durchbruchsladung des verwendeten Halbleitermaterials.
  • Die dargestellte Randstruktur ist so gestaltet, dass die zweite Randzone 22 sich in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 101 weiter in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckt, als die den pn-Übergang bildenden aktiven Bauelementzonen, in dem Beispiel die Bodyzonen 12, im Innenbereich 105.
  • Die in 1 im Querschnitt dargestellten Gräben der Transistorstruktur können in einer Richtung senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene langgestreckt verlaufen, wobei auch die weiteren Bauelementzonen der Transistorstruktur entsprechend langgestreckt verlaufen. Die Randstruktur ist in nicht näher dargestellter Weise so angeordnet, dass sie die im Innenbereich 105 angeordnete Transistorstruktur ringförmig umgibt.
  • 2 zeigt ein als Leistungsdiode ausgebildetes Halbleiterbauelement. Die im Randbereich 106 des Halbleiterkörpers 100 angeordnete Randstruktur dieses Bauelements entspricht hierbei der Randstruktur des Leistungstransistors gemäß 1. Im Innenbereich 105 ist bei dem Bauelement gemäß 2 eine Diodenstruktur mit einer p-dotierten aktiven Bauelementzone 12, einer sich an die p-Zone 12 anschließenden ersten n-dotierten Halbleiterzone 13 sowie einer sich an die erste n-dotierte Halbleiterzone anschließenden zweiten n-dotierten Halbleiterzone 14 vorhanden. Die erste n-dotierte Zone ist hierbei durch Abschnitte der Halbleiterschicht 103 gebildet, die die n-Grunddotierung aufweisen. Die zweite n-dotierte Halbleiterzone 14 ist höher als die n-Zone 13 dotiert und durch das Halbleitersubstrat 104 gebildet. Zwischen der p-Zone 12, die einen p-Emitter der Diodenstruktur bildet, und der ersten n-Zone 13, die eine n-Basis der Diodenstruktur bildet, ist ein pn-Übergang vorhanden. Die zweite n-Zone 14 bildet den n-Emitter der Diode. Die Diodenstruktur umfasst außerdem Gräben 19, die sich ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper hineinerstrecken, und in denen Feldelektroden 17 benachbart zu der n-Basis angeordnet und durch ein Feldelektrodendielektrikum 18 gegenüber der n-Basis 13 isoliert sind. Diese Feldelektroden 17 sind beispielsweise an eine Anodenelektrode 31 angeschlossen, die oberhalb der Vorderseite 101 angeordnet ist und die die p-Emitterzonen 12 bzw. Anodenzonen der Diodenstruktur kontaktiert. Der n-Emitter 14 ist bei diesem Bauelement durch eine lediglich schematisch dargestellte Kathodenelektrode K kontaktiert.
  • Der p-Emitter 12 der in 2 dargestellten Diode kann in nicht näher dargestellter Weise durch eine Schottky-Metall-Zone ersetzt werden, wodurch anstelle einer Bipolardiode eine Schottky-Diode erhalten wird.
  • 3 zeigt ein gegenüber dem Halbleiterbauelement gemäß 1 abgewandeltes Halbleiterbauelement, das für eine höhere Sperrspannung ausgelegt ist und das eine Randstruktur mit mehreren – in dem Beispiel zwei – Randgräben 25 aufweist. Jedem dieser Randgräben 25 ist eine komplementär zu der Grunddotierung der ersten Halbleiterschicht 103 dotierte erste Randzone 21 zugeordnet, die wenigstens abschnittsweise unterhalb des jeweiligen Grabens 25 angeordnet ist. Optional ist jedem der Gräben 25 außerdem eine zweite Randzone 22 zugeordnet, die ebenfalls komplementär zu der Grunddotierung der Halbleiterschicht 103 dotiert ist, und die sich zum einen in lateraler Richtung an den jeweiligen Graben 25 und zum anderen unmittelbar an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers anschließt. Die zweite Randzone 22 das am weitesten entfernt zum Innenbereich 105 angeordneten Grabens 25 ist bei dieser Randstruktur, entsprechend der zweiten Randzone 22 des Bauelements in 1, auf der dem Innenbereich 105 abgewandten Seite des Grabens 25 angeordnet. Die den weiteren Gräben – in 1 nur ein weiterer Graben – zugeordneten zweiten Randzonen 22 erstrecken sich in lateraler Richtung jeweils auf der dem Innenbereich abgewandten Seite von dem zugeordneten Randgraben 25 bis zu dem benachbarten Randgraben.
  • Das dargestellte Bauelement weist außerdem eine weitere Randzone 26 auf, die zwischen dem am nächsten zum Zellenfeld angeordneten Randgraben 25 und dem am Rand des Zellenfeldes angeordneten Transistorgraben angeordnet ist. Die Randelektrode 23 dieses am nächsten zum Zellenfeld angeordneten Randgrabens 25 ist hierbei an diese weitere Randzone 26 angeschlossen. Die Randelektrode 23 des weiter beabstandet zu dem Zellenfeld angeordneten Randgrabens 25 ist an die zweite Transistorzone 22 angeschlossen, die in Richtung des Zellenfeldes zwischen diesem Randgraben und dem benachbarten Randgraben liegt. Das dargestellte Bauelement kann zur weiteren Erhöhung der Spannungsfestigkeit um weitere Randgräben mit darin angeordneten Randelektroden erweitert werden. Die Randelektroden werden hierbei jeweils an ein Halbleitergebiet angeschlossen, das ausgehend von dem jeweiligen Graben in Richtung des Zellenfeldes liegt und das komplementär zu der Grunddotierung der Halbleiterschicht dotiert ist. Bezogen auf das Beispiel in 3 sind diese Zonen die zweite Randzone 22 zwischen den zwei Randgräben und die weitere Randzone.
  • Das Transistorzellenfeld des in 3 dargestellten Bauelements ist gegenüber dem Transistorzellenfeld des Bauelements in 1 abgewandelt. Die Transistorzellen dieses Zellenfeldes gemäß 3 unterscheiden sich von den in 1 dargestellten Transistorzellen dadurch, dass sich die Feldelektroden 17 in vertikaler Richtung bis auf Höhe der Bodyzonen 12 erstrecken, in diesem Bereich jedoch innerhalb des Grabens 19 von der Gateelektrode 16 umgeben sind. Diese Form der Feldelektroden 17 und der Gateelektroden 15 resultiert aus einem Herstellungsverfahren, bei dem nach Herstellung der Gräben 19 zunächst die Felddielektrikumsschicht 18 und danach die Feldelektroden 17 hergestellt werden. Die Feldelektroden und die Felddielektrikumsschicht 18 werden anschließend im oberen Beriech des Grabens zurückgeätzt, um die Gateelektrode 15 herzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Transistorstruktur gemäß 3 selbstverständlich auch mit der Randstruktur gemäß 1 realisiert werden kann.
  • Die Randelektroden 23 können bezugnehmend auf die 1 und 2 so realisiert sein, dass sie bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 reichen, können bezugnehmend auf 3 jedoch auch unterhalb der Vorderseite 101 enden und in Richtung der Vorderseite 101 durch eine Dielektrikumsschicht überdeckt sein.
  • 4 zeigt ein gegenüber dem Halbleiterbauelement gemäß 1 abgewandeltes Halbleiterbauelement, das im Randbereich 106 eine Randstruktur mit einem vollständig mit einer Randdielektrikumsschicht 24 aufgefüllten Graben 25 aufweist. Die Randstruktur umfasst außerdem eine erste Randzone 21, die komplementär zu der Grunddotierung der Halbleiterschicht 103 dotiert ist, die sich unmittelbar an den Graben 25 anschließt und die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 wenigstens abschnittsweise unterhalb des Grabens 25 angeordnet ist. Eine Dotierungskonzentration dieser ersten Randzone 21 ist so gewählt, dass diese Randzone 21 bei sperrend angesteuertem Bauelement vollständig oder zumindest bis auf einen Bereich, dessen Abmessungen kleiner als die Breite des Grabens in lateraler Richtung ist, ausräumbar ist. Dies ist gleichbedeutend damit ist, dass im Sperrfall in der ersten Randzone 21 alle oder zumindest die in einem Bereich mit Abmessungen kleiner der Grabenbreite vorhandenen Dotierstoffatome ionisiert sind.
  • Optional weist diese Randstruktur gemäß 1 eine zweite Randzone 22 auf, die sich an einer dem Innenbereich 105 abgewandten Seite in lateraler Richtung an den Graben 25 und in vertikaler Richtung an die Vorderseite 101 anschließt. Diese zweite Randzone 22 erstreckt sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 tiefer in den Halbleiterkörper hinein, als die aktive Bauelementzone 12, in dem Beispiel die Bodyzone, im Innenbereich 105. Optional ist außerdem eine weitere Randzone 26 vorhanden, die komplementär zu der Grunddotierung der Halbleiterschicht 103 dotiert ist und die in lateraler Richtung zwischen dem Randgraben 25 und dem letzten zum Randbereich 106 hingelegenen Graben der Transistorstruktur angeordnet ist und sich von dem Randgraben 25 bis zu dem Transistorgraben erstreckt. Diese zweite Randzone 22 ist vorteilhafterweise nicht vollständig ausräumbar.
  • Entsprechend der zuvor anhand der 1 bis 3 erläuterten Bauelemente kann die Halbleiterschicht 103 bei den Bauelementen der 4 und 5 zwei unterschiedlich dotierte Teilschichten. Eine höher dotierte Teilschicht 103' ist hierbei im oberen Bereich des Halbleiterkörpers 100 vorhanden, in dem die Gräben 19 mit den Gateelektroden 15 in den Feldelektroden 17 angeordnet sind, und eine niedriger dotierte Schicht 103'' ist zwischen der höher dotierten Schicht 103' und dem Substrat 104, das in dem Beispiel die Drainzone 14 bildet, angeordnet. Der Graben 25 (4) bzw. die Gräben (5) mit dem darin angeordneten Dielektrikum 24 reicht/reichen vorteilhafterweise durch die höher dotierte Teilschicht 103' bis in die niedriger dotierte Schicht 103''. Die erste Randzone 21 ist überwiegend in der niedriger dotierten Teilschicht 103'' angeordnet.
  • 5 zeigt eine Abwandlung der in 4 dargestellten Randstruktur, bei der mehrere – in dem Beispiel zwei – Randgräben 25 vorhanden sind, die vollständig mit der Randdielektrikumsschicht 24 aufgefüllt sind. Jedem dieser Randgräben 25 ist hierbei eine erste Randzone 21 zugeordnet, die wenigstens abschnittweise unterhalb des jeweiligen Grabens 25 angeordnet ist und die so dotiert ist, dass sie vollständig oder zumindest bis auf einen Bereich mit Abmessungen kleiner als die Grabenbreite ausräumbar ist. Optional kann jedem dieser Graben 25 eine zweite Randzone 22 zugeordnet sein, die sich in lateraler Richtung an den jeweiligen Graben und in vertikaler Richtung an die Vorderseite 101 anschließt.
  • Die zuvor anhand der 1 bis 5 erläuterten Randstrukturen eignen sich besonders für Halbleiterbauelemente mit einer Halbleiterschicht 103, die zwei unterschiedlich dotierte Teilschichten, nämlich eine erste Teilschicht 103, die sich an die aktive Bauelementzone 12 anschließt, und eine zweite Teilschicht 103'', die sich an die erste Teilschicht 103' anschließt und die schwächer als die erste Teilschicht 103' dotiert ist. Bezugnehmend auf die 1 bis 5, bei denen eine Unterteilung der Halbleiterschicht 103 in zwei Teilschichten gestrichelt dargestellt ist, ist die schwächer dotierte Teilschicht im wesentlichen unterhalb der Grabenstruktur angeordnet. Diese schwächer dotierte Teilschicht 103'' dient zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Bauelements. Die Randstruktur ist vorzugsweise in der höher dotierten ersten Teilschicht 103' angeordnet.
  • Ein mögliches Verfahren zur Herstellung der anhand der 1 bis 3 erläuterten Randstrukturen wird nachfolgend anhand von 6 erläutert. 6A zeigt einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 nach ersten Verfahrensschritten, bei denen unter Verwendung einer auf die Vorderseite 101 aufgebrachten Ätzmaske 201 Gräben über die Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 100 geätzt werden. Die Grabenätzung erfolgt dabei sowohl im Innenbereich 105 zur Herstellung der später die Gateelektroden der Transistorstruktur aufnehmenden Gräben als auch im Randbereich 106 zur Herstellung des wenigstens einen eine Randelektrode 23 aufnehmenden Grabens. In 6A bezeichnet das Bezugszeichen 19 einen Graben des Innenbereichs 105 und das Bezugszeichen 25 einen Graben des Randbereichs 106.
  • 6B zeigt das Verfahren während weiterer Verfahrensschritte, bei denen unter Verwendung einer weiteren Maske 202 Dotierstoffatome im Randbereich 106 in den Halbleiterkörper 100 implantiert werden. Die Maske 202, die beispielsweise eine oberhalb der Vorderseite 101 angeordnete Blende ist, ist so gewählt, dass Dotierstoffatome über den Boden des Randgrabens 25 in die Halbleiterschicht 103 implantiert werden und dass Dotierstoffe über die Vorderseite 101 in solche Bereiche der Halbleiterschicht 103 implantiert werden, die sich in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 an den Graben 25 anschließen.
  • Die zur Maskierung des Halbleiterkörpers 100 verwendete Blende 202 kann während des Implantationsprozesses beabstandet zu der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 gehalten werden. Des weiteren besteht die Möglichkeit, auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 und auf freiliegende Oberflächen des Grabens 25 eine Streuschicht (nicht dargestellt), beispielsweise ein Oxid, aufzubringen und die Dotierstoffe durch diese Streuschicht in den Halbleiterkörper 100 zu implantieren. Die Streuschicht bewirkt hierbei eine Variation der Implantationstiefen bei einer gegebenen Implantationsenergie. Die Blende/Maske kann bei diesem Verfahren beabstandet zu der Streuschicht angeordnet sein oder direkt auf der Streuschicht aufliegen.
  • Die durch die zuvor erläuterte Implantation entstehenden Implantationsbereiche sind in 6B mit den Bezugszeichen 21', 22' bezeichnet und führen im weiteren Verlauf des Verfahrens zu den ersten und zweiten Randzonen 21, 22. Die Blende 202 ist so gewählt, dass eine Implantation von Dotierstoffatomen in den Graben 19 des Innenbereichs 105 verhindert wird. Die Blende 202 kann jedoch so gewählt werden, dass Dotierstoffatome in den Halbleiterbereich zwischen den Randgraben 25 und den am Rand angeordneten Transistorgraben 19 implantiert werden, um dort eine weitere Implantationszone 26' zu bilden, die im weiteren Verlauf des Verfahrens zu der weiteren Randzone 26 führt. An die Implantation der Dotierstoffatome kann sich ein Ausheilschritt anschließen, durch den Kristallschäden ausgeheilt werden, die durch die Implantation entstehen und durch den implantierte Dotierstoffe aktiviert elektrisch werden. Die Temperatur dieses Ausheilschrittes liegt beispielsweise zwischen 1000°C und 1200°C, vorteilhafterweise zwischen 1050°C und 1100°C.
  • 6C zeigt den Halbleiterkörper 100 nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen nach Entfernen der Blende 202 eine Dielektrikumsschicht ganzflächig, d. h. auf die Vorderseite 101 als auch in den Gräben 19, 25 abgeschieden wird. Diese Dielektrikumsschicht ist beispielsweise in durch einen Oxidationsprozess hergestelltes thermisches Halbleiteroxid oder auch ein abgeschiedenes Oxid. Diese Dielektrikumsschicht 24' bildet in dem Graben 19 des Innenbereichs das spätere Feldelektrodendielektrikum und im Randgraben 25 das spätere Randdielektrikum. Während der Herstellung dieser Dielektrikumsschicht 24' sind Temperaturprozesse erforderlich, die zu einer weiteren Eindiffusion der zuvor implantierten Dotierstoffatome in den Halbleiterkörper 100 führen. Aus diesem Diffusionsprozess entstehen die Randzonen 21, 22, 26 der Randstruktur. Es sei darauf hingewiesen, dass während weiterer Verfahrensschritte zur Herstellung bzw. Fertigstellung des Halbleiterbauelements weitere Temperaturprozesse auftreten können, die zu einer weiteren Eindiffusion der zuvor implantierten Datierstoffe führen können.
  • 6D zeigt den Halbleiterkörper nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen die Gräben 19, 25 mit einem Elektrodenmaterial aufgefüllt werden, um im Randgraben 25 die Randelektrode 23 herzustellen und in dem im Innenbereich 105 angeordneten Graben den Vorläufer der späteren Feldelektrode 17 herzustellen.
  • An diese Verfahrensschritte schließen sich in nicht näher dargestellter Weise weitere Verfahrensschritte zur Herstellung der Transistorstruktur im Innenbereich 105 des Halbleiterkörpers an. Der Randbereich 106 des Halbleiterkörpers wird während dieser Verfahrensschritte geeignet maskiert.
  • Die Herstellung der anhand der 4 und 5 erläuterten Randstruktur mit einem vollständig mit Dielektrikum 24 aufgefüllten Randgraben unterscheidet sich von dem anhand der 6A bis 6C erläuterten Verfahren dadurch, dass die Abmessung der Aussparung der Maske 201 für die Herstellung des Randgrabens 25 geringer gewählt werden als die Abmessungen der Aussparungen der Maske für die Herstellung des Transistorgrabens 19. Bei Herstellen der Dielektrikumsschicht (24' in 6C) wird der Randgraben 25 dann vollständig mit Dielektrikumsmaterial aufgefüllt, während in dem Transistorgraben ein Freiraum verbleibt, der später mit Elektrodenmaterial aufgefüllt wird. Die geringere Breite des Randgrabens 25 im Vergleich zur Breite des Transistorgrabens führt beim Ätzprozess dazu, dass dieser Graben auch in vertikaler Richtung üblicherweise eine geringere Abmessung aufweist als der Transistorgraben 19, was in den 4 und 5 dargestellt ist. Bei den Bauelementen der 4 und 5 ist eine geringere Breite der Randgraben 25 im Vergleich zu den Graben 19 des Zellenfeldes dann erforderlich, wenn das Dielektrikum 24 der Randgräben durch dieselben Verfahrensschritte hergestellt werden soll, wie das Feldplattendielektrikum 18. Diese Herstellung erfolgt entweder durch Aufwachsen einer Oxidschicht oder durch Abscheiden einer Dielektrikumsschicht, wobei in beiden Fallen der Randgraben 25 vollständig, der Graben im Zellenfeld hingegen nicht vollständig ausgefüllt werden soll.
  • In nicht näher dargestellter Weise besteht sowohl bei einer Randstruktur mit Randelektrode 23 und Randdielektrikum 24 in einem Graben als auch bei einer Randstruktur mit einem vollständig mit Dielektrikum gefüllten Graben die Möglichkeit, den Radgraben 25 so zu realisieren, dass dieser in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 101 tiefer in den Halbleiterkörper 100 hineinreicht wie die Gräben des Zellenfeldes. Bei einer Randstruktur mit mehreren Randgräben reicht vorteilhafterweise wenigstens der am nächsten zu dem Zellenfeld angeordnete Randgraben tiefer in den Halbleiterkörper hinein.
  • Die Herstellung eines tiefer als die Gräben des Zellenfeldes in den Halbleiterkörper 100 hineinreichenden Randgrabens kann gleichzeitig mit der Herstellung der Gräben des Zellenfeldes erfolgen. Eine Ätzmaske für die Ätzung der Gräben ist hierbei so zu wählen, dass der Randgraben in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 breiter ist wie die Gräben des Zellenfeldes. Bei einer gegebenen Ätzdauer entsteht hierbei ein im Vergleich zum Zellenfeld tieferer Graben im Randbereich. Um einen solchen breiteren, und damit tieferen, Randgraben zur Herstellung einer Randstruktur gemäß der 4 und 5 vollständig mit einer Dielektrikumsschicht aufzufüllen, sind gegebenenfalls zwei Verfahrensschritte erforderlich: In einem ersten Verfahrensschritt, durch den das Feldplattendielektrikum 18 im Zellenfeld in den Gräben hergestellt wird, erfolgt ein teilweises Auffüllen der Randgräben mit einem Dielektrikum; in einem zweiten Verfahrenschritt werden die Randgräben vollständig mit einem Dielektrikum aufgefüllt, beispielsweise durch separates Abscheiden eines Dielektrikums im Randbereich.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die zuvor erläuterten Randstrukturen nicht auf eine Verwendung in MOS-Transistoren, Dioden oder Schottky-Dioden beschränkt sind, sondern bei beliebigen vertikalen Leistungsbauelementen, insbesondere auch bei Bipolartransistoren einsetzbar sind. Ein Bipolartransistor unterscheidet sich von den zuvor erläuterten MOS-Transistoren im wesentlichen dadurch, dass keine Gateelektrode vorhanden ist. Die Sourcezone, Bodyzone und Drainzone eines MOS-Transistors entsprechen bei einem Bipolartransistor der Emitterzone, Basiszone und Kollektorzone. Eine Steuerung des Leitverhaltens erfolgt bei einem Bipolartransistor über dessen Basiszone.
  • Des weiteren sei darauf hingewiesen, dass die erläuterten Randstruktur auch bei Bauelementen ohne Kompensationsstruktur, d. h. ohne Feldelektrode einsetzbar ist.

Claims (20)

  1. Halbleiterbauelement, das als MOS-Transistor ausgebildet ist und das aufweist: einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten Seite (101), einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (102), einem Innenbereich (105), einem sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) an den Innenbereich anschließenden Randbereich (106) und einer sich über den Innenbereich (105) und den Randbereich (106) erstreckenden ersten Halbleiterschicht (103), die eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweist, wobei das Halbleiterbauelement im Innenbereich (105) aufweist: eine Sourcezone (11) eines ersten Leitungstyps, eine Driftzone (13) des ersten Leitungstyps, eine zwischen der Sourcezone (11) und der Driftzone (13) angeordnete Bodyzone (12) des zweiten Leitungstyps, und eine Gateelektrode (15), die benachbart zu der Bodyzone (12) angeordnet und durch ein Gatedielektrikum (16) gegenüber der Bodyzone isoliert ist, wobei die wenigstens eine Gateelektrode (15) in einem Graben (19) angeordnet ist, der sich ausgehend von der Vorderseite (101) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt und wobei eine Feldelektrode (17) in dem Graben (19) der Gateelektrode (15) angeordnet ist, die sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) tiefer in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt als die Gateelektrode (15), wenigstens einen Randgraben (25), der sich ausgehend von der Vorderseite (101) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt, einer in dem Graben angeordneten Randelektrode (23), einer in dem Randgraben (25) zwischen der Randelektrode (23) und dem Halbleiterkörper angeordneten Dielektrikumsschicht (24), einer ersten Randzone (21) des zweiten Leitungstyps, die anschließend an den wenigstens einen Randgraben (25) wenigstens abschnittsweise unterhalb des Randgrabens (25) angeordnet ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, das eine von der ersten Randzone getrennten zweite Randzone (22) aufweist, die seitlich anschließend an den wenigstens einen Randgraben (25) und anschließend an die erste Seite (101) angeordnet ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Randzone (21) vollständig oder wenigstens bis auf einen Bereich mit Abmessungen kleiner als eine laterale Breite des Randgrabens (25) ausräumbar ist.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Randelektrode (23) elektrisch an die Sourcezone (11) gekoppelt ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Randelektrode (23) elektrisch an eine zweite Randzone (22, 26) gekoppelt ist, die komplementär zu einer Grunddotierung der Halbleiterschicht (103) dotiert ist und die zwischen dem Randgraben (25) und dem Innenbereich (105) angeordnet ist.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem sich die komplementär zu der Grunddotierung dotierte zweite Randzone (22, 26) an den Randgraben (25) anschließt.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das aufweist: wenigstens zwei Randgräben (25) mit darin angeordneten Randelektroden (23), die in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind, eine der Anzahl der Randgräben (25) entsprechende Anzahl erster Randzonen (21).
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, das eine der Anzahl der Randgräben (25) entsprechende Anzahl zweiter Randzonen (22) aufweist, von denen sich jeweils eine in einer dem Innenbereich abgewandten Richtung an einen Randgraben (25) anschließt.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, bei dem je eine zweite Randzone (26) zwischen zwei Randgräben (25) angeordnet ist, die sich in lateraler Richtung von Randgraben zu Randgraben erstreckt.
  10. Halbleiterbauelement, das aufweist: einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten Seite (101), einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite (102), einem Innenbereich (105), einem sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) an den Innenbereich anschließenden Randbereich (106) und einer sich über den Innenbereich (105) und den Randbereich (106) erstreckenden ersten Halbleiterschicht (103), die eine Grunddotierung eines ersten Leitungstyps aufweist, wenigstens eine in dem Innenbereich (105) in der ersten Halbleiterschicht (103) angeordnete aktive Bauelementzone (12) eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps, eine im Randbereich (106) angeordnete Randstruktur mit wenigstens einem Randgraben (25), der sich ausgehend von der Vorderseite (101) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt, einer den Randgraben (25) auffüllenden Dielektrikumsschicht (24), einer ersten Randzone (21) des zweiten Leitungstyps, die anschließend an den wenigstens einen Randgraben (25) wenigstens abschnittsweise unterhalb des Randgrabens (25) angeordnet ist und deren Dotierung so gewählt ist, dass sie bei Anlegen einer Sperrspannung an einen Halbleiterübergang, der zwischen der aktiven Bauelementzone (12) und einem die Grunddotierung der Halbleiterschicht (103) aufweisenden Bereich gebildet ist, vollständig oder zumindest bis auf einen Bereich mit Abmessungen kleiner als eine laterale Breite des Randgrabens (25) ausräumbar ist und mit einer von der ersten Randzone (21) getrennten zweiten Randzone (22), die seitlich anschließend an den wenigstens einen Randgraben (25) und anschließend an die Vorderseite (101) angeordnet ist und die nicht vollständig ausräumbar ist, wobei die Halbleiterschicht (103) eine erste Teilschicht (103') und eine niedriger als die erste Teilschicht (103') dotierte zweite Teilschicht (103'') aufweist, wobei sich der wenigstens eine Randgraben (25) bis in die zweite Teilschicht (103'') erstreckt.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, das als MOS-Transistor ausgebildet ist und das im Innenbereich (105) des Halbleiterkörpers (100) aufweist: eine Sourcezone (11) eines ersten Leitungstyps, eine Driftzone (13) des ersten Leitungstyps und eine zwischen der Sourcezone (11) und der Driftzone (13) angeordnete Bodyzone (12) des zweiten Leitungstyps, eine Gateelektrode (15), die benachbart zu der Bodyzone (12) angeordnet und durch ein Gatedielektrikum (16) gegenüber der Bodyzone isoliert ist.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, bei dem die wenigstens eine Gateelektrode (15) in einem Graben (19) angeordnet ist, der sich ausgehend von der ersten Seite (101) in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt.
  13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, bei dem eine Feldelektrode (17) in dem Graben (19) der Gateelektrode (15) angeordnet ist, die sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) tiefer in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt als die Gateelektrode (15).
  14. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 13, das aufweist: wenigstens zwei Randgräben (25), die in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet und mit einer Dielektrikumsschicht (24) aufgefüllt sind, eine der Anzahl der Randgräben (25) entsprechende Anzahl erster Randzonen (21).
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, das weiterhin eine der Anzahl der Randgräben (25) entsprechende Anzahl zweiter Randzonen (22) aufweist.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, bei dem je eine zweite Randzone (22) zwischen zwei Randgräben (25) angeordnet ist, die sich in lateraler Richtung von Randgraben (25) zu Randgraben (25) erstreckt.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 13 bis 16, bei dem sich der Randgraben (25) in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) weniger tief in den Halbleiterkörper (100) hinein erstreckt als der Graben (19) mit der Feldelektrode (17).
  18. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem sich der Graben (19) mit der darin angeordneten Feldelektrode (17) bis in die zweite Teilschicht (103'') erstreckt.
  19. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschicht (103) eine erste Teilschicht (103') und eine niedriger als die erste Teilschicht (103') dotierte zweite Teilschicht (103'') aufweist und bei dem die erste Randzone (21) vollständig in der zweiten Teilschicht (103'') angeordnet ist.
  20. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder 13, bei dem sich der wenigstens ein Randgraben (25) in vertikaler Richtung tiefer in den Halbleiterkörper (100) hineinerstreckt, als der Graben mit der Feldelektrode (17).
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