DE102007004331B4 - Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress - Google Patents

Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress Download PDF

Info

Publication number
DE102007004331B4
DE102007004331B4 DE102007004331.9A DE102007004331A DE102007004331B4 DE 102007004331 B4 DE102007004331 B4 DE 102007004331B4 DE 102007004331 A DE102007004331 A DE 102007004331A DE 102007004331 B4 DE102007004331 B4 DE 102007004331B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
zone
dielectric layer
drift
semiconductor body
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102007004331.9A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007004331A1 (de
Inventor
Dr. Mauder Anton
Armin Willmeroth
Jan Ropohl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Priority to DE102007004331.9A priority Critical patent/DE102007004331B4/de
Publication of DE102007004331A1 publication Critical patent/DE102007004331A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007004331B4 publication Critical patent/DE102007004331B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H01L29/0653—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps adjoining the input or output region of a field-effect device, e.g. the source or drain region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/407—Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7804—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a pn-junction diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7803—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device
    • H01L29/7806—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors structurally associated with at least one other device the other device being a Schottky barrier diode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7831—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with multiple gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42364—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity
    • H01L29/42368—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the insulating layer, e.g. thickness or uniformity the thickness being non-uniform
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/511—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
    • H01L29/512—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being parallel to the channel plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/511—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures
    • H01L29/513—Insulating materials associated therewith with a compositional variation, e.g. multilayer structures the variation being perpendicular to the channel plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/518—Insulating materials associated therewith the insulating material containing nitrogen, e.g. nitride, oxynitride, nitrogen-doped material

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

In einem Halbleiterkörper (100) integriertes Bauelement, das eine in dem Halbleiterkörper (100) angeordnete Dielektrikumsschicht (41) aufweist, die sich in einer ersten Richtung in dem Halbleiterkörper (100) erstreckt, und das eine in dem Halbleiterkörper (100) angeordnete Kompensationsschicht (42) aus einem dielektrischen Material aufweist, die sich wenigstens annähernd in der ersten Richtung in dem Halbleiterkörper (100) erstreckt, wobei die Dielektrikumsschicht (41) und die Kompensationsschicht (42) ein entgegengesetztes thermisches Ausdehnungsverhalten und/oder unterschiedliche intrinsische Verspannungen derart besitzen, dass eine der Schichten eine Zugbelastung und die andere der Schichten eine Druckbelastung auf das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (100) auswirkt, und wobei die Kompensationsschicht (42) in der Richtung senkrecht zu der ersten Richtung beabstandet zu der Dielektrikumsschicht (41) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Halbleiterkörper integriertes Bauelement, das eine in dem Halbleiterkörper angeordnete Dielektrikumsschicht aufweist.
  • Die Integration einer Dielektrikumsschicht, die ein anderes thermisches Ausdehnungsverhalten wie das Material des Halbleiterkörpers besitzt, führt zu mechanischen Spannungen in dem Halbleiterkörper, die umso ausgeprägter sind, je dicker die Dielektrikumsschicht ist oder je mehr solcher Dielektrikumsschichten in dem Halbleiterkörper angeordnet sind.
  • Bauelemente mit vergleichsweise dicken Dielektrikumsschichten sind zum Beispiel MOS-Transistoren, die nach dem Feldplattenprinzip arbeiten. Bei solchen MOS-Transistoren ist benachbart zu einer Driftzone eine Feldplatte vorhanden, die durch eine Dielektrikumsschicht gegenüber der Driftzone dielektrisch isoliert ist. Derartige Bauelemente sind beispielsweise beschrieben in US 4903189 A (Ngo), US 4941026 A (Temple), US 6555873 B2 (Disney), US 6717230 B2 (Kocon) oder US 6853033 B2 (Liang).
  • Ein weiteres Bauelement mit einer vergleichsweise dicken Dielektrikumsschicht ist in der nachveröffentlichten internationalen Anmeldung WO 2007/012490 A2 der Anmelderin beschrieben. Bei diesem Bauelement ist benachbart zu einer Driftzone, die bei sperrendem Bauelement zur Aufnahme einer anliegenden Sperrspannung dient, eine Driftsteuerzone aus einem Halbleitermaterial angeordnet, die durch eine Dielektrikumsschicht dielektrisch gegenüber der Driftzone isoliert ist und die bei leitend angesteuertem Bauelement zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Driftzone dient.
  • Die US 2002/0167046 A1 beschreibt einen vertikalen Leistungs-MOSFET mit einer Gatedielektrikumsschicht, die eine Oxidschicht und eine in die Oxidschicht eingebettete Nitridschicht aufweist.
  • Die US 2002/0190282 A1 beschreibt einen vertikalen Leistungs-MOSFET mit einer in einem Graben angeordneten Gateelektrode, die zwei Elektrodenabschnitte aufweist, und mit einem Gateoxid. Die Gateelektrode weist einen Graben auf, in dem eine die beiden Elektrodenabschnitte elektrisch miteinander verbindende Verbindungsschicht angeordnet ist und der mit einer BPSG-Schicht aufgefüllt ist.
  • Insbesondere bei zellenartig aufgebauten Bauelementen, die zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit eine Vielzahl gleicher parallel geschalteter Bauelementstrukturen aufweisen, sind entsprechend der Anzahl der Zellen eine Vielzahl von Dielektrikumsschichten in dem Halbleiterkörper integriert, die zu einer erheblichen mechanischen Verspannung führen können.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein in einem Halbleiterkörper integriertes Bauelement zur Verfügung zu stellen, das eine in dem Halbleiterkörper integrierte Dielektrikumsschicht aufweist und bei dem der Halbleiterkörper einer reduzierten mechanischen Verspannung unterliegt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein in einem Halbleiterkörper integriertes Bauelement, das eine in dem Halbleiterkörper angeordnete Dielektrikumsschicht aufweist, die sich in einer ersten Richtung in dem Halbleiterkörper erstreckt, und das eine in dem Halbleiterkörper angeordnete Kompensationsschicht aus einem dielektrischen Material aufweist, die sich wenigstens annähernd in der ersten Richtung in dem Halbleiterkörper erstreckt, wobei die Dielektrikumsschicht und die Kompensationsschicht so ausgebildet sind, dass sie ein unterschiedliches thermisches Ausdehnungsverhalten besitzen und/oder unterschiedliche intrinsische Verspannungen besitzen.
  • Die für die Dielektrikumsschicht und die Kompensationsschicht verwendeten Materialien können hierbei insbesondere so gewählt werden, dass sie ein in Bezug auf das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers entgegengesetztes Ausdehnungsverhalten besitzen, wodurch die Kompensationsschicht mechanische Verspannungen, die durch eine Ausdehnung/Schrumpfung der Dielektrikumsschicht hervorgerufen werden, kompensieren kann.
  • Unter einem entgegengesetzten Ausdehnungsverhalten in Bezug auf das Halbleitermaterial ist hierbei zu verstehen, dass sich eines der Materialien der Dielektrikumsschicht und der Kompensationsschicht stärker ausdehnt als das Halbleitermaterial, während sich das andere der Materialien schwächer ausdehnt als das Halbleitermaterial.
  • Unter einer intrinsischen Verspannung ist eine durch das Herstellungsverfahren bedingte Verspannung zu verstehen, die unabhängig von einer thermischen Ausdehnung ist und die bereits bei der Herstellungstemperatur des jeweiligen Materials vorhanden ist.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren erläutert.
  • 1 zeigt im Querschnitt ausschnittsweise ein zum besseren Verständnis erfindungsgemäßer Bauelemente dienendes Bauelement, das eine Driftzone und eine Driftsteuerzone und zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone eine Dielektrikumsschicht und eine Kompensationsschicht aufweist.
  • 2 zeigt ein Bauelement, bei dem zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone abwechselnd mehrere Dielektrikumsschichten und Kompensationsschichten angeordnet sind.
  • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement, bei dem eine Dielektrikumsschicht zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone angeordnet ist und bei dem eine Kompensationsschicht beabstandet zu der Driftzone angeordnet ist
  • 4 zeigt eine Abwandlung des in 3 dargestellten Bauelements, bei dem die Abmessungen der Kompensationsschicht in einer ersten Richtung des Halbleiterkörpers geringer sind als Abmessungen der Dielektrikumsschicht.
  • 5 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement, bei dem eine Dielektrikumsschicht zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone angeordnet ist und bei dem sich die Kompensationsschicht in der Richtung, in der sich die Dielektrikumsschicht in dem Halbleiterkörper erstreckt, an die Dielektrikumsschicht anschließt.
  • 6 zeigt im Querschnitt ausschnittsweise ein zum besseren Verständnis erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente dienendes Halbleiterbauelement, das eine Driftzone und eine benachbart zu der Driftzone angeordnete Feldelektrode aufweist und bei dem zwischen der Driftzone und der Feldelektrode eine Dielektrikumsschicht und eine Kompensationsschicht angeordnet sind.
  • 7 zeigt eine Abwandlung des in 6 dargestellten Bauelements.
  • 8 zeigt ein zum besseren Verständnis erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente dienendes Bauelement mit einer Feldelektrode und einer Driftzone, bei dem die Dielektrikumsschicht und die Kompensationsschicht in einer Stromflussrichtung des Bauelements benachbart zueinander angeordnet sind.
  • 9 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement, bei dem eine Dielektrikumsschicht zwischen der Driftzone und der Feldelektrode angeordnet ist und bei dem eine Kompensationsschicht beabstandet zu der Dielektrikumsschicht angeordnet ist.
  • 10 veranschaulicht eine erste Abwandlung des in 9 dargestellten Bauelements.
  • 11 veranschaulicht eine zweite Abwandlung des in 9 dargestellten Bauelements.
  • 12 veranschaulicht eine zweite Abwandlung des in 9 dargestellten Bauelements.
  • 13 zeigt ein erfindungsgemäßes Bauelement, bei dem die Dielektrikumsschicht und die Kompensationsschicht beabstandet zueinander angeordnet sind.
  • 14 dient zur Veranschaulichung eines unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens der Dielektrikumsschicht und der Kompensationsschicht.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.
  • 1 zeigt ausschnittsweise im Querschnitt ein Halbleiterbauelement, das dotierte Bauelementzonen aufweist, die in einem Halbleiterkörper 100 integriert sind und das eine Dielektrikumsschicht 41 aufweist, die in dem Halbleiterkörper 100 angeordnet ist. Diese Dielektrikumsschicht 41 erstreckt sich in einer ersten Richtung in dem Halbleiterkörper 100. Diese erste Richtung ist bei dem in 1 dargestellten Bauelement eine vertikale Richtung des Halbleiterkörpers 100, wobei sich die Dielektrikumsschicht 41 ausgehend von einer ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt.
  • Die Dielektrikumsschicht 41 kann aus einem einzigen dielektrischen Material, beispielsweise aus einem Halbleiteroxid bestehen. Die Dielektrikumsschicht 41 kann insbesondere auch aus einer Kombination eines Halbleiteroxids und eines Materials mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als das Halbleiteroxid, insbesondere einem hochdielektrischen Material, einem sogenannten ”high-k”-Material bestehen.
  • Gängige Materialien zur Realisierung von Dielektrikumsschichten in einem Halbleiterkörper besitzen üblicherweise ein anderes thermisches Ausdehnungsverhalten als das Material des Halbleiterkörpers. Dieses unterschiedliche thermische Ausdehnungsverhalten kann bei Temperaturänderungen zu mechanischen Spannungen in dem Halbleiterkörper führen. Relevant ist hierbei insbesondere der Temperaturunterschied zwischen der Temperatur während des Herstellprozesses der Dielektrikumsschicht, die bei mehreren 100°C liegen kann, und der späteren, im Vergleich zu den Herstellungstemperaturen deutlich niedrigeren Einsatztemperaturen. Während der Halbleiterkörper bei den hohen Temperaturen beim Herstellungsprozess noch entspannt ist, führt das Abkühlen nach Abschluss des Prozesses bei unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten des Halbleitermaterials und des Materials der Dielektrikumsschicht zu temperaturbedingten mechanischen Verspannungen, was für einen Halbleiterkörper aus Silizium (Si) und eine Dielektrikumsschicht aus Siliziumoxid (SiO2) erläutert wird.
  • Silizium besitzt einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten αSi der abhängig von der Temperatur zwischen 2,3·10–6 K–1 und 2,6·10–6 K–1 beträgt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient αSiO2 von Siliziumoxid ist im Vergleich dazu etwa um einen Faktor 5 kleiner und liegt im Bereich von 0,5·10–6 K–1. Das Herstellen einer Dielektrikumsschicht aus SiO2 in einem Graben eines Si-Halbleiterkörpers erfordert wesentlich höhere Temperaturen als die späteren Einsatztemperaturen des Bauelements. Die Herstellung einer solchen SiO2-Dielektrikumsschicht kann beispielsweise durch thermische Oxidation des Halbleiterkörpers im Bereich des Grabens erfolgen. Hierfür notwendige Temperaturen liegen im Bereich von 1000°C. Wird der Halbleiterkörper anschließend abgekühlt, so zieht sich das den Graben umgebende Halbleitermaterial aus Si bedingt durch den höheren Ausdehnungskoeffizienten (bei steigenden Temperaturen) stärker zusammen als das SiO2-Dielektrikum. Bei hohen Temperaturen ist das SiO2 noch weich und kann durch plastische Verformung dem durch den Halbleiter verursachten Stress nachgeben. Bei etwa 975°C ändert sich das Gefüge des SiO2, so dass sich auch abhängig von den Wachstumstemperaturen und den Abkühlbedingungen wie Temperaturrampen und Gaszusammensetzung bei Raumtemperatur unterschiedliche Schichtspannungen ergeben. Die Folge dieses unterschiedlichen Ausdehnungsverhaltens ist eine Druckbelastung des den Graben umgebenden Halbleitermaterials bedingt durch das SiO2-Dielektrikum. Eine im SiO2 bei Raumtemperatur vorliegender und durch das Dielektrikum auf den Halbleiterkörper ausgeübte spezifische Druckbelastung, die auch als kompressiver Stress bezeichnet wird, liegt bei einer SiO2-Si-Anordnung etwa bei 2,0·108 Pa. Diese spezifische Druckangabe gilt für übliche bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendeten Schichtdicken, die zwischen einigen 10 bis einigen 100 nm liegen und bis zu einigen μm betragen können.
  • Ein dielektrisches Material mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das umgebende Halbleitermaterial übt nach dem Abkühlen im Anschluss an einen Herstellungsprozess eine Zugbelastung, die auch als tensiler Stress bezeichnet wird, auf das umgebende Halbleitermaterial aus.
  • Zur Vermeidung von Verspannungen des Halbleiterkörpers bzw. zur Kompensation von Druck- oder Zugbelastungen, die durch eine Dielektrikumsschicht bedingt sind, ist eine Kompensationsschicht 42 vorgesehen, die ebenfalls aus einem dielektrischen Material besteht und die sich in der gleichen Richtung wie die Dielektrikumsschicht – in dem Beispiel gemäß 1 also in der vertikalen Richtung – in dem Halbleiterkörper erstreckt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass sich die Dielektrikumsschicht 41 und die Kompensationsschicht 42 selbstverständlich nicht nur in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstrecken, sondern dass diese Schichten auch eine Ausdehnung in einer senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene verlaufenden ersten lateralen Richtung besitzen. Diese Ausdehnung in der senkrecht zu der Zeichenebene verlaufenden ersten lateralen Richtung bleibt für die nachfolgende Betrachtung jedoch außer Acht. Die Ausdehnung der Kompensationsschicht 42 in dieser ersten lateralen Richtung entspricht beispielsweise wenigstens annähernd der Ausdehnung der Dielektrikumsschicht in dieser Richtung 42.
  • Diese Kompensationsschicht 42 besitzt ein zu dem Ausdehnungsverhalten der Dielektrikumsschicht entgegengesetztes Ausdehnungsverhalten bezogen auf das Ausdehnungsverhalten des umgebenden Halbleitermaterials. Zieht sich das Material der Dielektrikumsschicht 41 über einen betrachteten Temperaturbereich weniger stark zusammen, als das Material des Halbleiterterkörpers, so ist ein Material für die Kompensationsschicht zu wählen, das sich über den betrachteten Temperaturbereich stärker zusammenzieht als das Material des Halbleiterkörpers.
  • Zu Kompensation der durch eine SiO2-Dielektrikumsschicht auf einen Si-Halbleiterkörper ausgeübten Druckbelastung eignet sich beispielsweise eine Kompensationsschicht aus Siliziumnitrid (Si3N4). Der thermische Ausdehnungskoeffizient von Siliziumnitrid αSi3N4 liegt mit Werten zwischen 2,9·10–6 K–1 und 3,6·10–6 K–1 zwar nicht wesentlich über dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Silizium, Siliziumnitrid kann allerdings eine herstellungsbedingte intrinsische Verspannung aufweisen, die der Druckbelastung der SiO2-Schicht entgegenwirkt. Siliziumnitrid kann in einem Graben eines Halbleiterkörpers beispielsweise bei Temperaturen zwischen 700°C und 800°C mittels eines Niederdruck-Dampfabscheideverfahrens (Low Pressure Chemical Vapor Deposition, LPCVD) oder durch ein Plasmaunterstütztes Dampfabscheidungsverfahren (Plasma Enhanced Chemical Vapor Depositon, PECVD) hergestellt werden. Abhängig von den Prozessbedingungen bei der Abscheidung, wie beispielsweise dem Abscheidedruck, der Gaszusammensetzung aus Prozess- und Verdünnungsgasen, der Temperatur und ggf. den Plasmadaten kann die intrinsische Verspannung der Si3N4-Schicht beeinflusst werden, da durch die genannten Abscheideverfahren Nebenprodukte freiwerden, welche den intrinsischen Stress in der Si3N4-Schicht erzeugen. Das Siliziumnitrid übt dadurch eine Zugbelastung auf das umgebende Halbleitermaterial aus.
  • Die intrinsische Verspannung des Siliziumnitrids und dadurch die durch das Siliziumnitrid ausgeübte Zugbelastung kann über die Herstellungsbedingungen insbesondere so eingestellt werden, dass die durch das Siliziumnitrid auf das Halbleitermaterial ausgeübte Zugbelastung der durch eine Dielektrikumnsschicht aus Siliziumoxid ausgeübten Druckbelastung genau entgegenwirkt, wodurch das Bauelement bei Betriebstemperatur bezüglich mechanischer Verspannungen neutral ist.
  • Die Kompensationswirkung einer aus Siliziumnitrid bestehenden Kompensationsschicht auf eine durch eine Dielektrikumsschicht aus Siliziumoxid hervorgerufene mechanische Belastung wird nachfolgend anhand von 14 erläutert. 14 veranschaulicht schematisch eine Volumenänderung von Silizium, Siliziumoxid und Siliziumnitrid abhängig von der Temperatur. Betrachtet seien zunächst die Kurven für Silizium und Siliziumoxid ausgehend von einer Temperatur TSiO2, die die Herstellungstemperatur des Siliziumoxids bezeichnet. Es sei davon ausgegangen, dass bei dieser Herstellungstemperatur gleiche Volumina von Silizium und Siliziumoxid vorhanden sind. Bei Abkühlen ausgehend von der Herstellungstemperatur zieht sich Silizium – wie bereits erläutert – stärker zusammen als Siliziumoxid, wodurch bei einer Temperatur T, die nachfolgend eine Betriebstemperatur bezeichnet, eine Volumendifferenz ΔV1 vorhanden ist, die ursächlich ist für den mechanischen Druck, den das Siliziumoxid auf das umgebende Silizium ausübt.
  • Siliziumnitrid kann durch geeignete Wahl der Abscheidebedingungen so hergestellt werden, dass es intrinsisch verspannt ist. Diese intrinsische Verspannung ist in 13 durch eine sprunghafte Volumenänderung repräsentiert bei der Herstellungstemperatur TSi3N4 des Nitrids dargestellt, wenngleich die intrinsische Verspannung bei der Herstellung nicht auf eine Volumenänderung zurückgeht. Die Höhe des Sprungs entspricht hierbei einer Volumenänderung, die eine gleiche Belastung wie die intrinsische Verspannung ausüben würde. Bei Abkühlen ausgehend von der Herstellungstemperatur TSi3N4 zieht sich das Nitrid entsprechend des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zusammen. Bei der Betriebstemperatur T ist dann eine äquivalente Volumendifferenz ΔV2 zwischen den bei der Herstellungstemperatur des Siliziumnitrids gleichen Volumina vorhanden, wobei die äquivalente Volumenänderung die tatsächliche Volumenänderung und die zu der intrinsischen Verspannung entsprechende Volumenänderung umfasst. Das kleinere Volumen des Siliziumnitrids und die intrinsische Verspannung bewirken hierbei eine Zugbelastung des umgebenden Siliziums.
  • Über die Abscheidebedingungen kann Siliziumnitrid insbesondere so hergestellt werden, dass die Zugbelastung des Nitrids der Druckbelastung des Oxids entspricht. In diesem Fall ist zur Kompensation der durch eine Dielektrikumsschicht einer vorgegebenen Dicke hervorgerufenen mechanischen Belastungen eine Kompensationsschicht der gleichen Dicke erforderlich. Siliziumnitrid kann insbesondere auch so hergestellt werden, dass Siliziumnitrid eine betragsmäßig größere Zugbelastung auf umgebendes Halbleitermaterial bewirkt als Siliziumoxid. In diesem Fall genügt eine Kompensationsschicht mit einer im Vergleich zur Dielektrikumsschicht geringeren Dicke.
  • Siliziumnitrid kann so hergestellt werden, dass es auf Silizium spezifische Zugbelastungen zwischen 0 und 15·108 Pa ausübt. Bei Herstellung eines Siliziumnitrids mit einer spezifischen Zugbelastung von 10·108 Pa genügt eine Kompensationsschicht, deren Dicke um einen Faktor 5 kleiner ist als die Schichtdicke der Dielektrikumsschicht aus SiO2. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass Siliziumnitrid auch mit spezifischen Druckbelastungen von bis zu 23·108 Pa hergestellt werden kann. Siliziumnitrid eignet sich also auch zur Kompensation mechanischer Spannungen, die durch Dielektrikumsschichten hervorgerufen werden, die einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Silizium besitzen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass für die Dielektrikumsschicht auch Materialien einsetzbar sind, deren Ausdehnungsverhalten ausgehend von einer Herstellungstemperatur nicht nur durch den thermischen Ausdehnungskoeffizienten bestimmt ist, sondern das ebenfalls eine intrinsische Verspannung aufweisen kann.
  • Die Dielektrikumsschicht 41 und die Kompensationsschicht 42 schließen sich bei dem in 1 dargestellten Bauelement in einer Richtung quer zu der vertikalen Richtung unmittelbar aneinander an. Diese Richtung quer zu der vertikalen Richtung, wird nachfolgend als zweite laterale Richtung bezeichnet. Die Dielektrikumsschicht 41 und die Kompensationsschicht 42 besitzen in der vertikalen Richtung gleiche Abmessungen, erstrecken sich in dem dargestellten Beispiel von der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 somit gleichweit in den Halbleiterkörper 100 hinein. Optional kann die Kompensationsschicht 42 innerhalb des Halbleiterkörpers von der Dielektrikumsschicht umgeben sein, kann sich in der vertikalen Richtung also weniger weit in den Halbleiterkörper hinein erstrecken wie die Dielektrikumsschicht. Dies ist in 1 gestrichelt angedeutet, wobei 41C einen Abschnitt der Dielektrikumsschicht bezeichnet, der in der vertikalen Richtung zwischen der Kompensationsschicht und umgebendem Halbleitermaterial angeordnet ist.
  • Die Dielektrikumsschicht 41 und die Kompensationsschicht 42 können – wie dargestellt – eine Sandwichstruktur bilden, bei der Teilschichten der Dielektrikumsschicht und der Kompensationsschicht 42 abwechselnd angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel weist die Dielektrikumsschicht 41 zwei Teilschichten 41A, 41B auf, zwischen denen die Kompensationsschicht 42 angeordnet ist.
  • Die Schichtstruktur mit der Dielektrikumsschicht 41 und der Kompensationsschicht 42 ist bei dem in 1 dargestellten Bauelement zwischen einer Driftzone 12 und einer Driftsteuerzone 22 angeordnet. Das dargestellte Bauelement ist als MOS-Transistor realisiert. Die Driftzone 12 ist hierbei zwischen einer Drainzone 11 und einer Bodyzone 13 angeordnet. Die Drainzone 11 ist beispielsweise durch ein Halbleitersubstrat gebildet, während die Driftzone 12 in einer auf dem Halbleitersubstrat angeordneten Epitaxieschicht ausgebildet sein kann. Die Schichtstruktur mit der Dielektrikumsschicht 41 und Kompensationsschicht 42 reicht in diesem Fall von der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 bis an das Halbleitersubstrat. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Abmessungen der Epitaxieschicht und des Halbleitersubstrats in 1 nicht maßstabsgerecht dargestellt sind.
  • Das dargestellte Bauelement umfasst außerdem eine Sourcezone 14, die durch die Bodyzone 13 von der Driftzone 12 getrennt ist und die durch eine Sourceelektrode 18 kontaktiert ist. Diese Sourceelektrode 18 kontaktiert außerdem die Bodyzone 13 und schließt dadurch die Sourcezone 14 und die Bodyzone 13 in grundsätzlich bekannter Weise kurz. Zum Anschließen der Sourceelektrode 18 an die Bodyzone 13 ist eine höher dotierte Anschlusszone 15 vorhanden. Zur Steuerung eines Inversionskanals in der Bodyzone 13 ist eine Gateelektrode 16 vorhanden, die durch eine Dielektrikumsschicht 17 gegenüber der Bodyzone 13 isoliert ist.
  • Die Driftsteuerzone 22 besteht bei dem dargestellten Bauelement aus einem Halbleitermaterial, insbesondere einem monokristallinen Halbleitermaterial, und ist über ein Gleichrichterelement 26 an die Drainzone 11 gekoppelt. Dieses Gleichrichterelement ist in dem Beispiel als Bipolardiode ausgebildet, die zwei komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen 261, 262 zwischen der Drainzone 11 und der Driftsteuerzone 22 aufweist. Anstelle dieser Bipolardiode 46 kann in nicht näher dargestellter Weise auch eine Schottky-Diode oder eine Bauelementstruktur mit einem Tunneloxid zwischen der Drainzone und der Driftsteuerzone vorgesehen werden. Das Gleichrichterelement bzw. das Tunneloxid koppelt die Driftsteuerzone 22 potentialmäßig an die Drainzone 11 und verhindert bei leitend angesteuertem Bauelement, dass Ladungsträger aus der Driftsteuerzone 22 in die Drainzone 11 abfließen.
  • Die Driftsteuerzone 22 steuert bei leitend angesteuertem Bauelement einen leitenden Kanal in der Driftzone 12 entlang der Dielektrikumsschicht 41. Die Driftsteuerzone 22 wird hierzu auf ein elektrisches Potential aufgeladen, das betragsmäßig oberhalb des elektrischen Potentials der Driftzone 12 liegt. Hierzu erforderliche Ladungsträger werden über eine Ladeschaltung beispielsweise aus dem Gatestromkreis des MOS-Transistors geliefert. Eine solche Ladeschaltung umfasst beispielsweise eine Diode 31, die zwischen die Gateelektrode 16 und die Driftsteuerzone 22 geschaltet ist.
  • Bei sperrend angesteuertem Bauelement breitet sich in der Driftsteuerzone 22 entsprechend der Driftzone 12 eine Raumladungszone aus. Diese sich ausbreitende Raumladungszone begrenzt die Spannungsdifferenz zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone und schützt die Dielektrikumsschicht 41 und Kompensationsschicht 42 somit vor einem Spannungsdurchbruch bei sperrendem Bauelement. Bei sich ausbreitender Raumladungszone werden Ladungsträger aus der Driftsteuerzone 22 in eine Speicherkapazität verschoben, die als externe Kapazität 32 zwischen der Driftsteuerzone und der Sourcezone 14 realisiert sein kann, die jedoch auch als integrierte, einen pn-Übergang aufweisende Speicherkapazität realisiert sein kann. Bei dem in 1 dargestellten Bauelement ist eine solche integrierte Speicherkapazität durch eine p-dotierte Halbleiterzone 23, 25 an einem der Drainzone abgewandten Ende der Driftsteuerzone 22 realisiert. Diese p-dotierte Zone weist hierbei einen höher dotierten Abschnitt 25, der als Anschlusszone dient, und einen niedriger dotierten Abschnitt im Anschluss an die Driftsteuerzone 22 auf. Optional kann zwischen die Driftsteuerzone 22 und die Sourcezone 14 ein Gleichrichterelement, beispielsweise eine Diode, geschaltet sein. Über diese Diode können Leckströme aus der Driftsteuerzone an den Sourceanschluss abfließen und belasten dadurch nicht den Gatestromkreis bzw. einen an das Gate angeschlossenen Gatetreiber.
  • Die in 1 angegebenen Dotierungstypen gelten für einen selbstsperrenden n-leitenden MOS-Transistor. Die Drainzone 11, die Driftzone 12 und die Sourcezone 14 sind hierbei n-dotiert, die Bodyzone 13 ist p-dotiert. Dieses Bauelement leitet bei Anlegen eines positiven Ansteuerpotentials an die Gateelektrode 16. In der Bodyzone 13 bildet sich dann ein Inversionskanal entlang der Gatedielektrikumsschicht 17 zwischen der Sourcezone 14 und der Driftzone 12 aus. Bei leitendem Bauelement wird außerdem die Driftsteuerzone 22 auf ein im Vergleich zur Driftzone 12 höheres elektrisches Potential aufgeladen, wodurch sich entlang der Dielektrikumsschicht 42 ein Akkumulationskanal in der Driftzone 12 ausbreitet.
  • Die Driftzone 22 ist in dem dargestellten Beispiel ebenfalls n-dotiert. Eine Dotierungskonzentration der Driftsteuerzone 22 kann einer Dotierungskonzentration der Driftzone 12 entsprechen, wobei die Dotierungsverhältnisse der Driftsteuerzone 22 so gewählt werden können, dass diese in einer Richtung senkrecht zu der Dielektrikumsschicht 42 vollständig ausräumbar ist.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in 1 dargestellten Dotierungstypen lediglich als Beispiel zu verstehen sind und zum besseren Verständnis des Ausführungsbeispiels dienen. Der MOS-Transistor kann selbstverständlich auch als p-leitender MOS-Transistor realisiert werden, wobei die Dotierungstypen der Drainzone, der Driftzone, der Bodyzone und der Sourcezone dann entsprechend zu vertauschen sind. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Driftzone 12 komplementär zu der Drainzone 11 zu dotieren. In diesem Fall steuert die Driftsteuerzone 22 einen Inversionskanal in der Driftzone 12 entlang der Dielektrikumsschicht 42.
  • Die Driftsteuerzone 22 und die Driftzone 12 können vom gleichen Leitungstyp, können jedoch auch komplementär zueinander dotiert sein. Darüber hinaus kann eine oder können beide dieser beiden Zonen 12, 22 als undotierte bzw. intrinsische Halbleiterzonen realisiert sein.
  • 2 zeigt eine Abwandlung des in 1 dargestellten Bauelements. Die Dielektrikumsschicht und die Kompensationsschicht weisen hierbei jeweils mehrere Teilschichten 41A, 41B, 41C bzw. 42A, 42B auf, die in der zweiten lateralen Richtung abwechselnd zueinander und unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind.
  • Zur Kompensation der erläuterten mechanischen Verspannung ist es nicht erforderlich, dass die Dielektrikumsschicht 41 und die Kompensationsschicht 42 unmittelbar aneinander angrenzen. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, das eine Abwandlung der in den 1 und 2 dargestellten Bauelemente, bei dem die Kompensationsschicht 42 und die Dielektrikumsschicht 41 in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Dielektrikumsschicht 41 ist hierbei zwischen der Driftzone 12 und der Driftsteuerzone 22 angeordnet, die Kompensationsschicht 42 ist in der Driftsteuerzone 22 angeordnet und erstreckt sich dort ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 100 hinein, in dem Beispiel bis an die Drainzone 11 bzw. das Halbleitersubstrat. Diese Realisierung bietet den Vorteil, dass die Kompensationsschicht 42, die ungünstigere dielektrische Eigenschaften wie die Dielektrikumsschicht 41 aufweisen kann, die kapazitive Kopplung der Driftsteuerzone 22 an die Driftzone 12 nicht beeinflusst. Die Kompensationsschicht 42 ist bei diesem Bauelement in einem Bauelementbereich angeordnet, in dem sie keine Auswirkung auf die elektrische Funktionsweise des Bauelements besitzt.
  • 4 zeigt eine Abwandlung des in 3 dargestellten Bauelements. Die Kompensationsschicht 42 erstreckt sich hierbei in der vertikalen Richtung weniger tief in den Halbleiterkörper hinein als die zwischen der Driftzone 12 und der Driftsteuerzone 22 angeordnete Dielektrikumsschicht 41.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist Bezug nehmend auf 5 vorgesehen, die Kompensationsschicht 42 in der Erstreckungsrichtung der Dielektrikumsschicht 41 benachbart zu der Dielektrikumsschicht 41 anzuordnen. Die Kompensationsschicht 42 kann sich, wie im dargestellten Fall, unmittelbar an die Dielektrikumsschicht 41 anschließen. Bei dem in 5 dargestellten Bauelement ist die Kompensationsschicht 42 im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers zwischen der Anschlusszone 15 und der Bodyzone 13 auf einer Seite und der p-dotierten Zone 23, 25 auf der anderen Seite angeordnet und endet in vertikaler Richtung oberhalb der Driftzone 12 und der Driftsteuerzone 22.
  • Die 1 bis 5 zeigen jeweils nur Ausschnitte der Halbleiterbauelemente. Wie in 1 gestrichelt angedeutet ist, können die Halbleiterbauelemente zellenartig realisiert sein, können also eine Vielzahl gleichartig aufgebauter und parallel zueinander geschalteter Zellen, d. h. im vorliegenden Fall Transistorzellen, aufweisen. Jede dieser Transistorzellen weist hierbei eine zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone angeordnete Dielektrikumsschicht auf, so dass insgesamt betrachtet ein erhebliches Volumen der Dielektrikumsschicht in dem Halbleiterkörper vorhanden ist, wobei die durch diese Dielektrikumsschichten hervorgerufenen Verspannungen durch die ebenfalls in jeder Zelle vorhandene Kompensationsschichten kompensiert wird.
  • 6 zeigt im Querschnitt ausschnittsweise ein weiteres Halbleiterbauelement. Das dargestellte Bauelement ist ein nach dem Feldplattenprinzip funktionierender MOS-Transistor, der eine Feldelektrode 51 aufweist, die benachbart zu einer Driftzone 12 angeordnet ist und die durch eine Dielektrikumsschicht 41 dielektrisch gegenüber der Driftzone 12 isoliert ist. Die Driftzone 12 ist zwischen einer Drainzone 11 und einer Bodyzone 13 angeordnet, wobei die Bodyzone 13 komplementär zu der Driftzone 12 dotiert ist. Die Bodyzone 13 ist zwischen einer Sourcezone 14 und der Driftzone 12 angeordnet, wobei die Sourcezone 14 und die Bodyzone 13 durch eine Sourceelektrode 18 gemeinsam kontaktiert und dadurch kurzgeschlossen sind. Benachbart zu der Bodyzone 13 ist eine Gateelektrode 16 angeordnet, die zur Steuerung eines Inversionskanals in der Bodyzone 13 dient und die durch eine Gatedielektrikumsschicht 17 dielektrisch gegenüber der Bodyzone 13 isoliert ist.
  • Die Gateelektrode 16 und die Feldelektrode 51 sind in dem dargestellten Beispiel in einem gemeinsamen Graben angeordnet, der sich ausgehend von einer Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper hinein erstreckt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Transistorstruktur in nicht näher dargestellter Weise auch als planare Transistorstruktur mit einer oberhalb der Vorderseite angeordneten Gateelektrode realisiert sein kann. In diesem Fall ist lediglich die Feldelektrode 51 in einem sich in den Halbleiterkörper hineinerstreckenden Graben angeordnet. Darüber hinaus können die Gateelektrode 16 und die Feldelektrode 51 in nicht näher dargestellter Weise auch in separaten Gräben des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sein.
  • Die Feldelektrode 51 kann in grundsätzlich bekannter Weise an die Sourcezone 14 oder die Gateelektrode 16 des Bauelements angeschlossen sein und dient entweder bei sperrendem Bauelement zur Kompensation von Ladungsträgern in der Driftzone 12 oder bei leitendem Bauelement zur Steuerung eines Akkumulationskanals in der Driftzone 12 entlang der Dielektrikumsschicht 41.
  • Zur Reduzierung bzw. Kompensation thermischer Verspannungen, die in dem Halbleiterkörper 100 durch die Dielektrikumsschicht 41 hervorgerufen werden, ist eine Kompensationsschicht 42 vorhanden, die in dem Beispiel unmittelbar benachbart zu der Dielektrikumsschicht 41 und zwischen der Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 angeordnet ist. Diese Kompensationsschicht 42 erstreckt sich in dem dargestellten Beispiel entsprechend der Dielektrikumsschicht 41 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 über die gesamte Höhe der Feldelektrode 51. In nicht näher dargestellter Weise kann entsprechend der Erläuterungen zu den 1 und 2 zwischen der Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 auch eine Sandwichstruktur mit abwechselnd angeordneten Dielektrikumsschichten und Kompensationsschichten vorgesehen werden.
  • 7 zeigt eine Abwandlung des in 6 dargestellten Bauelements, bei der die Kompensationsschicht 42 die Feldelektrode 51 entsprechend der Dielektrikumsschicht 41 gegenüber der Driftzone 12 vollständig umgibt. Die Kompensationsschicht 41 weist somit neben einem sich in vertikaler Richtung erstreckenden Abschnitt auch einen sich in der zweiten lateralen Richtung erstreckenden Abschnitt auf, der in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers zwischen der Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 angeordnet ist.
  • In nicht näher dargestellter Weise kann die benachbart zu der Feldelektrode vorhandene Schichtanordnung auch mehr als zwei Schichten mit abwechselnd Dielektrikums- und Kompensationsschichten umfassen.
  • Die Reihenfolge der Schichten in dem wenigstens zwei Schichten umfassenden Schichtstapel mit wenigstens einer Dielektrikumsschicht und einer Kompensationsschicht ist außerdem beliebig, so können sich unmittelbar an die Feldelektrode 51 und die Driftzone 12 eine Dielektrikumsschicht 41 oder eine Kompensationsschicht 42 anschließen.
  • 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Feldplattentransistors, bei dem die Dielektrikumsschicht 41 und die Kompensationsschicht 42 in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind. In dem dargestellten Beispiel ist die Dielektrikumsschicht 41 in einem ersten Bereich der Feldelektrode 51 zwischen diese Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 angeordnet, während die Kompensationsschicht 42 zwischen einem zweiten, näher an der Drainzone 11 liegenden Bereich der Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 angeordnet ist. Die Kompensationsschicht 42 ist hierbei auch unter der Feldelektrode 51, d. h. in vertikaler Richtung zwischen der Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 angeordnet.
  • Bei dem in 9 dargestellten Bauelement ist nur die Dielektrikumsschicht 41 zwischen der Feldelektrode 51 und der Driftzone 12 angeordnet. Die Kompensationsschicht 42 ist hierbei in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zu der Dielektrikumsschicht 41 angeordnet und erstreckt sich in dem Beispiel ausgehend von der Vorderseite 101 durch die Gateelektrode 16 und die Feldelektrode 51 bis an ein der Drainzone 11 zugewandtes unteres Ende der Feldelektrode 51.
  • 10 zeigt eine Abwandlung des in 9 dargestellten Bauelements, bei dem sich die Kompensationsschicht 42 von der Vorderseite 101 bis in die Feldelektrode 51 hinein erstreckt, sich jedoch nicht bis an das untere Ende der Feldelektrode 51 erstreckt.
  • Bei dem in 11 dargestellten Bauelement ist die Kompensationsschicht 42 lediglich in der Gateelektrode 16 angeordnet und erstreckt sich in dem Beispiel ausgehend von der Vorderseite 101 bis an ein der Feldelektrode 51 zugewandtes unteres Ende der Feldelektrode 16.
  • Bei dem in 12 dargestellten Bauelement ist die Kompensationsschicht 42 hingegen lediglich in der Feldelektrode 51 angeordnet und erstreckt sich beabstandet zu der Dielektrikumsschicht 41 in dem Beispiel über die gesamte Höhe der Feldelektrode 51.
  • 13 zeigt eine weitere Abwandlung des in 9 dargestellten Bauelements. Die Kompensationsschicht 42 ist hierbei in der zweiten lateralen Richtung beabstandet zu der Dielektrikumsschicht 41 angeordnet und erstreckt sind durch Halbleiterzonen des Bauelements, in dem dargestellten Beispiel ausgehend von der Vorderseite 101 durch die Bodyzone 13 bis in die Driftzone 12.

Claims (12)

  1. In einem Halbleiterkörper (100) integriertes Bauelement, das eine in dem Halbleiterkörper (100) angeordnete Dielektrikumsschicht (41) aufweist, die sich in einer ersten Richtung in dem Halbleiterkörper (100) erstreckt, und das eine in dem Halbleiterkörper (100) angeordnete Kompensationsschicht (42) aus einem dielektrischen Material aufweist, die sich wenigstens annähernd in der ersten Richtung in dem Halbleiterkörper (100) erstreckt, wobei die Dielektrikumsschicht (41) und die Kompensationsschicht (42) ein entgegengesetztes thermisches Ausdehnungsverhalten und/oder unterschiedliche intrinsische Verspannungen derart besitzen, dass eine der Schichten eine Zugbelastung und die andere der Schichten eine Druckbelastung auf das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (100) auswirkt, und wobei die Kompensationsschicht (42) in der Richtung senkrecht zu der ersten Richtung beabstandet zu der Dielektrikumsschicht (41) angeordnet ist.
  2. Bauelement nach Anspruch 1, bei der eine Abmessung der Kompensationsschicht (42) in der ersten Richtung einer Abmessung der Dielektrikumsschicht in der ersten Richtung entspricht.
  3. Bauelement nach 1 oder 2, bei der eine Abmessung der Kompensationsschicht (42) in der ersten Richtung kleiner ist als eine Abmessung der Dielektrikumsschicht in der ersten Richtung.
  4. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die erste Richtung eine vertikale Richtung des Halbleiterkörpers (100) ist.
  5. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Dielektrikumsschicht (41) wenigstens teilweise aus einem Halbleiteroxid und die Kompensationsschicht (42) wenigstens teilweise aus einem Halbleiternitrid besteht.
  6. Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das eine Driftzone (12) und eine Driftsteuerzone (22) aus einem Halbleitermaterial aufweist und bei dem die Dielektrikumsschicht (41) zwischen der Driftzone (12) und der Driftsteuerzone ausgebildet ist.
  7. Bauelement nach Anspruch 6, das als MOS-Transistor ausgebildet ist, bei dem die Driftzone (12) zwischen einer Drainzone (11) und einer Bodyzone (13) angeordnet ist, und das weiterhin aufweist: eine Sourcezone (14), die durch die Bodyzone (13) von der Driftzone (12) getrennt ist, eine Gateelektrode (16), die benachbart zu der Bodyzone (13) angeordnet ist und die durch eine Gatedielektrikumsschicht (17) dielektrisch gegenüber der Bodyzone isoliert ist.
  8. Bauelement nach Anspruch 7, bei dem die Drainzone (11) an die Driftsteuerzone (22) gekoppelt ist.
  9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das eine Driftzone (12) und eine benachbart zu der Driftzone (12) angeordnete Feldelektrode (51) aufweist und bei dem die Dielektrikumsschicht (41) zwischen der Driftzone (12) und der Feldelektrode ausgebildet ist.
  10. Bauelement nach Anspruch 9, das als MOS-Transistor ausgebildet ist, bei dem die Driftzone (12) zwischen einer Drainzone (11) und einer Bodyzone (13) angeordnet ist, und das weiterhin aufweist: eine Sourcezone (14), die durch die Bodyzone (13) von der Driftzone (12) getrennt ist, eine Gateelektrode (16), die benachbart zu der Bodyzone (13) angeordnet ist und die durch eine Gatedielektrikumsschicht (17) dielektrisch gegenüber der Bodyzone isoliert ist.
  11. Bauelement nach Anspruch 10, bei der die Gateelektrode (16) und die Feldelektrode (51) in einem gemeinsamen Graben angeordnet sind.
  12. Bauelement nach Anspruch 10, bei der die Gateelektrode (16) und die Feldelektrode (51) in beabstandet zueinander angeordneten Gräben angeordnet sind.
DE102007004331.9A 2007-01-29 2007-01-29 Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress Expired - Fee Related DE102007004331B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007004331.9A DE102007004331B4 (de) 2007-01-29 2007-01-29 Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007004331.9A DE102007004331B4 (de) 2007-01-29 2007-01-29 Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007004331A1 DE102007004331A1 (de) 2008-08-07
DE102007004331B4 true DE102007004331B4 (de) 2014-08-21

Family

ID=39587105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007004331.9A Expired - Fee Related DE102007004331B4 (de) 2007-01-29 2007-01-29 Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102007004331B4 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8097880B2 (en) * 2009-04-09 2012-01-17 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor component including a lateral transistor component

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4941026A (en) 1986-12-05 1990-07-10 General Electric Company Semiconductor devices exhibiting minimum on-resistance
US4903189A (en) 1988-04-27 1990-02-20 General Electric Company Low noise, high frequency synchronous rectifier
JP3502531B2 (ja) * 1997-08-28 2004-03-02 株式会社ルネサステクノロジ 半導体装置の製造方法
US6404007B1 (en) * 1999-04-05 2002-06-11 Fairchild Semiconductor Corporation Trench transistor with superior gate dielectric
US6461918B1 (en) * 1999-12-20 2002-10-08 Fairchild Semiconductor Corporation Power MOS device with improved gate charge performance
US6864532B2 (en) * 2000-01-14 2005-03-08 Denso Corporation Semiconductor device and method for manufacturing the same
US6677641B2 (en) 2001-10-17 2004-01-13 Fairchild Semiconductor Corporation Semiconductor structure with improved smaller forward voltage loss and higher blocking capability
US6853033B2 (en) 2001-06-05 2005-02-08 National University Of Singapore Power MOSFET having enhanced breakdown voltage
US6555873B2 (en) 2001-09-07 2003-04-29 Power Integrations, Inc. High-voltage lateral transistor with a multi-layered extended drain structure
DE102005039331A1 (de) * 2005-08-19 2007-02-22 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit niedrigem Einschaltwiderstand
EP1908119B1 (de) 2005-07-27 2012-04-18 Infineon Technologies Austria AG Halbleiterbauelement mit einer driftzone und einer driftsteuerzone

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007004331A1 (de) 2008-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112017000200B4 (de) Ultradichte vertikaltransport-fet-schaltungen
DE102006004405B4 (de) Leistungshalbleiterbauelemente mit einer Driftstrecke und einer hochdielektrischen Kompensationszone und Verfahren zur Herstellung einer Kompensationszone
DE102013107379B4 (de) Integriertes Halbleiterbauelement und Brückenschaltung mit dem integrierten Halbleiterbauelement
DE102006029235B4 (de) Halbleiterbauelement mit piezoelektrischer Schicht zur Stress-Erzeugung sowie entsprechendes Herstellungsverfahren und Betriebsverfahren
DE60132158T2 (de) Hochspannungs-halbleiteranordnung mit einer feldplattenstruktur
DE102004007197B4 (de) Hochsperrendes Halbleiterbauelement mit niedriger Durchlassspannung
DE102005041257B4 (de) Feldelektroden-Trenchtransistorstruktur mit Spannungsteiler
DE102013112012B4 (de) Halbleitervorrichtungen und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE112009002330T5 (de) Leistungs-Mosfet mit einem verspannten Kanal in einer Halbleiter-Heterostruktur auf Metallsubstrat
DE102013112831B4 (de) Ladungskompensations-Halbleiterbauelement
EP1908119A2 (de) Halbleiterbauelement mit einer driftzone und einer driftsteuerzone
DE102014110006A1 (de) Ladungskompensations-Halbleitervorrichtungen
DE202011111043U1 (de) Halbleiterbauteil
DE102014118766A1 (de) Feldeffekt-Halbleitervorrichtung und Herstellung davon
DE102010030179A1 (de) Halbleiterbauelement mit einer amorphen Kanalsteuerschicht
DE102010030180B4 (de) Transistorbauelement mit einer amorphen semiisolierenden Kanalsteuerschicht
DE112014001221T5 (de) Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung
DE102017115536B4 (de) Ladungskompensationshalbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dafür
DE102007004331B4 (de) Halbleiterbauelement mit reduziertem mechanischen Stress
DE102013111966A1 (de) Feldeffekthalbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102010003759B4 (de) Halbleiterbauelementanordnung und Halbleiterbauelementanordnung mit einem lateralen Halbleiterbauelement
DE19902749C2 (de) Leistungstransistoranordnung mit hoher Spannungsfestigkeit
DE102012204539B4 (de) Leistungstransistor und Verfahren zur Herstellung eines Leistungstransistors
DE102004005775B4 (de) Halbleiterbauelement
DE10250175A1 (de) Leistungstransistor

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee