DE102008039845B4 - IGBT mit einem Halbleiterkörper - Google Patents
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- H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
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Abstract
IGBT, der aufweist:
- einen Halbleiterkörper (4);
- eine Driftzone eines ersten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4);
- eine Bodyzone (6) eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4) ;
- eine Feldstopzone (7) des zweiten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4);
- eine Emitterzone (44) des ersten Leitungstyps in der Bodyzone (6), die an eine Emitterelektrode (26) angeschlossen ist;
- einen Zellbereich mit einer Trenchgatestruktur (25), die an die Bodyzone (6) und die Emitterzone (44) angrenzt;
- eine zu dem Zellbereich benachbarte, oberflächennahe Abschirmzone (24) des zweiten Leitungstyps, die zu der Emitterzone (44) beabstandet ist,
wobei die Feldstopzone (7)
- schwächer dotiert ist als die Bodyzone (6), so dass mindestens bei Überschreiten einer Sperrstromdichte die Feldstopzone (7) Spannung aufnimmt,
- unterhalb der Abschirmzone (24) angeordnet und schwächer als die Abschirmzone (24) dotiert ist, und
wobei die Abschirmzone (24) frei von einer an die Trenchgatestruktur (25) angrenzenden und an die Emitterelektrode (26) angeschlossenen Emitterzone ist.
- einen Halbleiterkörper (4);
- eine Driftzone eines ersten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4);
- eine Bodyzone (6) eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4) ;
- eine Feldstopzone (7) des zweiten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4);
- eine Emitterzone (44) des ersten Leitungstyps in der Bodyzone (6), die an eine Emitterelektrode (26) angeschlossen ist;
- einen Zellbereich mit einer Trenchgatestruktur (25), die an die Bodyzone (6) und die Emitterzone (44) angrenzt;
- eine zu dem Zellbereich benachbarte, oberflächennahe Abschirmzone (24) des zweiten Leitungstyps, die zu der Emitterzone (44) beabstandet ist,
wobei die Feldstopzone (7)
- schwächer dotiert ist als die Bodyzone (6), so dass mindestens bei Überschreiten einer Sperrstromdichte die Feldstopzone (7) Spannung aufnimmt,
- unterhalb der Abschirmzone (24) angeordnet und schwächer als die Abschirmzone (24) dotiert ist, und
wobei die Abschirmzone (24) frei von einer an die Trenchgatestruktur (25) angrenzenden und an die Emitterelektrode (26) angeschlossenen Emitterzone ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere einen IGBT, mit einem Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper weist eine Driftzone eines ersten Leitungstyps auf. Ferner ist oberflächennah in dem Halbleiterkörper eine Bodyzone mit einem zweiten zum ersten Leitungstyp der Driftzone komplementären Leitungstyp angeordnet.
- Zu derartigen Halbleiterbauelementen gehören die DMOS-Transistoren, die mit und ohne Ladungskompensationszonen in der Driftzone ausgestattet sein können. Derartige Ladungskompensationszonen weisen ausräumbare p-leitende Säulen oder ausräumbare oder floatende nicht ausräumbare p-leitende Bereiche in der Driftzone auf. Eine derartige Ladungsträgerkompensation kann sehr genau auf die Durchbruchsladung des jeweiligen Halbleitermaterials abgestimmt werden. Darüber hinaus weisen derartige Halbleiterbauelemente über die Tiefe oder Länge der Driftzone eine konstante oder wenig variierende Dotierung auf. Tritt bei einer derartigen genauen Kompensation mit konstanter Dotierung eine Veränderung der Kompensation durch einen Stromfluss von einigen Ampere im Avalanchefall auf, können derartige Halbleiterbauelemente keine zusätzliche Spannung aufnehmen. Die Folge ist, dass die Durchbruchskennlinie bei niedrigen Strömen bereits zurückschnappt. Ein derartiges Zurückschnappen der Durchbruchskennlinie kann zur Zerstörung des Bauelements führen.
- Dieses kann nicht nur bei DMOS-Transistoren auftreten, sondern auch bei Leistungsdioden oder Transistoren des IGBT-Typs (insulated gate bipolar transistor), die eine sehr geringe und homogene Grunddotierung der Driftstrecke aufweisen.
- Ein Zurückschnappen der Durchbruchskennlinie kann durch eine variable Dotierung der Säulen bei Ladungskompensationsbauelementen wie bei DMOS-Transistoren des „CoolMOS“-Typs eingeschränkt werden. Ein Nachteil variabler Säulendotierung ist die schwierige Fertigung. Diese ist vor allem auf Halbleiterbauelemente mit Grabenstrukturkonzepten praktisch nicht übertragbar. Bei Halbleiterbauelementen, bei denen komplementäre Dotierungen von Driftzonen und Ladungskompensationszonen über Grabenwände eingebracht werden, vergrößern sich diese Schwierigkeiten.
- Zur Verbesserung der Avalanchefestigkeit dieser Halbleiterbauelemente ist es möglich, einen Feldstop gleichen Leitungstyps wie die Driftzone im unteren Bereich der Ladungskompensationssäulen anzuordnen. Dieser Feldstopbereich ist im unteren Bereich der Driftzonen zwischen den Ladungskompensationssäulen angeordnet. Dazu wird beispielsweise eine im Vergleich zur Driftzone etwas höher dotierte n-leitende Zone zwischen den p-leitenden Ladungskompensationszonen im unteren Bereich der Driftzonen eines DMOS eingebracht. Diese Feldstopzone kann im Sperrfall nicht vollständig ausgeräumt werden, d. h. die Feldstopzone begrenzt nach unten in einem derartigen vertikalen Halbleiterbauelement die Ausbreitung der Raumladungszone. Wenn nun bei zunehmender Stromdichte von einigen Ampere im Avalanchefall die beweglichen Ladungsträger die Hintergrundladung kompensieren, dann kann sich die Raumladungszone nun in die Feldstopzone ausbreiten, wodurch das Halbleiterbauelement eine höhere Spannung aufnehmen kann.
- Das bedeutet, dass die Durchbruchskennlinie erst bei höheren Strömen zurückschnappt. Die im unteren Bereich eines DMOS-Transistors angeordnete Feldstopzone verhindert somit im Avalanchefall ein vorzeitiges Zerstören des Halbleiterbauelements durch Zurückschnappen der Durchbruchskennlinie. Eine derartige komplementär zur Driftzone leitende Feldstopzone im unteren Bereich von vertikal strukturierten Halbleiterbauelementen kann bei Hochspannungsdioden oder bei Transistoren des IGBT-Typs, die eine sehr niedrige Grunddotierung der Driftstrecke aufweisen, ein vorzeitiges Zurückschnappen der Durchbruchskennlinie zu höheren Strömen verschieben und damit die Spannungsfestigkeit derartiger Halbleiterbauelemente im Avalanchefall verbessern.
- Die
US 6 825 513 B2 , dieUS 6 586 801 B2 , dieDE 101 32 136 C1 und dieUS 2006 0 197 152 A1 beschreiben jeweils einen DMOS-Transistor mit Ladungskompensationszonen in der Driftzone. - Die
US 2004 0 195 618 A1 beschreibt einen vertikalen MOSFET, der wenigstens eine Gateelektrode aufweist, die in einem Graben angeordnet ist, der sich durch eine Bodyzone bis in eine n-dotierte Driftzone erstreckt. Zwischen der Driftzone und dem Graben sind abschnittsweise komplementär zu der Driftzone dotierte Halbleiterzonen angeordnet. - Die
DE 10 2006 045 912 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen von p-dotierten, säulenförmigen Kompensationszonen in einer n-dotierten Driftzone. - Die
DE 103 37 808 B3 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterkörpers, der Driftzonen und komplementär zu den Driftzonen dotierte Kompensationszonen aufweist. - Die
DE 695 10 020 T2 beschreibt einen DMOS-Transistor, der zwischen einer n-dotierten Driftzone und p-dotierten Bodyzonen schwächer p-dotierte Halbleiterzonen aufweist. - Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen verbesserten, avalanchefesten IGBT zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch einen IGBT nach Anspruch 1 gelöst.
- Ausführungsformen der Erfindung werden nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.
-
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement; -
2 zeigt ein schematisches Diagramm mit Vergleichskurven der Durchbruchskennlinien von Halbleiterbauelementen mit und ohne Feldstopzone; -
3 zeigt schematisch einen vergrößerten Bereich des Diagramms gemäß2 ; -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Halbleiterbauelement; -
6 zeigt schematische Dotierstoffprofile von Halbleiterbauelementen mit und ohne Feldstopzone; -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement mit epitaktisch hergestellter Ladungskompensationsstruktur. -
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement1 . Dieses Halbleiterbauelement1 mit einem Halbleiterkörper4 ist ein einfacher DMOS-Transistor8 mit lateraler Gatestruktur9 . Die Gatestruktur9 weist eine in einem Zwischenoxid18 angeordnete elektrisch leitende Gateelektrode19 auf. Die Gateelektrode19 ist mit einem GateanschlussG des Halbleiterbauelements1 elektrisch verbunden. Die Gateelektrode19 ist elektrisch leitend und vorzugsweise aus hochdotiertem Polysilizium hergestellt. - Diese Gateelektrode
19 beeinflusst über ein im Vergleich zum Zwischenoxid18 relativ dünnes Gateoxid21 auf der Oberseite17 des Halbleiterkörpers4 die DMOS-Transistorstruktur im Halbleiterkörper4 . Diese DMOS-Transistorstruktur weist auf der Rückseite11 des Halbleiterkörpers4 eine metallische Drainelektrode10 auf. Die Drainelektrode10 ist mit einem Drainanschluss D des Halbleiterbauelements1 verbunden. Der Halbleiterkörper4 kann ein hochdotiertes n+-leitendes Halbleitersubstrat12 aufweisen, auf dem ein Driftzonenmaterial13 einer n--leitende Driftzone5 mit deutlich niedrigerer Dotierstoffkonzentration abgeschieden ist. Alternativ bildet ein niedrig dotiertes gedünntes Halbleitersubstrat die n--leitende Driftzone5 auf dessen Rückseite ein n+-leitendes Drainanschlussgebiet12 eingebracht ist. - Auf der Oberseite
17 des Halbleiterkörpers4 weist das Halbleiterbauelement1 neben der Gatestruktur9 mit der Gateelektrode19 und dem Gateoxid21 eine Sourceelektrode16 auf, die mit einem Sourceanschluss des Halbleiterbauelements1 verbunden ist. Oberflächennah ist in den Halbleiterkörper4 eine hochdotierte n+-leitende Sourcezone15 entweder durch Ionenimplantation oder Diffusion oder beidem eingebracht. Diese hochdotierte n+-leitende Sourcezone15 ist die von einer komplementär p-leitenden Bodyzone6 vollständig umgeben. Der n+p-Übergang wird durch die elektrisch leitende Sourceelektrode überbrückt. Dadurch ist die Sourceelektrode19 mit der hochdotierten Sourcezone15 und der Bodyzone6 elektrisch verbunden. - Diese p-leitende Basiszone
6 bildet mit der n--leitenden Driftzone5 einen pn-Übergang, der im Durchlassfall von Ladungsträgern überschwemmt ist und im Sperrfall eine Raumladungszone aufweist. Die Raumladungszone breitet sich von dem pn--Übergang zwischen Basiszone und Driftzone in Richtung auf das n+-leitende Substrat und damit in Richtung auf die Drainelektrode10 aus, wenn der DMOS-Transistor8 von dem leitenden Zustand in den Sperrzustand umschaltet. Andererseits kann für rückwärtssperrende Bauelemente die Bodyzone6 auch floatend angeordnet sein. - Ein Durchschalten des Halbleiterbauelements
1 wird von der lateralen Gatestruktur9 durch Anlegen einer Steuerspannung an den GateanschlussG ausgelöst. Dabei wird ein Kanalbereich20 zwischen der hochdotierten Sourcezone15 und der schwachdotierten Driftzone5 durchgeschaltet. Beim Abschalten der Steuerspannung an dem GateanschlussG geht das Halbleiterbauelement1 in den Sperrzustand über. Dabei kann ein Rückstrom auftreten, der beispielsweise durch Lastinduktivitäten, die an das Halbleiterbauelement1 angeschlossen sind, hohe Werte annehmen kann. - In einer derartigen Abschaltphase, d. h. in der Umschaltphase vom leitenden in den sperrenden Zustand des Halbleiterbauelements
1 , nimmt das Bauteil bereits bei niedrigen Strömen an dem pn-Übergang zwischen Bodyzone6 und Driftzone5 eine hohe Sperrspannung auf. Treten Lawinendurchbrucheffekte oder Avalancheeffekte bei Halbleiterbauelementen ohne eine Feldstopzone auf so kommt es schon bei niedrigen Strömen zu einem Zurückschnappen der Durchbruchskennlinie, was bis zum Zerstören des Halbleiterbauelements führen kann. - Um diesem vorzubeugen, weist das Halbleiterbauelement gemäß
1 im oberflächennahen Bereich unterhalb der Bodyzone6 eine Feldstopzone7 aus Feldstopzonenmaterial14 auf. Dieses Feldstopzonenmaterial14 ist komplementär zum Driftzonenmaterial13 dotiert und weist eine niedrigere Dotierstoffkonzentration als die Bodyzone6 auf. Damit wird erreicht, dass ein Rückschnappen der Durchbruchskennlinie erst bei deutlich höheren Spannungen eintritt, zumal erst bei Überschreiten einer Sperrstromdichte die Feldstopzone Spannung aufnimmt und damit höhere Spannungen zulässt, ohne die kritische Feldstärke EC des Siliziums zu überschreiten. Diese kritische Feldstärke EC ist von der Dotierstoffkonzentration näherungsweise über einen großen Konzentrationsbereich gemäß Gleichung (1) abhängig: - Bei niedrigen Stromdichten ist der Großteil der Feldstopzonen bis auf deren Randbereiche feldfrei. Bei hohen Stromdichten dringt das Feld hingegen ein.
- Die Feldstopzone kann eine Nettodosis Dp zwischen 4•1012 cm-2 ≤ Dp ≤ 2•1013 cm-2 vorzugsweise 8•1012 cm-2 ≤ Dp ≤ 1•1013 cm-2 aufweisen. Damit liegt diese Nettodotierung oberhalb der Durchbruchsladung CL von Silizium, die näherungsweise für einen größeren Dotierstoffkonzentrationsbereich durch die Gleichung (2) beschrieben wird
- Die Feldstopzone kann eine Nettodosis Dp in Bezug auf die Durchbruchsladung CL zwischen 1,5 • CL ≤ Dp ≤ 10 • CL vorzugsweise 3 • CL ≤ Dp ≤ 5 • CL aufweisen.
- Die Dotierstoffkonzentration Np der Feldstopzone kann bei Nichtkompensationsbauelementen im Verhältnis zur Driftzonendotierung Nd zwischen 5•Nd ≤ Np ≤ 100•Nd liegen. Eine derart hohe Dotierung in dem p-leitenden Feldstopmaterial
14 gegenüber dem n-leitenden Driftzonenmaterial13 ist durchaus für die Verbesserung von konventionellen DMOS-Transistoren möglich. Optimal ist ein Bereich bei dem die Feldstopzone eine Dotierstoffkonzentration Np gegenüber der Driftzonendotierung Nd zwischen 10•Nd ≤ Np ≤ 50•Nd aufweist. - Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
1 mit einem Halbleiterkörper4 und mit einer komplementär zu einer Driftzone5 dotierten Feldstopzone7 , die in dem Halbleiterkörper4 unterhalb einer Bodyzone6 angeordnet ist, weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird beispielsweise auf einem Halbleitersubstrat12 eine Epitaxieschicht34 aus Driftzonenmaterial13 monokristallin aufgewachsen. Alternativ kann statt einer Epitaxieschicht wie oben erwähnt auch ein Substratmaterial als Driftzonenmaterial eingesetzt werden, das gegen Prozessende dünngeschliffen wird. Anschließend wird von der Oberseite17 aus eine maskierte Ionenimplantation für eine komplementär zur Driftzone5 dotierte Struktur der Bodyzone6 durch eine entsprechende Bodyzonenstrukturmaske z. B. Photolack, Gatepoly, Feldoxid durchgeführt. - Mit diesem Schritt wird jedoch lediglich die Bodyzone
6 realisiert, nicht aber die Feldstopzone7 . Da aber die Feldstopzone7 in ihrer flächigen Erstreckung der Bodyzone6 in dieser Ausführungsform und Durchführung des Verfahrens entspricht kann die Bodyzonenmaske auch für die Feldstopzone7 eingesetzt werden. Eine maskierte hochenergetische Ionenimplantation für eine Struktur der Feldstopzone7 durch die Bodyzonenstrukturmaske unterhalb der Bodyzone6 kann vor oder nach dem Einbringen der Bodyzonenstruktur erfolgen. Danach kann ein Fertigstellen des Halbleiterbauelements1 mit Sourcezone15 , lateraler Gatestruktur9 und Sourceelektrode16 auf der Oberseite17 und Drainelektrode10 and der Rückseite11 sowie mit Bauelementanschlüssen für SourceS , GateG und DrainD durchgeführt werden. Ein derartiges Verfahren hat den Vorteil, dass es auf einem Halbleiterwafer als Halbleitersubstrat für eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen parallel durchgeführt werden kann. Bei planaren Gates wird vorzugsweise zur Maskierung das strukturierte Gatepoly mit der dazugehörigen Fotomaske verwendet. - Anstelle einer hochenergetischen Ionenimplantation für eine Struktur der Feldstopzone
7 unterhalb der Bodyzonenstruktur ist es auch möglich, als Dotierstoff für die Feldstopzone7 einen schnell diffundierenden Dotierstoff als Bor, wie z. B. Aluminium das beispielsweise für die Bodyzone6 eingesetzt wird, anzuwenden. Bei gleichzeitigem Aufbringen von Bor und dem schneller diffundierenden Dotierstoff für die Feldstopzone7 erreicht dieser eine höhere Eindringtiefe bei gleicher Temperatur und gleicher Zeit unter gleichzeitiger Absenkung seiner Dotierstoffkonzentration auf die im obigen Text angegebenen Werte. - Eine weitere Möglichkeit das Feldstopzonenmaterial
14 zu dotieren besteht darin, einen zweistufigen Diffusions- und Implantationsprozess durchzuführen. Dabei wird zunächst beispielsweise eine flächig strukturierte Borimplantation für die Feldstopzone7 auf die Oberfläche17 des Halbleiterkörpers4 aufgebracht. Die Boratome werden dann in große Tiefen des Halbleiterkörpers bei gleichzeitiger Absenkung der Dotierstoffkonzentration mittels einer Nachdiffusionsphase eindiffundiert. Anschließend wird eine zweite Borimplantation für die Basiszone6 mit einer Diffusionsmaske, die vorzugsweise aus einem Siliziumoxid und Gatepoly oder Fotolack besteht, aufgebracht. Bei einer niedrigeren Temperatur für eine Nachdiffusion bis zur Tiefe der Bodyzone6 werden dann die Boratome in den Halbleiterkörper4 eingetrieben. -
2 zeigt ein schematisches Diagramm einer numerischen Bauelementesimulation mit Vergleichskurven der Durchbruchskennlinien A und B von Halbleiterbauelementen ohne bzw. mit Feldstopzone. Dazu ist auf der Abszisse die Drainspannung UD in Intervallen von 200 Volt aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Drainstrom in logarithmischem Maßstab zwischen 10-14 bis 10-3 in Ampere pro Mikrometer (A/µm) aufgeführt. Der Graph mit der durchgezogenen Linie B betrifft das Bauelement dieser Ausführungsform. Dabei ist in dem Bauelement mit der Durchbruchskennlinien B eine Feldstopzone in Oberflächennähe aus komplementär zur Driftzone dotiertem Material angeordnet, und zwar, wie es1 zeigt, unterhalb der Bodyzone. - Der Graph A mit gestrichelter Linie betrifft einen konventionellen DMOS-Transistor ohne Feldstopzone. Wie der Verlauf des Drainstroms ID zeigt, tritt bereits bei 10-5 A/µm ein Rückschnappen der Durchbruchskennlinie A des konventionellen DMOS Bauelements auf. Ist jedoch ein Feldstop mit seiner oben aufgeführten Dotierstoffkonzentration vorgesehen, so wird erst bei Überschreiten einer Sperrstromdichte die Feldstopzone veranlasst, Spannung aufzunehmen. Somit wird eine Sperrspannungsfestigkeit erreicht, die um mehr als 100 V größer ist als beim konventionellen Halbleiterbauelement ohne diese oberflächennahe p-dotierte Feldstopzone. Auch das Rückschnappen der Durchbruchskennlinie B erfolgt erst bei Drainströmen ID, die um mindestens eine Größenordnung höher liegen als bei konventionellen DMOS-Transistoren ohne Feldstopzone. Die Durchbruchspannung des Bauelements B kann auch auf den Durchbruchspannungswert von A eingestellt werden. Dazu ist die Driftzonenlänge kürzer zu wählen als bei dem Bauelement A.
- Noch deutlicher wird dieser Unterschied mit der
3 , die schematisch einen vergrößerten Bereich des Diagramms gemäß2 zeigt. Während bei dem konventionellen Bauelement ohne Feldstop im oberen Bereich des Halbleiterbauelements1 komplementär dotiert zur Drainzone das Rückschnappen der Durchbruchskennlinie bei einigen 10-6 A/µm liegt, macht sich dieser negative Rückschnappeffekt eines Bauelements mit Feldstopzone erst bei Drainströmen oberhalb von 10-4 A/µm bemerkbar. Außerdem zeigt der Vergleich der Drainspannungen von A und B, dass bei Überschreiten einer Sperrstromdichte die Feldstopzone noch zusätzlich Spannung aufnimmt, so dass Spannungen bis 900 V anliegen können, ohne dass der Rückschnappeffekt eintritt. Dieses verbessert die Zuverlässigkeit und Robustheit des Halbleiterbauelements um über 200 V in Bezug auf die Drainspannung. Ein derartiger Vorteil kann jedoch nicht nur beim DMOS-Transistor erreicht werden, sondern auch bei anderen vertikal aufgebauten Halbleiterbauelementen, wie sie mit den nachfolgenden Figuren näher beschrieben werden. -
4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Dieses Halbleiterbauelement2 ist vom Bauelementtyp ein IGBT22 (insulated gate bipolar transistor) mit einer einen Zellbereich23 umgebenden oberflächennahen komplementär leitenden Abschirmzone24 . Eine Feldstopzone7 ist unterhalb der oberflächennahen komplementär leitenden Abschirmzone24 angeordnet. Diese Feldstopzone7 ist schwächer als die Abschirmzone24 dotiert. - In dem Zellbereich
23 ist eine IGBT-Struktur realisiert, die zum Steuern des IGBT22 eine Trenchgatestruktur25 aufweist. In der in4 gezeigten Darstellung ist im Zellbereich lediglich eine Zelle gezeigt, die beidseitig von Trenchgatestrukturen25 begrenzt wird. Diese Trenchgatestrukturen25 weisen eine Grabenstruktur27 mit Grabenwänden28 und29 auf, die ihrerseits mit einer Gateoxidschicht30 belegt sind. Die Grabenstruktur ist mit einem Gateelektrodenmaterial31 aufgefüllt, das mit einem GateanschlussG des Halbleiterbauelements2 elektrisch Verbindung steht. Die Grabentiefe ist so bemessen, dass sie tiefer in den Halbleiterkörper4 hineinragt als eine zwischen den beiden in4 gezeigten Grabenstrukturen27 der Trenchgatestrukturen25 angeordnete Bodyzone6 . In Oberflächennähe ist die Bodyzone6 jeweils von zwei Emitterzonen44 umgeben, die mit einer metallischen Emitterelektrode26 in ohmschen Kontakt stehen und mit einem EmitteranschlussE des Halbleiterbauelements2 elektrisch verbunden sind. - Beim Anlegen einer Steuerspannung an einen Gateanschluss
G wird in der Bodyzone p ein vertikaler Kanal20 zwischen den Emitterzonen44 und der unter der Bodyzone6 angeordneten Driftzone5 durchgeschaltet. Dadurch kann ein Strom vom Emitter über die Emitterzonen44 , die Kanäle20 und über die Driftzone5 in Richtung auf einen RückseitenemitterRE , der von einer hochdotierten p+-leitenden Zone auf der Rückseite11 des Halbleiterkörpers gebildet wird, fließen. Die Rückseite11 des Halbleiterkörpers4 trägt eine Metallisierung für eine Kollektorelektrode43 , die mit einem KollektoranschlussK elektrisch verbunden ist. Außerdem ist es auch möglich die Kollektorelektrode mit Hilfe einer sogenannten „Drainupstruktur“ auf der Oberseite des Halbleiterkörpers anzuordnen, so dass das Kollektor- bzw. Drainpotential neben den Zellen über hochdotierte Gebiete von der Rückseite11 des Halbleiterkörpers4 an die Oberseite17 gezogen wird und dort mit einer Kollektor- oder Drainelektrode kontaktiert wird. - Die Abschirmzonen
24 , die einen derartigen Zellbereich23 umgeben, reichen bis in die Tiefe der Grabenstrukturen27 für die Gatestrukturen25 oder evtl. etwas tiefer. Die Abschirmzone kann alternativ auch lediglich die Tiefe der Bodyzone aufweisen. Unterhalb dieser Abschirmzonen24 , die in etwa die gleiche oder eine höhere Dotierstoffkonzentration wie die zwischen den Grabenstrukturen27 angeordnete Basiszone6 aufweisen, sind schwächer dotierte Feldstopzonen7 mit Feldstopzonenmaterial14 angeordnet. Obgleich sich diese Feldstopzonen7 flächig nur im Bereich der Abschirmzonen24 oberflächennah erstrecken und nicht die Basiszone p zwischen den Grabenstrukturen27 kontaktieren, sind sie dennoch geometrisch deutlich unterhalb der Basiszone6 angeordnet. Die verbleibende Driftstrecke der Driftzone5 zwischen Feldstopzone7 und hochdotiertem p+-leitenden Substrat bzw. der Rückseitenelektrode RE bestimmt die Spannungsfestigkeit dieses Halbleiterbauelements2 , wobei die Wirkung der komplementär zu der Driftzone5 dotierten Feldstopzonen7 beim Abkommutieren dieses Halbleiterbauteils2 die gleiche Wirkung entfalten wie sie bereits in Bezug auf die1 erörtert wurden. - Ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
2 , wie es in4 dargestellt wird, mit einem Halbleiterkörper4 und mit einer komplementär zu einer Driftzone5 dotierten Feldstopzone7 , die in dem Halbleiterkörper4 unterhalb einer Abschirmzone24 angeordnet ist, weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst kann eine Epitaxieschicht34 aus Driftzonenmaterial13 auf einem Halbleitersubstrat12 , das p+-leitend ist, aufgewachsen werden. Anstelle einer Epitaxieschicht kann auch ein Substrat mit entsprechender niedriger Dotierstoffkonzentration als Driftzonenmaterial eingesetzt werden. Das Bezugszeichen12 kennzeichnet in diesem Fall ein hochdotiertes implantiertes p-leitendes Gebiet auf der Rückseite11 des Halbleiterkörpers4 . Anschließend kann eine maskierte Ionenimplantation für eine komplementär zur Driftzone dotierte Struktur der Bodyzone durch eine Bodyzonenstrukturmaske innerhalb eines Zellbereichs23 erfolgen. - Für eine außerhalb des Zellbereichs
23 angeordnete Abschirmzone24 wird eine Zwischenzellenstrukturmaske eingesetzt. Durch diese Zwischenzellenstrukturmaske kann ebenfalls eine Ionenimplantation für p-Material in einer Konzentration, wie es für die Bodyzone6 erforderlich ist, erfolgen. Jedoch zusätzlich wird durch diese Zwischenzellenstrukturmaske eine maskierte hochenergetische Ionenimplantation für eine Struktur einer Feldstopzone7 unterhalb der Abschirmzone24 durchgeführt. Nach Strukturierung der Abschirmzone24 mit Feldstopzone7 und der Bodyzone6 erfolgt ein Einbringen einer Grabenstruktur27 für Trenchgates innerhalb des Zellbereichs23 des Halbleiterkörpers4 . Danach kann dann das Fertigstellen des Halbleiterbauelements2 mit Trenchgatestruktur25 , Emitterzonen44 und Emitterelektroden26 sowie einer Kollektorelektrode43 auf der Rückseite11 , die einen Rückseitenemitter RE kontaktiert, durchgeführt werden. - Besonders vorteilhaft lässt sich das Prinzip eines oberflächennahen p-leitenden Feldstops
7 neben den mit4 gezeigten hochsperrenden IGBT-Bauelementen und Hochspannungsdioden auf so genannte „Superjunction DMOS-Transistoren“ anwenden. Diese Halbleiterbauelemente weisen nämlich über der Driftzone5 eine sehr gleichmäßige Feldverteilung auf. Dadurch neigen jedoch diese Bauelemente bereits bei sehr geringen Stromdichten dazu, dass die Durchbruchskennlinie rückschnappt, wie es die2 und3 zeigen, falls kein Bereich für ein Ausdehnen der Raumladungszone im Halbleiterkörper4 vorgesehen ist. - Der Vorteil des erfindungsgemäßen Prinzips liegt darin, dass die notwendigen Dotierstoffgebiete von der Oberseite
17 des Halbleiterkörpers4 zusammen mit anderen Dotierstoffgebieten wie Source und Body eingebracht werden können und nicht beispielsweise durch ein Mehrfachepitaxieverfahren zu realisieren sind. Derartige Mehrfachepitaxieverfahren, wie sie am Beispiel der7 gezeigt werden, stehen oftmals bei Fertigungsanlagen für die Strukturierung von Halbleiterwafern nicht zur Verfügung. Hier können jedoch alternative Technologien bei Dioden und IGBT-Bauelementen helfen, bei denen im unteren bereich der Driftzonen n-leitende Feldstopzonen in gedünntem Scheibenzustand von der Rückseite des Halbleiterkörpers eingebracht werden. - Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Bruchgefahr durch das Handling der dünnen Halbleiterchips erhöht ist und dass die Vorderseitenmetallisierung erst in einem späteren Schritt nach Eindiffusion des n-leitenden rückseitigen Feldstops möglich ist. Dieses zeigt, dass das mit dieser Erfindung offenbarte Prinzip von der Oberfläche des Halbleiterkörpers aus eine p-leitende Feldstopzone unterhalb der Bodyzone einzubringen von erheblichem praktischen Nutzen ist.
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5 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein weiteres Halbleiterbauelement3 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei diesem Halbleiterbauelement3 handelt es sich um einen „Superjunction DMOS-Transistor“. Dieser weist im Bereich der Driftzonen5 vertikale, parallel ausgerichtete Ladungskompensationszonen33 auf, die in dieser Ausführungsform der Erfindung genauso wie die Driftzonen5 als Säulen ausgebildet sind. Die Gatestruktur ist, wie sie bereits in4 erörtert wird, eine Trenchgatestruktur25 , die zur Vermeidung von Wiederholungen nicht noch einmal interpretiert wird. Unterhalb der Bodyzonen6 sind Feldstopzonen7 aus Feldstopzonenmaterial14 angeordnet. Die Feldstopzonen7 kontaktieren die Bodyzonen6 . Das Feldstopmaterial14 ist p-leitend und schwächer dotiert als das Bodyzonenmaterial. Die Feldstopzonen7 gehen über Ladungsträgerkompensationszonen33 und sind höher dotiert als die darunter angeordneten p-leitenden Ladungsträgerkompensationszonen33 . Während die Ladungskompensationszone33 im Sperrfall schon ohne Stromfluss ausgeräumt wird und ein hohes Elektrisches Feld aufweist, da die in einem lateralen Schnitt aufintegrierte p-Dotierstoffkonzentration <2*CL ist, dringt das elektrische Feld in die Feldstopzonen7 wg. der lateral aufintegrierten Dosis >2*CL erst bei hohen Stromdichten ein. - Diese Driftzonenstruktur mit Ladungskompensationszonen
33 ist auf einem hochdotierten n+-leitenden Halbleitersubstrat12 aufgebaut. Das Halbleitersubstrat12 , weist auf der Rückseite11 des Halbleiterkörpers4 eine Metallisierung aufweist, die eine Drainelektrode10 bildet und mit einem DrainanschlussD des Halbleiterbauelements3 elektrisch in Verbindung steht.5 zeigt zwei Zellbereiche von einer Vielzahl von Zellbereichen eines derartigen Halbleiterbauelements3 . Die Wirkung der oberflächennahen p-leitenden Feldstopzone7 entspricht der Wirkung wie sie bereit zu der1 sowie mit den2 und3 erörtert wurden. Die Ladungskompensationszonen33 sind in einer Schrittweitew angeordnet, wobei die Feldstopzonen7 im oberen Bereich der Ladungskompensationszonen33 eine Dicke d mit d ≤ 0,5•w aufweist. - Die Nettodotierung Dp der Feldstopzone
7 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung bei etwa gleicher Breite von Driftzonen und Feldstopzonen mit Ladungskompensationszonen auf Np ≤ 5•1016 cm-3 begrenzt. Sicherer ist es jedoch die Feldstopzone mit einer Nettodotierung von Np ≤ 3•1016 cm-3 vorzusehen. Gegenüber der maximalen Nettodotierung Ns der Säulen der Driftzonen sollte die Nettodotierung Np zwischen 1,02•Ns ≤ Np ≤ 2•Ns aufweisen. Auch hier ist es vorteilhaft diesen Bereich so eng wie möglich zu gestalten, so dass die Nettodotierung Dp gegenüber der Driftzonendotierung Ds der Säulen in dem Halbleiterbauelement3 zwischen 1,05•Ns ≤ Np ≤ '1,5•Ns liegt. Außerdem sollte die Dotierstoffdosis CD in den Driftzonen5 oder in den Ladungskompensationszonen33 lateral aufintegriert kleiner als die 2-fache Durchbruchsladung CL mit CD > 2CL von Silizium mit33 können homogen unterhalb der Feldstopzonen7 dotiert sein, jedoch ist es von Vorteil, eine variable Dotierstoffkonzentration unterhalb der Feldstopzonen7 vorzusehen. - Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelements
3 mit einem Halbleiterkörper4 und mit einer komplementär zur Driftstrecke5 dotierten Feldstopzone7 , die in dem Halbleiterkörper4 unterhalb einer Bodyzone6 angeordnet ist, weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird eine Epitaxieschicht34 aus Driftzonenmaterial auf einem n+-leitenden Halbleitersubstrat12 aufgewachsen. Anschließend werden Grabenstrukturen für Ladungskompensationszonen33 in die Epitaxieschicht34 eingebracht. - Danach werden die Grabenstrukturen
27 mit einem komplementär zur Driftzone5 dotierten Material für Ladungskompensationszonen33 aufgefüllt. Dabei wird ein oberer Bereich41 freigelassen oder der Bereich zunächst verfüllt und später wieder freigeätzt. Dieser obere Bereich41 der Grabenstruktur27 wird mit einem komplementär zur Driftstrecke5 und etwas höher dotiertem Material als das für Ladungskompensationszonen33 zu Feldstopzonen7 aufgefüllt. Danach kann das Halbleiterbauelement3 fertiggestellt werden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Masken für das Einbringen der Feldstopzonen7 erforderlich sind. Es können vielmehr die Masken, die bereits für Ladungskompensationszonen33 eingesetzt werden, auch für den oberen Bereich41 mit den Feldstopzonen7 verwendet werden. - Ebenso können nur Driftzonendotierung und/oder Ladungskompensationszonendotierung über eine Grabenstruktur, dem sogenannten Trench eingebracht werden. Dieser kann dann mit einer niedrig dotierten Halbleiterschicht oder einem Dielektrikum teilweise verfüllt werden. Die Feldstopschicht kann dann über die Wände des oberen Grabenbereichs eindiffundiert werden oder in diese implantiert werden, indem die Wände des unteren Grabenbereichs maskiert werden. Weiterhin ist es möglich, die Dotierungsdifferenz zwischen Kompensationszonen und Feldstop unmaskiert im gesammten Bauelement in der vorgesehenen Tiefe durch Implantation, Diffusion oder während der Epitaxie einzubringen. Dadurch wird die Driftzone leicht kompensiert und der Durchlasswiderstand Ron etwas erhöht. Beim Multiepitaxieverfahren schließlich ist das Einbringen einfach möglich indem in der vorgesehenen Tiefe bei der Implantation der p-Gebiete eine höhere Dosis für eine Feldstopzone implantiert wird.
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6 zeigt schematische Dotierstoffprofile A und B von Halbleiterbauelementen1 ohne bzw. mit Feldstopzone. Das Dotierstoffprofil B für ein Halbleiterbauelement3 mit Feldstopzone ist entlang der gestrichelten Linie in6 aufgenommen. Die in6 gezeigt Dotierstoffprofile werden vorzugsweise dann eingesetzt, wenn die Driftzone5 zusätzliche Ladungskompensationszonen33 wie in5 oder7 aufweist. Dazu zeigt6 die Dotierungsprofile in einem vertikalen Schnitt in einer p-Säule eines Superjunction DMOS-Transistors. In einem oberflächennahen Bereich ist die Dotierung in der p-Säule um 10 % angehoben und im Bereich der n-Säule um 10 % abgesenkt, wobei die n-Säule eine Diffusionszone 5 darstellt und die p-Säule eine Ladungskompensationszone33 darstellt. Die Länge der Driftstrecke ist um die Dicke der Feldstopschicht angehoben worden. -
6 zeigt auf der Abszisse die Eindringtiefe e in Mikrometern in einem Bereich von 0, welches die Oberfläche17 des Halbleiterkörpers darstellt, bis zu einer Tiefe, in diesem Beispiel von 60 µm. Auf der Ordinate sind im logarithmischen Maßstab die Dotierstoffkonzentration Dp,n pro Kubikzentimeter in cm-3 zwischen 1016 cm-3 und 1018 cm-3 aufgezeichnet. Unmittelbar unter der Oberfläche17 bei e = 0 ist, wie5 zeigt, die mit n+ hochdotierte Sourcezone15 angeordnet, die lediglich eine Eindringtiefe im Submikrometerbereich erreicht. - Bis zu etwa 2 µm Eindringtiefe reicht die Bodyzone
6 mit einer Dotierung im Bereich von 1017 cm-3. Daran schließt sich in einem Bauelement ohne Feldstopzone, wie es die gestrichelte Kurve A darstellt, eine schwachdotierte n--leitende Driftzone5 an, die aus einem epitaktischen Material besteht, das mit 2 × 1016 cm-3 in diesem Ausführungsbeispiel dotiert ist und bis zu einer Eindringtiefe bis zu 48 µm reicht. Mit dieser Eindringtiefe von 48 µm ist auch gleichzeitig eine Grenze der Spannungsfestigkeit gegeben, die bei etwas mehr als 700 Volt liegt. An dieses n--leitende Driftzonenmaterial schließt sich ein hochdotiertes n+-leitendes Substratmaterial12 an, so dass das Störstellenprofil A den hier gezeigten Dotierstoffbereich weit überschreitet. - Gegenüber einem derartigen Dotierstoffprofil eines konventionellen DMOS-Transistors weist der vorliegende Superjunction DMOS-Transistor, wie
5 zeigt, eine oberflächennahe Feldstopzone7 aus p--leitendem Material auf, die beispielsweise bei dem in6 dargestellten Dotierstoffprofil B einen p-leitenden Sockel von 2,2 × 1016 aufweist und somit mit der Dotierstoffkonzentration deutlich unter der Konzentration der Bodyzone6 und geringfügig über der Grunddotierung der Epitaxie für die Driftstrecke5 liegt. Entsprechend ist die darunter angeordnete Driftzone5 gegenüber dem konventionellen DMOS-Transistor versetzt, so dass im Prinzip die gleiche Sperrspannungsfestigkeit für das mit einer Feldstopzone7 ausgestattete Halbleiterbauelement erreicht wird. Die Auswirkungen jedoch auf den noch tolerierbaren Rückstrom bzw. Sperrstrom bei Überschreitung dieser Geometrie der Driftzone5 vorgegebenen Sperrspannung sind, wie die2 und3 zeigen, gravierend. Dabei kann die Durchbruchspannung um mehr als 50 V steigen. Zur Herstellung kann dazu eine homogene Schicht mit entsprechend eingestellter homogener Dotierung epitaktisch abgeschieden werden oder eine über den Wafer homogene p-Dotierung in der Höhe von ca. 10 % der p-Säule von oben her eindiffundiert werden. In dem in6 gezeigten Beispiel des Dotierstoffprofils B ist die Dotierung über die Tiefe konstant gewählt. - Vorteilhafter ist es evtl. eine leicht abnehmende Dotierung in den Säulen nach unten vorzusehen. Dann können beispielsweise Trenches geätzt werden, aus denen p- und n-Säulen und/oder die Feldstopzonen aus der Oberfläche ausdiffundiert werden. Die Grabenstrukturen der Ladungskompensationszonen
33 können mit einkristallinem Silizium oder auch Oxid verfüllt werden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die homogene p-Dotierung durch eine Anhebung der Dotierung nur im Bereich der p-Säule durchgeführt wird, weil dadurch der Ron × A weniger erhöht wird als bei einer gleichmäßigen homogenen p-Dotierung. -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement40 mit epitaktisch hergestellter Ladungskompensationszonenstruktur. Auch dieses Halbleiterbauelement40 ist ein „Superjunction DMOS-Transistor“, jedoch unterscheidet es sich dadurch, dass die Ladungskompensationszonen33 und die Driftzonen5 aus säulenförmigen und streifenförmigen Bereichen von aufeinander aufgewachsenen Epitaxieschichten34 bis38 gebildet sind. Dabei sind Bereiche der vorletzten Epitaxieschicht38 als Feldstopzonen7 dotiert, wobei etwa 20 % mehr Dotierstoff in dieser vorletzten Epitaxieschicht in den Bereichen der Ladungskompensationszonen33 eingebracht werden als für die übrigen Dotierstoffzonen in den Epitaxieschichten34 ,35 ,36 und37 . - Die Body- (Basis-)zonen werden wegen der höheren Genauigkeit gewöhnlich über die Oberfläche implantiert und anschließend diffundiert. Die p-leitende Dotierung der Bodyzone ist höher als die Dotierung in den Ladungskompensationszonen
33 und auch höher als in den Feldstopzonen7 . In diese Basiszonen6 sind Trenchgatestrukturen25 eingebracht, so dass beim Anlegen einer Steuerspannung an den GateanschlussG vertikale Kanäle20 die hochdotierten Sourcebereiche15 mit den schwach dotierten Driftzonen5 beim Durchschalten des Halbleiterbauelements40 verbinden. Andererseits ist es auch möglich, planare Gates auf der Halbleiteroberfläche vorzusehen. - Ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbleiterbauelements
40 mit einem Halbleiterkörper4 und mit einer komplementär zu einer Driftzone5 dotierten Feldstopzone7 , die in dem Halbleiterkörper4 unterhalb einer Bodyzone6 angeordnet ist, weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst werden nacheinander Epitaxieschichten34 bis37 aus Driftzonenmaterial13 auf einem Halbleitersubstrat12 aufgewachsen. Dabei werden säulenförmigen oder streifenförmigen Dotierstoffzonen für Ladungskompensationszonen33 und Driftzonen5 in jede der Epitaxieschichten34 bis37 eingebracht. - Anschließend erfolgt ein Aufwachsen und Dotieren einer vorletzten Epitaxieschicht
38 im Bereich der Ladungskompensationszonen33 zu Feldstopzonen7 mit höherer Dotierstoffkonzentration als die Ladungskompensationszonen33 sowie die Driftzonen5 . Schließlich wird eine letzte Epitaxieschicht39 aus Bodyzonenmaterial auf den bereits aufgewachsenen Epitaxieschichten34 bis38 aufgewachsen und in diese letzte Epitaxieschicht eine Trenchgatestruktur25 eingebracht. Die Feldstopzone kann auch in die letzte Epitaxieschicht eingebracht werden. Dann wird sie gemeinsam mit den Ladungskompensationszonen tief eindiffundiert, bevor das flache Bodygebiet eingebracht und eindiffundiert wird. - Schließlich wird das Halbleiterbauelement
40 mit den üblichen weiteren Verfahrensschritten fertig gestellt. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bisher eingesetzte technologische Verfahren mit den entsprechenden Maskensätzen verwendet werden können und lediglich in der vorletzten oder letzten Maske für das Implantieren bzw. das Diffundieren der Ladungskompensationszonen eine erhöhte Dosis für die Feldstopzonen7 einzubringen sind. C - 1
- Halbleiterbauelement (Ausführungsform)
- 2
- Halbleiterbauelement (Ausführungsform)
- 3
- Halbleiterbauelement (Ausführungsform)
- 4
- Halbleiterkörper
- 5
- Driftzone
- 6
- Bodyzone
- 7
- Feldstopzone
- 8
- DMOS-Transistor
- 9
- laterale Gatestruktur
- 10
- Drainelektrode
- 11
- Rückseite
- 12
- Drainanschlussgebiet
- 13
- Driftzonenmaterial
- 14
- Feldstopzonenmaterial
- 15
- Sourcezone
- 16
- Sourceelektrode
- 17
- Oberseite des Halbleiterkörpers
- 18
- Zwischenoxid
- 19
- Gateelektrode
- 20
- Kanalbereich
- 21
- Gateoxid
- 22
- IGBT
- 23
- Zellbereich
- 24
- Abschirmzone
- 25
- Trenchgatestruktur
- 26
- Emitterelektrode
- 27
- Graben bzw. Grabenstruktur
- 28
- Grabenwand
- 29
- Grabenwand
- 30
- Gateoxidschicht auf Grabenwand
- 31
- Gateelektrodenmaterial
- 32
- Superjunction-Bauelement
- 33
- Ladungskompensationszone
- 34
- Epitaxieschicht
- 35
- Epitaxieschicht
- 36
- Epitaxieschicht
- 37
- Epitaxieschicht
- 38
- vorletzte Epitaxieschicht
- 39
- letzte Epitaxieschicht
- 40
- Halbleiterbauelement (Ausführungsform)
- 41
- oberer Bereich einer Grabenstruktur
- 42
- strichpunktierte Linie
- 43
- Kollektorelektrode
- 44
- Emitterzone
- D
- Drainanschluss
- G
- Gateanschluss
- S
- Sourceanschluss
- E
- Emitteranschluss
- RE
- Rückseitenemitter
- K
- Kollektoranschluss
- w
- Schrittweite bzw. „pitch“
Claims (11)
- IGBT, der aufweist: - einen Halbleiterkörper (4); - eine Driftzone eines ersten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4); - eine Bodyzone (6) eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4) ; - eine Feldstopzone (7) des zweiten Leitungstyps in dem Halbleiterkörper (4); - eine Emitterzone (44) des ersten Leitungstyps in der Bodyzone (6), die an eine Emitterelektrode (26) angeschlossen ist; - einen Zellbereich mit einer Trenchgatestruktur (25), die an die Bodyzone (6) und die Emitterzone (44) angrenzt; - eine zu dem Zellbereich benachbarte, oberflächennahe Abschirmzone (24) des zweiten Leitungstyps, die zu der Emitterzone (44) beabstandet ist, wobei die Feldstopzone (7) - schwächer dotiert ist als die Bodyzone (6), so dass mindestens bei Überschreiten einer Sperrstromdichte die Feldstopzone (7) Spannung aufnimmt, - unterhalb der Abschirmzone (24) angeordnet und schwächer als die Abschirmzone (24) dotiert ist, und wobei die Abschirmzone (24) frei von einer an die Trenchgatestruktur (25) angrenzenden und an die Emitterelektrode (26) angeschlossenen Emitterzone ist.
- IGBT nach
Anspruch 1 , der weiterhin aufweist: einen metallischen Ruckseitenemitter (RE) in einem unteren Bereich des Halbleiterkörpers (4), wobei der Rückseitenemitter durch ein hochdotiertes Halbleitersubstrat des Halbleiterkörpers (4) gebildet ist. - IGBT nach
Anspruch 1 , wobei die Trenchgatestruktur (25) in einem Graben angeordnet ist und auf Grabenwänden eine Gateoxidschicht (30) in einem Bereich zwischen der Emitterzone (44) und der Driftzone (13) senkrecht entlang der Bodyzone (6) aufweist. - IGBT nach
Anspruch 3 , wobei der Graben mit Gateelektrodenmaterial (31) aufgefüllt ist. - IGBT nach
Anspruch 3 , wobei die Abschirmzone (24) bis in die Tiefe des Grabens reicht. - IGBT nach
Anspruch 3 , wobei die Abschirmzone (24) wenigstens bis in die Tiefe der Bodyzone (6) reicht. - IGBT nach
Anspruch 1 , wobei die Bodyzone (6) nicht in Kontakt mit der Feldstopzone (7) ist. - IGBT nach
Anspruch 1 , das weiterhin aufweist: eine Metallisierung, die eine Kollektorelektrode (43) bildet, auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers (4). - IGBT nach
Anspruch 1 , wobei eine Nettodosis einer Dotierung der Feldstopzone (7) zwischen 4·1012 cm-2 und 2·1013 cm-2 oder zwischen 8·1012 cm-2 und 1·1013 cm-2 beträgt. - IGBT nach
Anspruch 1 , wobei eine Dotierungskonzentration der Abschirmzone (24) gleich einer Dotierungskonzentration der Bodyzone (6) oder höher als eine Dotierungskonzentration der Bodyzone (6) ist. - IGBT nach
Anspruch 1 , wobei die Feldstopzone (7) an die Trenchgatestruktur (25) angrenzt.
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