DE102010030179B4 - Halbleiterbauelement mit einer amorphen Kanalsteuerschicht - Google Patents

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    • H01L29/4925—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET the conductor material next to the insulator being a silicon layer, e.g. polysilicon doped with boron, phosphorus or nitrogen with a multiple layer structure, e.g. several silicon layers with different crystal structure or grain arrangement

Abstract

Halbleiterbauelement, das aufweist: eine Driftzone (30), die zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlusszone (11, 12) angeordnet ist und die n-dotiert oder p-dotiert ist, wobei die erste und zweite Anschlusszone vom selben Leitungstyp sind; eine erste Kanalsteuerschicht (21) aus einem amorphen oder nanokristallinen semiisolierenden Material, die benachbart zu der Driftzone (30) angeordnet ist, wobei eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und eine Dotierungskonzentration der Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone (30) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet, indem für eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) qΦa ≤ Eg + qχ – qψs(inv) – (EF – EV) gilt, wenn die Driftzone (30) p-dotiert ist, und qΦa ≥ qχ – qψs(inv) + (EC – EF) gilt, wenn die Driftzone (30) n-dotiert ist, oder wobei die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und die Dotierungskonzentration der Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone (30) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet, indem für die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) qΦa < qχ + (EC – EF), gilt, wenn die Driftzone (30) n-dotiert ist, und qΦa > Eg + qχ – (EF – EV) gilt, wenn die Driftzone (30) p-dotiert ist, wobei qΦa die Austrittsarbeit, Eg der Bandabstand des Halbleitermaterials, ψs das Kontaktpotenzial, ab dem eine starke Inversion einsetzt, EF das Ferminiveau, EC das Energieniveau des Leistungsbandes, EV das Energieniveau der Valenzbandkante, χ die Elektronaffinität und q die Elementarladung ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einer Driftzone.
  • Leistungshalbleiterbauelemente, wie z.B. Leistungs-MOSFET, Leistungs-IGBT oder Leistungsdioden, weisen eine – üblicherweise niedrig dotierte – Driftzone auf, die zwischen zwei Anschlusszonen angeordnet ist und in der sich bei sperrendem Bauelement eine Raumladungszone ausbreitet. Die Eigenschaften dieser Driftzone bestimmen maßgeblich den Einschaltwiderstand des Bauelements und auch dessen Spannungsfestigkeit. Ein Ziel bei der Entwicklung von Leistungshalbleiterbauelementen besteht darin, den spezifischen Einschaltwiderstand RDSon·A zu reduzieren, also bei einer gegebenen Chipfläche möglichst hochsperrende Bauelemente herzustellen, die dennoch einen niedrigen Einschaltwiderstand haben.
  • Eine Möglichkeit, den Einschaltwiderstand eines Leistungshalbleiterbauelements bei einer gegebenen Sperrfähigkeit zu reduzieren, ist die Verwendung des Kompensationsprinzips. Hierbei werden in der Driftzone komplementär zu der Driftzone dotierte Kompensationszonen vorgesehen.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Reduzierung des Einschaltwiderstandes eines Halbleiterbauelements besteht im Vorsehen einer gegenüber der Driftzone dielektrisch isolierten Feldelektrode.
  • Bekannt ist außerdem ein lateraler Leistungs-MOSFET, der mehrere in einer Driftzone des Bauelements angeordnete Hilfselektroden aufweist, die durch ein Dielektrikum gegenüber der Driftzone isoliert sind. Diese Hilfselektroden bestehen aus einem halbisolierenden Polysilizium (SIPOS) oder einem Widerstandsmaterial und sind zwischen einen Source- und einen Drainanschluss des Bauelements geschaltet. Die Hilfselektroden bewirken die Ausbildung einer Verarmungszone (depletion layer) in der Driftzone bei sperrend angesteuertem Bauelement.
  • Die US 6 462 377 B2 beschreibt einen vertikalen MOSFET, der eine Widerstandsschicht aufweist, die benachbart zu einer Driftzone angeordnet ist und die durch eine Dielektrikumsschicht von der Driftzone getrennt ist. Die Widerstandsschicht ist zwischen Source und Drain des MOSFET geschaltet.
  • Die US 2005/ 0 269 660 A1 beschreibt einen lateralen Transistor mit einer oberhalb einer Driftzone angeordneten Passivierungsschicht, die beispielsweise Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Polyimid, Siliziumkarbid, Diamant oder ein hochdielektrisches Material umfasst.
  • Die US 4 800 415 A beschreibt ein bipolares Halbleiterbauelement mit einem n-dotierten Kollektorgebiet, einem in dem Kollektorgebiet angeordneten p-dotierten Sourcegebiet und einer auf dem Kollektorgebiet angeordneten semiisolierenden Schicht, die das Kollektorgebiet von einer Emitterelektrode trennt.
  • Die US 4 270 137 A beschreibt einen lateralen MOSFET mit einer Widerstandsschicht, die zwischen Gate und Drain des MOSFET geschaltet ist und die durch eine Dielektrikumsschicht von einer Driftzone des MOSFET getrennt ist.
  • Die DE 102 45 049 A1 beschreibt einen vertikalen MOSFET nach dem Kompensationsprinzip, der p-dotierte Gebiete aufweist, die in einer Driftzone angeordnet sind.
  • Bei einem neueren Konzept zur Reduzierung des Einschaltwiderstandes eines Leistungshalbleiterbauelements ist eine sogenannte Driftsteuerzone vorgesehen, die aus einem Halbleitermaterial besteht, die sich in einer Stromflussrichtung entlang der Driftzone erstreckt und die dielektrisch gegenüber der Driftzone isoliert ist. Die Driftsteuerzone ist dabei elektrisch so verschaltet dass sie bei leitendem Bauelement einen Akkumulations- oder Inversionskanal in der Driftzone steuert und dass sich bei sperrendem Bauelement in der Driftsteuerzone ebenso wie in der Driftzone eine Raumladungszone ausbildet.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement mit einer Driftzone zur Verfügung zu stellen, das einen geringen Einschaltwiderstand bei einer hohen Spannungsfestigkeit besitzt.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 oder 24 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • Beispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, so dass lediglich die zum Verständnis des Grundprinzips notwendigen Merkmale in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale mit gleicher Bedeutung.
  • 1 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein Bauelement mit einer Driftzone und einer benachbart zu der Driftzone angeordneten Kanalsteuerschicht aus einem amorphen semiisolierenden Material.
  • 2 veranschaulicht anhand eines Bänderschemas die Funktionsweise einer amorphen semiisolierenden Kanalsteuerschicht auf einem Halbleitermaterial eines ersten Leitungstyps.
  • 3 veranschaulicht anhand eines Bänderschemas die Funktionsweise einer amorphen semiisolierenden Kanalsteuerschicht auf einem Halbleitermaterial eines zweiten Leitungstyps.
  • 4 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein Bauelement mit einer Driftzone und einer benachbart zu der Driftzone angeordneten Kanalsteuerschicht aus einem amorphen semiisolierenden Material, wobei eine Dielektrikumsschicht zwischen der Kanalsteuerschicht und der Driftzone angeordnet ist.
  • 5 veranschaulicht das Bänderschema für ein Bauelement gemäß 4.
  • 6 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein Bauelement mit einer Driftzone, die zwei komplementär dotierte Driftzonenabschnitte aufweist.
  • 7 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein erstes Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer planaren Steuerstruktur.
  • 8 veranschaulicht ein Beispiel eines Bauelements gemäß 7 anhand eines horizontalen Querschnitts durch den Halbleiterkörper.
  • 9 bis 12 veranschaulichen weitere Beispiele lateraler Transistorbauelemente mit einer planaren Steuerstruktur.
  • 13 veranschaulicht ein erstes Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer in einem Graben angeordneten Driftzone.
  • 14 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer in einem Graben angeordneten Driftzone.
  • 15 veranschaulicht ein erstes Beispiel einer lateralen Diode.
  • 16 veranschaulicht ein zweites Beispiel einer lateralen Diode.
  • 17 bis 22 veranschaulichen anhand von Querschnitten durch einen Halbleiterkörper Beispiele für vertikale Transistorbauelemente.
  • 23 veranschaulicht schematisch anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper in einer horizontalen Schnittebene ein Transistorbauelement mit einer hexagonalen Transistorzellengeometrie.
  • 24 veranschaulicht schematisch anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper in einer horizontalen Schnittebene ein Transistorbauelement mit einer rechteckförmigen Transistorzellengeometrie.
  • 25 veranschaulicht schematisch anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper in einer horizontalen Schnittebene ein Transistorbauelement mit einer streifenförmigen Transistorzellengeometrie.
  • 26 bis 28 veranschaulichen anhand von Querschnitten durch einen Halbleiterkörper Beispiele für vertikale Transistorbauelemente.
  • 29 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein erstes Beispiel eines Transistorbauelements, das eine planare Steuerstruktur mit einer amorphen semiisolierenden Schicht aufweist.
  • 30 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein zweites Beispiel eines Transistorbauelements, das eine planare Steuerstruktur mit einer amorphen semiisolierenden Schicht aufweist.
  • 31 veranschaulicht ein erstes Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer in einem Graben angeordneten Steuerstruktur, die eine amorphe semiisolierenden Schicht aufweist.
  • 32 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer in einem Graben angeordneten Steuerstruktur, die eine amorphe semiisolierenden Schicht aufweist.
  • 33 bis 36 veranschaulichen Beispiele für vertikale Transistorbauelemente, die eine Steuerstruktur mit einer amorphen semiisolierenden Schicht aufweisen.
  • 37 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements gemäß 36.
  • 38 veranschaulicht ein erstes Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer ersten und einer zweiten semiisolierenden Kanalsteuerschicht.
  • 39 veranschaulicht die Funktionsweise der ersten und der zweiten Kanalsteuerschicht anhand eines ersten Parameters.
  • 40 veranschaulicht die Funktionsweise der ersten und der zweiten Kanalsteuerschicht anhand eines zweiten Parameters.
  • 41 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer ersten und einer zweiten semiisolierenden Kanalsteuerschicht.
  • 42 veranschaulicht ein drittes Beispiel eines lateralen Transistorbauelements mit einer ersten und einer zweiten semiisolierenden Kanalsteuerschicht.
  • 43 veranschaulicht ein Beispiel eines vertikalen Transistorbauelements mit einer ersten und einer zweiten semiisolierenden Kanalsteuerschicht.
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft ein Konzept zur Reduzierung des elektrischen Widerstandes einer Driftzone eines Halbleiterbauelements, insbesondere eines Leistungshalbleiterbauelements. Dieses Konzept ist auf eine Vielzahl unterschiedlicher Bauelemente anwendbar, die im weiteren noch erläutert werden. Anhand der 1 bis 6 wird zunächst das Grundkonzept erläutert.
  • Zur Erläuterung dieses Grundkonzepts wird bezugnehmend auf 1 ein Halbleiterbauelement betrachtet, das eine erste und eine zweite Anschlusszone 11, 12 und eine zwischen der ersten und der zweiten Anschlusszone 11, 12 angeordnete Driftzone 30 aufweist. Die Anschlusszonen 11, 12 sind durch Anschlusskontakte (schematisch dargestellt) kontaktiert, über die eine elektrische Spannung zwischen den Anschlusszonen 11, 12 angelegt werden kann. Die Driftzone 30 besteht aus einem Halbleitermaterial, insbesondere einem monokristallinen Halbleitermaterial.
  • Benachbart zu der Driftzone 30 weist das Bauelement eine Kanalsteuerschicht aus einem amorphen semiisolierenden Material auf, die in dem dargestellten Beispiel die Driftzone 30 unmittelbar kontaktiert. Die Austrittsarbeit des für die Kanalsteuerzone 21 verwendeten amorphen Materials ist dabei so auf den Dotierungstyp und die Dotierungskonzentration der Driftzone 30 abgestimmt, dass sich in der Driftzone 30 entlang der Grenzfläche zwischen der Driftzone 30 und der Kanalsteuerzone 21 ein Inversionskanal oder ein Akkumulationskanal ausbildet.
  • Semiisolierende amorphe Materialien sind grundsätzlich bekannt. Beispiele für solche Materialien sind amorphes Silizium (aSi) das undotiert oder mit Wasserstoff dotiert sein kann (aSi:H), amorphes Siliziumkarbid (aSi1-xCx) das undotiert oder mit Wasserstoff dotiert sein kann (aSi1-xCx:H), diamantartiger Kohlenstoff (Diamond Like Carbon, DLC), der undotiert oder mit Wasserstoff, Silizium oder Stickstoff dotiert sein kann, oder semiisolierendes Polysilizium (SIPOS). Weitere Beispiele für amorphe semiisolierende Schichten sind metalldotierte Kohlenstoffschichten, die zusätzlich Wasserstoff enthalten können. Weitere geeignete Dotierstoffe für amorphe semiisolierende Schichten sind beispielsweise Fluor (F), Sauerstoff (O), Bor (B), etc.
  • Schichten aus solchen semiisolierenden amorphen Materialien lassen sich beispielsweise durch Aufdampfen oder durch Abscheidung aus der Gasphase (Chemical Vapor Deposition, CVD) herstellen. Reine DLC-Schichten, mit Silizium dotierte DLC-Schichten oder amorphe SiC-Schichten lassen sich beispielsweise durch eine plasmagestützte CVD-Abscheidung aus Precursorgasen, wie z.B. Silan oder Methan, abscheiden. Eine mit Silizium dotierte DLC-Schicht umfasst wie eine amorphe Si1-xCx-Schicht Kohlenstoff und Silizium als chemische Elemente, wobei eine DLC-Schicht sich durch eine diamantartige Grundstruktur auszeichnet, die durch geeignete Wahl der Abscheidebedingungen erreicht werden kann.
  • Über die Gasflüsse der Precursoren lässt sich beispielsweise in einer DLC-Schicht die Siliziumdotierung oder in einer amorphen Si1-xCx-Schicht das Mischungsverhältnis x zwischen Silizium (Si) und Kohlenstoff (C) einstellen.
  • Um eine gute elektrische Anbindung der Kanalsteuerschicht 21 an die Driftzone 30 zu erhalten, kann die Kontaktfläche, das ist die Fläche der Driftzone 30, auf die amorphe Schicht aufgebracht wird, vorher gereinigt werden. Hierzu eignet sich beispielsweise eine Plasmaätzung, z.B. unter Verwendung von Fluorionen, oder ein Absputtern der Fläche mit Edelgasionen.
  • Die Austrittsarbeit einer amorphen semiisolierenden Schicht lässt sich bekanntlich durch die Wahl der Abscheidebedingungen, wie z.B. Arbeitsdruck, HF-Leistung bei der Abscheidung, Gasflussmenge, Zusammensetzung, sowie das sich aus der Kammergeometrie ergebende Plasmapotenzial (Self-Bias) bei der Herstellung und durch deren Dotierung einstellen. Diese Austrittsarbeit bestimmt – wie nachfolgend erläutert wird – maßgeblich die Eignung der Kanalsteuerschicht 21, einen Inversions- oder Akkumulationskanal in der Driftzone 30 entlang der Kanalsteuerschicht 21 hervorzurufen.
  • Anstelle einer amorphen Schicht kann als Kanalsteuerschicht 21 bei dem Bauelement gemäß 1 und auch bei allen übrigen nachfolgend noch erläuterten Bauelementen auch eine nanokristalline Schicht wie zum Beispiel eine Schicht aus dotiertem oder undotiertem nanokristallinen Silizium (NCSi), aus dotiertem oder undotiertem nanokristallinen Siliziumkarbid (NCSiC) oder aus nanokristallinem Diamant (NCD) vorgesehen sein. Nanokristallines Material unterscheidet sich von amorphem Material dadurch, dass in nanokristallinem Material noch Kristallstrukturen mit einer Korngröße von bis zu 15nm vorhanden sind.
  • Es sei zunächst der Fall betrachtet, dass sich ein durch die Kanalsteuerschicht 21 induzierter Inversionskanal in einer entweder p-dotierten oder n-dotierten Driftzone 30 ausbilden soll. In einer p-dotierten Driftzone 30 ist der Inversionskanal ein Elektronenkanal (n-Kanal) und in einer n-dotierten Driftzone 30 ist der Inversionskanal ein Löcherkanal (p-Kanal). Zur Ausbildung eines Inversionskanals in einer p-dotierten Driftzone 30 muss ein Oberflächenpotenzial bzw. Kontaktpotenzial vorhanden sein, für das mindestens gilt:
    Figure DE102010030179B4_0002
    (vgl. Sze: "Semiconductor Devices", 2nd edition, John Wiley and Sons, 2002, Seite 175). Hierbei bezeichnet k die Boltzmann-Konstante, T die absolute Temperatur, q die Elementarladung, NA die Akzeptorkonzentration (p-Dotierung) und ni die intrinsische Konzentration. Entsprechend muss in einer n-dotierten Driftzone zur Ausbildung eines Inversionskanals ein Oberflächenpotenzial vorhanden sein, für das mindestens gilt:
    Figure DE102010030179B4_0003
    ND bezeichnet hierbei die Donatorkonzentration in der Driftzone.
  • Die sogenannte Barrierenhöhe (barrier height) qΦBp eines p-dotierten Halbleitermaterials ist die Summe aus dem Kontaktpotenzial und dem Abstand EF – EV zwischen dem Ferminiveau EF und dem Energieniveau EV des Valenzbandes, so dass gilt: qΦBp = qψs + EF – EV (2a).
  • Entsprechend ist bei einem n-dotierten Halbleitermaterial die Barrierenhöhe qΦBn die Summe aus dem Kontaktpotenzial qψs und dem Abstand EC – EF zwischen dem Energieniveau EC des Leitungsbands und dem Ferminiveau EF, so dass gilt: qΦBn = qψs + EC – EF (2b) ψs bezeichnet in den Gleichungen (2a) und (2b) allgemein das Oberflächenpotenzial. Diese Gleichungen gelten unabhängig für alle Oberflächenpotenziale. Die Barrierenhöhe für den Einsatz der starken Inversion erhält man, wenn man ψs in den Gleichungen (2a) und (2b) gleich den Oberflächenpotenzialen ψs(inv) gemäß der Gleichungen (1a) und (1b) setzt.
  • Der Abstand EF – EV zwischen dem Ferminiveau und dem Energieniveau des Valenzbands bzw. der Valenzbandkante in einem p-dotierten Halbleitermaterial und der Abstand EC – EF zwischen dem Energieniveau des Leitungsband und dem Ferminiveau in einem n-dotierten Halbleitermaterial ist jeweils abhängig von der Akzeptorkonzentration NA bzw. der Donatorkonzentration ND. Für diese Abstände gilt
    Figure DE102010030179B4_0004
    (vgl. Sze, a.a.O, Seite 39) Hierbei bezeichnen NC die effektive (äquivalente) Zustandsdichte im Leitungsband und NV die effektive (äquivalente) Zustandsdichte im Valenzband. Diese Zustandsdichten sind Materialkonstanten und sind abhängig von der Art des Halbleitermaterials. Für Silizium gilt: NV = 2,66·1019 cm–3 und NC = 2,86·1019 cm–3 (vgl. Sze, a.a.O., Seite 538).
  • Durch Hochfrequenzmessungen der Sperrschichtkapazität eines Systems mit einer amorphen semiisolierenden Schicht und einer kristallinen Halbleiterschicht lässt sich zeigen, dass sich der amorph-kristalline Heteroübergang zwischen der amorphen semiisolierenden Schicht und der daran angrenzenden Halbleiterschicht, wie ein Schottkyübergang verhält. Für die Barrierenhöhe eines solchen Schottkyübergangs auf ein p-dotiertes Halbleitermaterial gilt: qΦBp = Eg – q(Φm – χ) (4a)
  • Für die Barrierenhöhe eines solchen Schottkyübergangs auf ein n-dotiertes Halbleitermaterial gilt entsprechend: qΦBn = q(Φm – χ) (4b) (vgl. Sze, a.a.O., Seite 226). Dabei bezeichnet Eg den Bandabstand des verwendeten Halbleitermaterials, χ die Elektronenaffinität und qΦm die Austrittsarbeit des verwendeten Schottkymetalls. Der Bandabstand Eg und die Elektronenaffinität χ sind Materialkonstanten. Für Silizium als Halbleitermaterial gilt beispielsweise Eg = 1,12 eV und qχ = 4,05 eV, für Galliumarsenid (GaAs) gilt Eg = 1,42 eV und qχ = 4,07 eV, und für Siliziumkarbid (SiC) des 6H-Polytyps gilt Eg = 3,05 eV und qχ = 3,77eV.
  • Wendet man die Gleichungen (4a) und (4b) auf einen amorph-kristallinen Heteroübergang an, bei dem anstelle eines Schottkymetalls ein amorphes Material mit einer Austrittsarbeit qΦa die Driftzone 30 kontaktiert, so gilt für die Barrierenhöhen entsprechend: qΦBp = Eg – q(Φa – χ) (5a) qΦBn = q(Φa – χ) (5b)
  • Anhand der Gleichungen (2a) und (2b), die in Verbindung mit den Gleichungen (1a) und (1b) eine für das Einsetzen einer Inversion erforderliche Barrierenhöhe definiert, und anhand der Gleichungen (5a) und (5b) erhält man als Bedingung für die Austrittsarbeit qΦa der amorphen semiisolierenden Kanalsteuerschicht, die vorhanden sein muss, dass sich eine Inversionsschicht ausbildet: qΦa ≤ Eg + qχ – qΨs(inv) – (EF – EV) (6a) qΦa ≥ qχ – qΨs(inv) + (EC – EF) (6b).
  • Gleichung (6a) gilt für eine p-dotierte Driftzone, bezeichnet also die notwendige Austrittsarbeit des amorphen Materials des Kanalsteuerschicht 21 für die Ausbildung eines n-Kanals in einer p-dotierten Driftzone, und Gleichung (6b) gilt für eine n-dotierte Driftzone 30, bezeichnet also die notwendige Austrittsarbeit des amorphen Materials des Kanalsteuerschicht 21 für die Ausbildung eines p-Kanals in einer n-dotierten Driftzone.
  • Bei einem weiteren Beispiel ist vorgesehen, dass sich induziert durch die amorphe semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 ein Akkumulationskanal in der Driftzone 30 ausbildet. Dieser Akkumulationskanal ist ein Elektronenkanal (n-Kanal) bei einer n-dotierten Driftzone 30 und ein Löcherkanal (p-Kanal) bei einer p-dotierten Driftzone 30. Um einen solchen Akkumulationskanal auszubilden, gilt für die Austrittsarbeit qΦa bei einer n-dotierten Driftzone: qΦa < qχ + (EC – EF) (7a) und bei einer p-dotierten Driftzone: qΦa > Eg + qχ – (EF – EV) (7b).
  • Die in den Gleichungen (6a) und (6b) angegebenen Oberflächenpotenziale und Energieabstände und die in den Gleichungen (7a) und (7b) angegebenen Energieabstände sind bezugnehmend auf die Gleichungen (1a) und (1b) sowie (3a) und (3b) temperaturabhängig. Die Austrittsarbeit qΦa ist dabei so gewählt, dass die Bedingungen gemäß der Gleichungen (6a), (6b), (7a) oder (7b) zumindest für den Temperaturbereich gelten, für den das Bauelement spezifiziert ist. Dieser Temperaturbereich liegt beispielsweise zwischen 225K und 425K.
  • Als Beispiel sei p-dotiertes Silizium als Material für die Driftzone betrachtet, das eine Akzeptorkonzentration NA von 1·1017 cm–3 aufweist. Die nachfolgenden Werte gelten jeweils für Raumtemperatur (ca. 300K). Das für eine Inversion notwendige Kontaktpotenzial beträgt in diesem Fall gemäß Gleichung (1a) ψs(inv) = 0,82V. Der Abstand zwischen dem Leitungsband und Valenzband beträgt in diesem Fall EF – EV = 0,12eV, woraus gemäß Gleichung (2a) eine mindestens zu erreichende Barrierenhöhe von 0,94eV resultiert. Für eine höhere Dotierungskonzentration NA von ca. 1018 cm–3 wird ein höheres Kontaktpotenzial ψs = 0,93V für den Einsatz einer starken Inversion benötigt. Der Abstand EF – EV verringert sich hingegen auf etwa 0,07eV, woraus insgesamt eine Barrierenhöhe von etwa 1,0 eV resultiert.
  • Die gemäß Gleichung (5a) mittels der Austrittsarbeit einzustellende Barrierenhöhe muss für das erste Beispiel also mindestens 0,94eV und für das zweite Beispiel mindestens 1,0eV betragen. Dies wird erreicht, wenn für die Austrittsarbeit qΦa ≤ 4,23eV bzw. qΦa ≤ 4,17eV gilt.
  • Eine als amorphe semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 geeignete Schicht ist beispielsweise eine amorphe DLC-Schicht die durch HF-Abscheidung bei einer Frequenz von etwa 13,56 MHz in einem kapazitiv gekoppelten Parallelplattenreaktor abgeschieden wird. Als erstes Precursorgas für den Kohlenstoff der DLC-Schicht wird beispielsweise Methan oder ein anderer gasförmiger Kohlenwasserstoff verwendet. Eine Silizium-Dotierung der DLC-Schicht findet durch Zugabe von Silan als zweitem Precursorgas statt. Die Eigenschaften der DLC-Schicht, insbesondere deren Austrittsarbeit werden durch die HF-Leistung, den Arbeitsdruck in der Prozesskammer, die Gasflüsse der Precursoren und durch die Kammergeometrie bestimmt. Letztere bestimmt die sogenannte Self-Bias, die sich im Plasma aufbaut und die für eine Beschleunigung der positiv geladenen Ionenrümpfe zu der Halbleiterschicht, auf der die amorphe Schicht abgeschieden werden soll, sorgt.
  • Eine DLC-Schicht mit einer Austrittsarbeit von beispielsweise 4,17 eV, d.h. mit einer Barrierenhöhe von 1,0eV auf einer p-dotierten Schicht, kann beispielsweise bei einem Arbeitsdruck von etwa 100mT in der Prozesskammer, einem Gasflussverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Precursorgas von etwa 3 und einer HF-Leistung von etwa 200W abgeschieden werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung einer DLC-Schicht als amorphe semiisolierende Schicht lediglich als Beispiel zu verstehen ist und dass beliebige andere amorphe semiisolierende Schichten verwendet werden können, bei denen mittels geeigneter Wahl der Abscheidebedingungen die Austrittsarbeit so eingestellt ist, dass sie – je nach Dotierung der Driftzone 30 – einer der Bedingungen (6a), (6b), (7a) oder (7b) genügt.
  • Empirisch lässt sich sagen, dass sich ein Inversionskanal dann ausbildet, wenn die über die Austrittsarbeit qΦa gemäß Gleichung (3b) eingestellte Barrierenhöhe mindestens 65% und insbesondere mindestens 70% des Bandabstandes Eg des verwendeten Halbleitermaterials beträgt. Dies gilt für beliebige Halbleitermaterialien und gilt sowohl für die Ausbildung eines Inversionskanals in einer p-dotierte Driftzone 30 (wie zuvor erläutert) als auch für die Ausbildung eines Inversionskanals in einer n-dotierten Driftzone. Die zuvor genannten Barrierenhöhen von 0,94eV und 1,0eV für ein p-dotiertes Silizium betragen beispielsweise 84% und 89% des Bandabstands von 1,12 eV.
  • Die Bedingungen für die Ausbildung einer Inversionsschicht in einer p-dotierten Driftzone 30 gesteuert durch die Kanalsteuerzone werden nachfolgend anhand eines in den 2A und 2B dargestellten Bänderschemas erläutert. 2A zeigt links das Bänderschema für die amorphe Kanalsteuerschicht "A" und rechts für das Halbleitermaterial "S". EVAC bezeichnet hierbei das Energieniveau für das Vakuum, Eopt bezeichnet den sogenannten optischen Bandabstand des amorphen Materials und Ei bezeichnet das intrinsische Niveau des Halbleiters. 2B zeigt das Bänderschema für den amorph-kristallinen Heteroübergang.
  • Durch die unterschiedlichen Ferminiveaus des amorphen Materials und des Halbleitermaterials kommt es zu einer Bandverbiegung im Halbleitermaterial. Die Höhe dieser Bandverbiegung entspricht dem Kontaktpotenzial ψs, wobei eine starke Inversion dann einsetzt, wenn – wie dargestellt – die Bandverbiegung an der Halbleiteroberfläche den doppelten Wert des Abstandes zwischen dem Ferminiveau EF und dem intrinsischen Niveau Ei annimmt. Die Barrierenhöhe qΦBp entspricht dem Kontaktpotenzial bzw. der Bandverbiegung plus der Differenz EF – EV zwischen dem Ferminiveau und dem Energieniveau der Valenzbandkante.
  • Das zuvor erläuterte Bänderschema gilt für beliebige Halbleitermaterialien, so z.B. auch für Galliumarsenid (GaAs) mit einem Bandabstand Eg = 1,42 eV und einer Elektronenaffinität qχ = 4,07eV, oder Siliziumkarbid (SiC), insbesondere 6H-SiC mit einem Bandabstand Eg = 3,05 eV und einer Elektronenaffinität qχ = 3,77eV. Es lässt sich zeigen, dass ein amorphes semiisolierendes Material mit einer Austrittsarbeit qΦa von 4,23eV oder weniger auch zur Ausbildung eines Inversionskanals in einer p-dotierten Schicht eines solchen Halbleitermaterials geeignet ist, wobei es aufgrund der höheren Bandabstände bei diesen Materialien zu einer im Vergleich zu Silizium stärkeren Bandverbiegung kommt.
  • Vorstehend wurde die durch die Abscheidebedingungen und/oder die Dotierung einzustellende Austrittsarbeit hergeleitet, die zur Erzeugung eines Inversionskanals (vgl. Gleichungen (6a) und (6b)) in der Driftzone 30 erforderlich sind. Hergeleitet wurde die Austrittsarbeit, die für eine starke Inversion erforderlich ist. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass auch amorphe semiisolierende Kanalsteuerschichten 21 deren Austrittsarbeiten den in den Gleichungen (6a) und (6b) angegebenen Bedingungen nicht genügen, bereits zu einer Reduzierung der Schaltverluste beitragen können, wenngleich in diesem Fall nur eine schwache Inversion auftritt.
  • 3A zeigt das Bänderschema für einen amorph-kristallinen Heteroübergang zwischen einem amorphen Material und einer n-dotierten Driftzone. Das amorphe Material ist so gewählt, dass es bei einer p-dotierten Driftzone 30 zur Ausbildung eines Inversionskanals geeignet wäre, die Barrierenhöhe qΦBp beträgt also mindestens 70% des Bandabstands Eg. Wegen Eg = qΦBp + qΦBn (vgl. Sze, a.a.O., Seite 227) beträgt die Barrierenhöhe für ein n-dotiertes Material in diesem Fall 30% des Bandabstands Eg oder weniger. Dieser geringe Bandabstand bewirkt bezugnehmend auf 3A eine sogenannte Flachbandbedingung oder bei einer niedrigeren n-Dotierung die Ausbildung eines Akkumulationskanals in der Driftzone 30.
  • Die Ausbildung eines durchgängigen Akkumulationskanals bzw. einer durchgängigen Akkumulationsrandschicht kann durch Einfügen einer isolierenden Schicht 22 zwischen der Driftzone 30 und der Kanalsteuerschicht 21 gegebenenfalls begünstigt werden, wenn sich dadurch im eingeschalteten Zustand des Bauelements die Potenzialdifferenz in vertikaler Richtung erhöhen lässt. Da die isolierende Zwischenschicht 22, die beispielsweise eine Dielektrikumsschicht ist, einen Stromfluss über den amorph-kristallinen Heteroübergang unterbindet, stellt sich je nach Kontaktierung der Kanalsteuerschicht 21 entweder ein konstantes Potential oder ein lateral linearer Potentialverlauf über der semiisiolierenden Kanalsteuerschicht 21 ein. Da in diesem Fall immer die Nähe zur Flachbandbedingung vorherrscht, kann die Besetzung in der Randschicht schnell abgeschwächt werden zumal wenn sich die Potentialverläufe an der Halbleiteroberfläche und in der Kanalsteuerschicht 21 ohne eine zusätzliche Barriere im eingeschalteten Zustand angleichen würden. Das Bänderschema für einen amorph-kristallinen Heteroübergang mit einer solchen Isolationsschicht bzw. Dielektrikumsschicht 22 ist in 5 dargestellt.
  • Bei einem Übergang, bei dem die amorphe Kanalsteuerschicht 21 und die Dotierung der Driftzone 30 so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal ausbildet, ist das Vorsehen einer Dielektrikumsschicht zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 nicht zwingend erforderlich, da die hohe Bandverbiegung bereits für eine ausreichende Besetzung des Kanalgebietes sorgt. Eine solche Dielektrikumsschicht kann dennoch vorgesehen werden, schwächt allerdings die Ausbildung des Inversionskanals, da ein Teil des Kontakt- bzw. Oberflächenpotenzials an der Dielektrikumsschicht 22 abfällt.
  • Bezugnehmend auf 6 kann die Driftzone 30 zwei unterschiedlich dotierte Driftzonenabschnitte aufweisen: Einen ersten Driftzonenabschnitt 31, dessen Dotierungstyp und Dotierungskonzentration so auf die Austrittarbeit der amorphen Kanalsteuerschicht 21 abgestimmt ist, dass sich ein Inversionskanal entlang der Grenzfläche zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und diesem ersten Driftzonenabschnitt 31 ausbildet; einen zweiten Driftzonenabschnitt 32, der komplementär zu dem ersten Driftzonenabschnitt 31 dotiert ist und der zumindest abschnittsweise durch den ersten Driftzonenabschnitt 31 von der Kanalsteuerschicht 21 getrennt ist. Der erste Driftzonenabschnitt 31 wird nachfolgend auch als Inversionsabschnitt der Driftzone 30 bezeichnet. Optional ist eine Dielektrikumsschicht 22 zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorhanden. Bei Vorhandensein dieser Dielektrikumsschicht 22 kontaktiert die Dielektrikumsschicht 22 den ersten Driftzonenabschnitt 31; die Kanalsteuerschicht 21 liegt in diesem Fall (in nicht näher dargestellter Weise) an wenigstens einem lateralen Ende auf einem definierten elektrischen Potenzial. Dieses Potenzial kann das Potenzial der Driftzone 30 oder einer der Anschlusszone 11, 12 sein.
  • Die Abmessungen des ersten Driftzonenabschnitts 31 können so auf die Abmessungen der Kanalsteuerschicht 21 bzw. der Dielektrikumsschicht 22 abgestimmt sein, dass die Kanalsteuerschicht 21 bzw. die Dielektrikumsschicht 22 ausschließlich den Inversionsabschnitt 31 der Driftzone 30 kontaktiert. Die Abmessungen des Inversionsabschnitts 31 können jedoch auch kleiner sein als die Abmessungen der Kanalsteuerschicht 21 bzw. der Dielektrikumsschicht 22. In diesem Fall kontaktiert die Kanalsteuerschicht 21 bzw. die Dielektrikumsschicht 22 auch den zweiten Driftzonenabschnitt 32 abschnittsweise.
  • Das zuvor erläuterte Konzept zur Steuerung eines Inversionskanals oder eines Akkumulationskanals in einer Driftzone 30 eines Halbleiterbauelements ist auf alle Halbleiterbauelemente anwendbar, die eine Driftzone aufweisen. Beispiele für solche Halbleiterbauelemente sind nachfolgend erläutert.
  • 7 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper 100 ein Beispiel eines als MOSFET, insbesondere als Leistungs-MOSFET, ausgebildeten Halbleiterbauelements. Die ersten und zweiten Anschlusszonen 11, 12 bilden bei diesem Bauelement Source- und Drainzonen, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Zwischen der Driftzone 30 und der Sourcezone 11 umfasst das Bauelement eine Steuerstruktur 40 mit einer Bodyzone 41, einer Gateelektrode 43, die mittels eines Gatedielektrikums 42 dielektrisch gegenüber der Bodyzone 41 isoliert ist und die zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 41 zwischen der Sourcezone 11 und der Driftzone 30 dient. Die Bodyzone 41 ist bei einem selbstsperrenden MOS-Transistor komplementär zu der Sourcezone 11 dotiert. Die Gateelektrode 43 dient in diesem Fall zur Steuerung eines Inversionskanals entlang des Gatedielektrikums 42 zwischen der Sourcezone 11 und der Driftzone 30. Bei einem selbstleitenden MOS-Transistor ist die Bodyzone 41 ebenfalls komplementär zu der Sourcezone 11 dotiert, weist entlang des Gatedielektrikums 42 jedoch eine komplementär dotierte Halbleiterzone (nicht dargestellt) auf. Die Gateelektrode 43 dient in diesem Fall zur Unterbrechung dieses Kanals bei sperrend angesteuertem Bauelement.
  • Der Leitfähigkeitstyp des Bauelements ist bestimmt durch den Dotierungstyp der Sourcezone 11. Bei einem n-leitenden Bauelement ist die Sourcezone 11 n-dotiert und bei einem p-leitenden Bauelement p-dotiert. Damit ist die Bodyzone 41 bei einem n-leitenden Bauelement p-dotiert und bei einem p-leitenden Bauelement n-dotiert. Majoritätsladungsträger sind bei einem n-leitenden Bauelement Elektronen und bei einem p-leitenden Bauelement Löcher. Der Dotierungstyp der Driftzone 30 und die Kanalsteuerschicht 21 sind so aufeinander abgestimmt, dass bei leitendem Bauelement ein Majoritätsladungsträgerfluss in der Driftzone 30 möglich ist. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Driftzone 30 vom gleichen Leitungstyp wie die Sourcezone ist und die Austrittarbeit der amorphen Kanalsteuerschicht 21 so eingestellt ist, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone 30 ausbildet. Bei einem n-leitenden Bauelement ist die Driftzone 30 hierbei n-dotiert und bei einem p-leitenden Bauelement ist die Driftzone 30 hierbei p-dotiert. Alternativ dazu kann ein Majoritätsladungsträgerfluss in der Driftzone 30 dadurch erreicht werden, dass die Driftzone 30 komplementär zu der Sourcezone 11 dotiert ist und dass die Austrittsarbeit der Kanalsteuerschicht 21 so eingestellt ist, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone 30 ausbildet. In dem zuletzt genannten Fall ist die Kanalsteuerschicht 21 insbesondere so realisiert, dass sie in einer Stromflussrichtung von der Drainzone 12 bis an die Gateelektrode 42 reicht, um bei leitendem Bauelement die Ausbildung eines Inversionskanals sicher über die gesamte Länge der Driftzone 30 zu erreichen. Die "Stromflussrichtung" ist dabei die Richtung, in der sich Ladungsträger in dem Bauelement in der Driftzone 30 ausbreiten. Bei dem in 7 dargestellten Bauelement, bei dem die Sourcezone 11 und die Drainzone 12 in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zueinander angeordnet sind, ist dies eine laterale Richtung des Halbleiterkörpers.
  • Bezugnehmend auf 7 kann optional eine Dielektrikumsschicht 22 zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorgesehen sein. Diese Dielektrikumsschicht 22 kann insbesondere dann weggelassen werden, wenn die Dotierung der Driftzone 30 und die Austrittarbeit der Kanalsteuerschicht 21 so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone 30 ausbildet.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die zuvor anhand der 1 bis 6 gemachten Ausführungen bezüglich der Ausbildung von Inversions- oder Akkumulationskanälen in der Driftzone in entsprechender Weise für das Bauelement gemäß 7 und alle nachfolgend noch erläuterten Bauelemente gelten.
  • Die Bezugszeichen 51 und 52 bezeichnen in 7 Anschlusselektroden für die Sourcezone 11 und die Drainzone 12. Die Sourcezone 11 und die Bodyzone 41 können – wie bei MOS-Transistoren grundsätzlich bekannt – kurzgeschlossen sein. Hierzu kann eine höher dotierte Anschlusszone 44 des gleichen Leitungstyps wie die Bodyzone 41 vorgesehen, die sich an die Bodyzone 41 anschließt und die durch die Anschlusselektrode 51 kontaktiert ist.
  • Bezugnehmend auf 8, die einen Querschnitt durch das Bauelement gemäß 7 in einer Schnittebene A-A zeigt, können die zuvor erläuterten Bauelementzonen in einer Richtung quer zur Stromflussrichtung als langgestreckte Bauelementzonen ausgebildet sein. Die Stromtragfähigkeit des Bauelements nimmt dabei mit zunehmender Abmessung dieser Bauelementzonen in der Richtung quer zur Stromflussrichtung zu. In nicht näher dargestellter Weise können diese Bauelementzonen auch radialsymmetrisch um die Drainzone 12 angeordnet sein.
  • Die Drainzone 12 ist bei einem MOSFET vom gleichen Leitungstyp wie die Sourcezone 11. Die Kanalsteuerschicht 21 kann bei dem Bauelement gemäß 6 – wie auch bei allen nachfolgend noch erläuterten Transistoren – von der Gateelektrode 43 bis an die Drainelektrode 52 reichen, kann jedoch auch beabstandet zu diesen Elektroden angeordnet sein. Die Kanalsteuerschicht 21 ist insbesondere an einen der folgenden Anschlüsse bzw. Elektroden angeschlossen: Gate, Source oder Drain, bzw. bei einer Diode wenigstens an die Kathode oder die Anode.
  • 9 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch den Halbleiterkörper 100 ein Bauelement, das sich von dem in 7 dargestellten dadurch unterscheidet, dass die Driftzone 30, entsprechend der Ausführungen zur 6, einen ersten und einen zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32 aufweist. Der erste Driftzonenabschnitt bzw. Inversionsabschnitt 31 ist komplementär zu der Sourcezone 11 dotiert, d. h. bei einem n-leitenden Bauelement p-dotiert und bei einem p-leitenden Bauelement n-dotiert. Der zweite Driftzonenabschnitt 32 ist vom gleichen Leitungstyp wie die Sourcezone 11. Die Abmessungen der Kanalsteuerschicht 21 in Stromflussrichtung entsprechen insbesondere den Abmessungen der des ersten Driftzonenabschnitts 31 in Stromflussrichtung, so dass sich über die gesamte Länge des ersten Driftzonenabschnitts 31 ein Inversionskanal in dem ersten Driftzonenabschnitt 31 ausbildet. Die Kanalsteuerschicht 21 kann bei diesem Bauelement insbesondere bis an die Gateelektrode 43 reichen (gestrichelt dargestellt), wobei in diesem Fall der erste Driftzonenabschnitt 31 bis an die Bodyzone 41 reichen kann. Der erste Driftzonenabschnitt 31 und die Bodyzone 41 können eine gleiche Dotierungskonzentration aufweisen. Am drainseitigen Ende der Driftzone 30 kann sich der erste Driftzonenabschnitt 31 an die Drainzone 12 anschließen (wie dargestellt). Optional kann der erste Driftzonenabschnitt 31 auch beabstandet zu der Drainzone 12 angeordnet sein.
  • Bezugnehmend auf 9 kann zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 eine Dielektrikumsschicht 22 angeordnet sein. Diese Dielektrikumsschicht 22 kann bezugnehmend auf 10 jedoch auch weggelassen werden. Das Weglassen dieser Dielektrikumsschicht 22 verbessert in erläuterter Weise die Ausbildung des Inversionskanals in dem ersten Driftzonenabschnitt 31.
  • Bezugnehmend auf die 7, 9 und 10 kann der Halbleiterkörper 100 in dem Bereich, in dem die Bauelementzonen realisiert sind, eine Grunddotierung besitzen, die der Dotierung der Bodyzone 41 entspricht. Die übrigen Bauelementzonen, d. h. die Sourcezone 11, die Drainzone 12 und die Driftzone 30, gegebenenfalls mit dem ersten und zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32, sowie die Anschlusszone 44 können dabei durch Implantation- und/oder Diffusionsverfahren hergestellt werden.
  • Bezugnehmend auf 11, die eine Abwandlung des in 10 dargestellten Bauelements zeigt, besteht auch die Möglichkeit, die Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 so zu wählen, dass sie der Dotierung der Driftzone 30 entspricht oder dass sie, wenn die Driftzone 30 einen ersten und einen zweiten Driftzoneabschnitt 31, 32 aufweist, der Dotierung des zweiten Driftzonenabschnitts 32 entspricht. Bei diesem Bauelement sind die Sourcezone 11, die Drainzone 12, die Bodyzone 41, die Anschlusszone 44 und der optional vorhandene erste Driftzonenabschnitt 31 durch Implantations- und/oder Diffusionsverfahren herzustellen. Im Übrigen gelten sämtliche zuvor zu den Bauelementen gemäß der 7 bis 10 gemachten Ausführungen hinsichtlich der Kanalsteuerschicht 21 sowie der Driftzone 30 in entsprechender Weise auch für das Bauelement gemäß 11. Selbstverständlich besteht auch bei diesem Bauelement die Möglichkeit, eine Dielektrikumsschicht 22 (gestrichelt dargestellt) zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorzusehen, wie dies im Zusammenhang mit 9 erläutert wurde.
  • Bezugnehmend auf 11 umfasst der Halbleiterkörper 100 optional zwei Halbleiterschichten: Eine erste Halbleiterschicht 110, in der Bauelementzonen des Transistors angeordnet sind und deren Grunddotierung der Driftzone 30 entspricht, sowie eine zweite Halbleiterschicht 120, auf der die erste Halbleiterschicht 110 angeordnet ist und die komplementär zu der ersten Halbleiterschicht 110 dotiert ist. Die zweite Halbleiterschicht 120 ist beispielsweise ein Halbleitersubstrat, die erste Halbleiterschicht 110 ist beispielsweise eine auf das Halbleitersubstrat 120 aufgebrachte Epitaxieschicht.
  • In entsprechender Weise können auch die zuvor anhand der 7 bis 10 erläuterten Bauelemente, bei denen die Grunddotierung des Halbleiterkörpers in dem Bereich in dem die Bauelementzonen angeordnet sind, der Grunddotierung der Bodyzone 41 entspricht, zweischichtig mit zwei komplementär zueinander dotierten Halbleiterschichten realisiert sein.
  • Die Bauelemente können auch als sogenannte SOI-Bauelemente realisiert sein. Dies ist in 12 für das zuvor anhand von 11 erläuterte Bauelement veranschaulicht; dieses Prinzip gilt jedoch auch für alle anderen zuvor anhand der 7 bis 10 erläuterten Bauelemente und auch die nachfolgend erläuterten Bauelemente in entsprechender Weise. Bei diesem SOI-Bauelement ist die erste Halbleiterschicht 110, in der die Bauelementzonen realisiert sind, auf einer Isolationsschicht 130 angeordnet, die die erste Halbleiterschicht 110 von einem Halbleitersubstrat 120 trennt.
  • Die Funktion der zuvor anhand der 7 bis 12 erläuterten Bauelemente wird nachfolgend kurz erläutert. Hierfür sei angenommen, dass die Transistorbauelemente selbstsperrende Bauelemente sind. Diese Bauelemente sperren, wenn ein an der Gateelektrode 43 anliegendes elektrisches Potential nicht ausreicht, einen Inversionskanal in der Bodyzone 41 entlang des Gatedielektrikums 42 auszubilden und wenn eine Sperrspannung zwischen der Drainzone 12 und der Sourcezone 11 anliegt. Bei einem n-leitenden Bauelement ist diese Sperrspannung eine positive Spannung zwischen Drain und Source, und bei einem p-leitenden Bauelement ist diese Sperrspannung eine negative Spannung zwischen Drain und Source. Bei sperrendem Bauelement breitet sich in der Driftzone 30 ausgehend von dem pn-Übergang zwischen der Driftzone 30 und der Bodyzone 41 eine Raumladungszone in der Driftzone 30 aus. Sofern die Driftzone 30 einen ersten und einen zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32 aufweist, breitet sich die Raumladungszone ausgehend von der Bodyzone in dem zweiten Driftzonenabschnitt 32 aus, wobei mit zunehmender Sperrspannung der erste Driftzonenabschnitt 31 ausgeräumt wird, d.h. Ladungsträger des ersten Driftzonenabschnitts 31 finden eine entsprechende Gegenladung in dem zweiten Driftzonenabschnitt 32. Ein leitender Kanal zwischen Source 11 und Drain 12 wird dadurch unterbrochen.
  • Die Dotierungskonzentration der Driftzone 30 bzw. des ersten und zweiten Driftzonenabschnitts 31, 32 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 1013 cm–3 und 1015 cm–3. Die Dotierungskonzentrationen der Sourcezone 11 und der Drainzone 12 liegen beispielsweise im Bereich von 1019 cm–3 bis 1021 cm–3, und die Dotierungskonzentration der Bodyzone 41 liegt beispielsweise im Bereich von 1017 bis 1018 cm–3. Bei einer zweistufigen Driftzone 30 sind die Dotierungskonzentrationen des ersten und des zweiten Driftzonenabschnitts 31, 32 insbesondere so aufeinander abgestimmt, dass diese beiden Abschnitte sich bei sperrendem Bauelement gegenseitig vollständig an Ladungsträgern ausräumen, d.h. sich gegenseitig kompensieren.
  • Zur Erläuterung sei beispielsweise angenommen, dass die Driftzone 30 p-dotiert ist oder einen p-dotierten Inversionsabschnitt aufweist, dessen Dotierung innerhalb des zuvor angegebenen Dotierungsbereichs von 1013 cm–3 bis 1015 cm–3 liegt. Für Silizium als Material der Driftzone beträgt die Barrierenhöhe qΦBp, die zur Ausbildung eines Inversionskanals zu überwinden ist gemäß Gleichungen (2a) und (1a) zwischen 0,72 eV und 0,84 eV. Diese Barrierenhöhen entsprechen 0,65% bzw. 0,75% des Bandabstandes von 1,12 eV. Hierzu sind Austrittsarbeiten qΦa zwischen weniger als 4,45 eV und weniger als 4,33 eV erforderlich. Die zuvor erläuterte DLC-Schicht mit einer Austrittsarbeit von 4,17 eV würde sich bei diesem Bauelement als amorphe semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 eignen.
  • Bei GaAs (mit einem Bandabstand von Eg = 1,42eV, einer Elektronenaffinität von 4,07eV, einer intrinsische Konzentration von 1,8·106 cm–3 und einer äquivalenten Zustandsdichte NV an der Valenzbandkante von 7·1018 cm–3) als Material für die Driftzone erhält man für eine Akzeptorkonzentration NA = 1·1015 cm–3 der Driftzone 30 bzw. des ersten Driftzonenabschnitts 31 eine Barrierenhöhe für den Einsatz der starken Inversion von qΦBp = 1,28 eV. Dies entspricht 90% des Bandabstands Eg. Die erforderliche Austrittsarbeit gemäß Gleichung (6a) beträgt 4,21 eV oder weniger.
  • Bei SiC des Polytyps 6H (mit einem Bandabstand von 3,05eV, einer Elektronenaffinität von 3,77eV, einer intrinsischen Konzentration von 1,6·10–6 cm–3 und einer äquivalenter Zustandsdichte NV an der Valenzbandkante von 2,5·1019 cm–3) als Material für die Driftzone erhält man für eine Akzeptorkonzentration NA = 1·1015 cm–3 der Driftzone 30 bzw. des ersten Driftzonenabschnitts 31 eine Barrierenhöhe für den Einsatz der starken Inversion von qΦBp = 2,75 eV. Dies entspricht 90% des Bandabstands. Die erforderliche Austrittsarbeit gemäß Gleichung (6a) beträgt 4,07 eV oder weniger.
  • Bei den zuvor anhand der 7 bis 10 erläuterten lateralen Transistorbauelementen ist die Kanalsteuerzone 21 oberhalb einer ersten Seite des Halbleiterkörpers 100 angeordnet, die nachfolgend auch als Vorderseite bezeichnet wird. Um ein gegebenes Volumen des Halbleiterkörpers 100 besser nutzen zu können und dadurch bei einem gegebenen Volumen des Halbleiterkörpers die Stromtragfähigkeit des Bauelements zu erhöhen, kann die Kanalsteuerschicht 21, sowie die optional vorhandene Dielektrikumsschicht 22 in einem Graben des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sein.
  • 13 veranschaulicht ein solches Bauelement anhand eines horizontalen Schnitts in einer Schnittebene B-B (13A) sowie anhand zweier vertikaler Schnitte in Schnittebenen C-C und D-D. Die Sourcezone 11 und die Drainzone 12 erstrecken sich bei diesem Bauelement bezugnehmend auf die 13B und 13C in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite in den Halbleiterkörper 100 hinein. Die Bodyzone 41 und die Driftzone 30 erstrecken sich in dem dargestellten Beispiel in vertikaler Richtung ebenso weit in den Halbleiterkörper hinein wie die Sourcezone 11 oder die Drainzone 12. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass sich diese Bauelementzonen auch tiefer oder weniger tief in den Halbleiterkörper hineinerstrecken können als die Sourcezone 11 und die Drainzone 12. In entsprechender Weise erstreckt sich auch die Gateelektrode 43 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein. In leitendem Zustand bildet sich bei diesem Bauelement ein leitender Kanal an einer vertikalen Grenzfläche zwischen dem Gatedielektrikum 42 und der Bodyzone 41 zwischen der Driftzone 30 und der Sourcezone 11 aus. Die Kanalsteuerzone 21 schließt sich in dem dargestellten Beispiel unmittelbar an die Gateelektrode 43 einerseits und die Drainzone 12 andererseits an und erstreckt sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers mindest soweit in den Halbleiterkörper hinein wie die Driftzone 30.
  • Die Driftzone 30 und die Kanalsteuerschicht 21 können auf beliebige zuvor erläuterte Weise realisiert sein, also beispielsweise so, dass die Austrittsarbeit der Kanalsteuerschicht 21 und der Dotierungstyp der Driftzone 30 so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone 30 ausbildet, oder so, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone 30 ausbildet. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Driftzone 30 mit einem ersten und einem zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32 zu realisierten, wie dies in 13A gestrichelt dargestellt ist. Zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 kann optional eine Dielektrikumsschicht 22 vorgesehen sein.
  • Bezugnehmend auf 13A umfasst das Bauelement eine Vielzahl gleichartiger Strukturen mit jeweils einer Steuerstruktur 40, die eine Gateelektrode 43, ein Gatedielektrikum 42 und eine Bodyzone 41 aufweist, und mit einer Driftzone 30 mit benachbarter Kanalsteuerschicht 21, die jeweils zwischen der Sourcezone 11 und der Drainzone 12 angeordnet sind. Die Gateelektroden 43 der einzelnen Strukturen sind dabei elektrisch leitend miteinander verbunden, wodurch eine Vielzahl parallel geschalteter Transistoren bzw. Transistorzellen in dem Halbleiterkörper 100 vorhanden sind. Die Stromtragfähigkeit des Bauelements steigt dabei mit zunehmender Anzahl dieser Transistorzellen.
  • Im dargestellten Beispiel sind diese Strukturen mit der Steuerstruktur 40 sowie der Driftzone 30 und der Kanalsteuerschicht 21 sowohl in einer lateralen Richtung quer zur Stromflussrichtung als auch in vertikaler Richtung von einer Halbleiterzone 14 umgeben, die vom gleichen Leitungstyp wie die Bodyzone 41 ist und deren Dotierungskonzentration mit der der Bodyzone übereinstimmen kann. Diese Halbleiterzone 14 kann aus einer Grunddotierung eines Halbleitersubstrats bzw. einer Halbleiterschicht resultieren, in der die einzelnen Bauelementzonen des Transistorbauelements angeordnet sind.
  • Der zuvor erläuterte Transistor, bei dem sich ein durch die Gateelektrode gesteuerter Kanal in der Bodyzone 41 entlang einer "Seitenwand" der Gateelektrode 43 ausbildet, wird auch als Seitenwandtransistor bezeichnet.
  • Die 14A bis 14C veranschaulichen anhand eines Querschnitts in einer Schnittebene B-B (14A) sowie anhand zweier vertikaler Schnitte in Schnittebenen C-C und D-D eine Abwandlung des anhand von 13 erläuterten Bauelements. Bei dem Bauelement gemäß 14 umfasst die Driftzone 30 einen ersten und einen zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32, wobei der erste Driftzonenabschnitt 31 unmittelbar durch die Kanalsteuerschicht 21 kontaktiert ist. Optional kann eine Dielektrikumsschicht 22 zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 angeordnet sein. Der erste Driftzonenabschnitt 31 reicht bei diesem Bauelement bis an die Bodyzone 41, wobei sowohl der Dotierungstyp als auch die Dotierungskonzentration des ersten Driftzonenabschnitts 41 mit dem Dotierungstyp und der Dotierungskonzentration der Bodyzone 41 übereinstimmen kann. Der zweite Driftzonenabschnitt 32 reicht bei diesem Bauelement in einer quer zur Stromflussrichtung verlaufenden lateralen Richtung vom ersten Driftzonenabschnitt 31 einer Transistorzelle bis an den ersten Driftzonenabschnitt 31 einer weiteren Transistorzelle. In vertikaler Richtung ist unterhalb der einzelnen Strukturen mit der Steuerstruktur 40 sowie den Driftzonen 30 im dargestellten Beispiel eine Bauelementzone 14 des gleichen Leitungstyps wie die Bodyzone 41 angeordnet. Diese Bauelementzone 14 kann aus einer Grunddotierung der Halbleiterschicht resultieren, in der die Bauelementzonen des Transistorbauelements angeordnet sind. Die Dotierungskonzentration dieser Halbleiterzone 14 kann der Dotierungskonzentration der Bodyzone 41 entsprechen.
  • Da zuvor erläuterte Konzept zur Reduktion des elektrischen Widerstands einer Driftzone 30 durch Ausbilden eines Inversions- oder Akkumulationskanals unter Verwendung einer amorphen semiisolierenden Schicht ist bezogen auf die 15 und 16 beispielsweise auch auf Dioden anwendbar. Die 15 und 16 veranschaulichen Beispiele lateraler Dioden anhand von Querschnitten durch einen Halbleiterkörper 100. Bei diesen Dioden grenzt die Driftzone 30 unmittelbar an die erste Anschlusszone 11 und die zweite Anschlusszone 12 an. Die Diode kann als Bipolardiode realisiert sein. In diesem Fall sind die Anschlusszonen 11, 12 komplementär zueinander dotiert. So ist beispielsweise die erste Anschlusszone 11 p-dotiert und die zweite Anschlusszone 12 n-dotiert. Der Dotierungstyp der Driftzone 30 ist abhängig davon, ob sich beeinflusst durch die Kanalsteuerschicht 21 ein Inversions- oder ein Akkumulationskanal in der Driftzone 30 ausbilden soll. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Driftzone 30 mit einem ersten Driftzonenabschnitt 31 (Inversionsabschnitt) und eine zweiten Driftzonenabschnitt 32 auszubilden. Der Inversionsabschnitt 31 kann in lateraler Richtung von der ersten bis an die zweite Anschlusszone reichen. In diesem Fall reicht auch die Kanalsteuerschicht 21 in lateraler Richtung von der ersten Anschlusszone 11 bis an die zweite Anschlusszone 12.
  • Zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 kann eine Dielektrikumsschicht 22 vorgesehen sein, wie dies in 15 dargestellt ist. Insbesondere dann, wenn der Dotierungstyp der Driftzone 30 so gewählt ist, dass sich ein Inversionskanal ausbildet oder wenn die Driftzone 30 zwei Driftzonenabschnitte 31, 32 aufweist, kann auf diese Dieelektrikumsschicht 22 auch verzichtet werden, wie dies in 16 dargestellt ist.
  • Die Diode kann auch als Schottkydiode realisiert sein. In diesem Fall besteht eine der Anschlusszonen, beispielsweise die erste Anschlusszone 11, aus einem Schottkymetall, während die andere Anschlusszone, beispielsweise die zweite Anschlusszone 12 n-dotiert ist. Die zuvor im Zusammenhang mit den Transistoren oder Bipolardiode gemachten Ausführungen bezüglich der Realisierung der Driftzone 30 und der Kanalsteuerschicht 21 gelten für die Schottkydiode entsprechend.
  • Eine Driftzone 30 mit einer benachbart zu der Driftzone angeordneten Kanalsteuerschicht 21 aus einem amorphen semiisolierenden Halbleitermaterial kann selbstverständlich auch bei vertikalen Halbleiterbauelementen, insbesondere bei vertikalen Transistoren vorgesehen sein. Beispiele solcher vertikaler Transistoren mit einer Driftzone 30 und einer Kanalsteuerschicht 21 aus einem amorphen Halbleitermaterial werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 17 bis 22 erläutert. Die Sourcezone 11 und die Driftzone 12 bzw. die erste und die zweite Anschlusselektrode 51, 52 sind bei diesen Bauelementen in vertikaler Richtung des Halbleiterkörper 100 beabstandet zueinander angeordnet. In entsprechender Weise erstrecken sich die Driftzone 30 und die benachbart zu der Driftzone 30 angeordnete Kanalsteuerschicht 21 bei diesen Bauelementen in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 zwischen der Steuerstruktur 40 und der Drainzone 12. Die Steuerstruktur ist bei den in den 17 bis 20 dargestellten Bauelementen eine laterale Steuerstruktur. Die Sourcezone 11 ist hierbei in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zu der Kanalsteuerschicht 21 angeordnet. Die Gateelektrode 43 befindet sich oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers und ist durch das Gatedielektrikum 42 gegenüber der Bodyzone 41 isoliert. Die Kanalsteuerschicht 21 ist bei diesem Bauelement in einem Graben des Halbleiterkörpers angeordnet und kann – wie dargestellt – bis an die Sourceelektrode 51 und die Gateelektrode 43 reichen.
  • Entsprechend der zuvor gemachten Ausführungen können die Driftzone 30 und die Kanalsteuerschicht 21 so aufeinander abgestimmt sein, dass sich ein Akkumulationskanal oder ein Inversionskanal in der Driftzone 30 ausbildet. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, optional eine Dielektrikukumsschicht 22 zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorzusehen. Bei den in den 17 und 18 dargestellten Bauelementen ist die Driftzone 30 komplementär zu der Bodyzone 41 dotiert, und die Driftzone 30 und die Kanalsteuerschicht 21 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone 30 ausbildet.
  • Bei den in den 17 bis 22 dargestellten vertikalen Transistorbauelementen ist die Driftzone 30 beiderseits des Grabens mit der Kanalsteuerschicht 21 angeordnet. Bezugnehmend auf 18 besteht dabei die Möglichkeit, die Kanalsteuerschicht 21 so zu realisieren, dass sie den Graben nicht vollständig ausfüllt, sondern dass sie lediglich an den Seitenwänden des Grabens angeordnet ist. Der Rest des Grabens kann mit einem Füllmaterial 23 aufgefüllt sein. Dieses Füllmaterial ist beispielsweise ein undotiertes Sliliziumoxid (USG) oder auch ein organisches Material, wie z. B. ein Polyimid, Benzo-Cyclo-Buthen (BCB), ein Epoxymaterial oder ein Silicon.
  • Bei den in den 17 und 18 dargestellten Bauelementen erstreckt sich eine komplementär zur der Driftzone 30 dotierte Bauelementzone von der Sourcezone 11 bis an die Drainzone 12 entlang der Driftzone 30. Diese Bauelementzone 14 kann bezüglich ihres Dotierungstyps und ihrer Dotierungskonzentration der Bodyzone 41 entsprechen. Bei diesem Bauelement räumen sich die Driftzone 30 und die weitere Bauelementzone 14 bei sperrendem Bauelement gegenseitig aus, wodurch eine hohe Spannungsfestigkeit erreicht wird.
  • Bei den in den 19 und 20 dargestellten Bauelementen umfasst die Driftzone 30 einen ersten Driftzonenabschnitt 31 (Inversionsabschnitt) und einen zweiten Driftzonenabschnitt 32. Der Inversionsabschnitt 31 ist bei diesem Bauelement so realisiert, dass er in vertikaler Richtung von der Drainzone 12 bis an die Bodyzone 41 reicht. Die Dotierungskonzentration des ersten Driftzonenabschnitts 31 kann dabei der Dotierungskonzentration der Bodyzone 41 entsprechen. Entsprechend der Ausführungen zu den 17 und 18 kann der Graben mit der Kanalsteuerschicht 21 vollständig durch die Kanalsteuerschicht ausgefüllt sein. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, den Graben teilweise mit einem Füllmaterial 23 aufzufüllen, wie dies in 20 dargestellt ist.
  • Optional besteht selbstverständlich auch bei den in den 19 und 20 dargestellten Bauelementen die Möglichkeit, eine Dielektrikumsschicht 22 zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorzusehen.
  • Die 21 und 22 zeigen Beispiele vertikaler Transistorbauelemente, bei denen die Steuerstruktur 40 eine sogenannte Trench-Struktur besitzt, die Gateelektrode 43 ist hierbei in einem Graben des Halbleiterkörpers 100 angeordnet und ist in lateraler Richtung benachbart zu der Bodyzone 41 angeordnet. In den dargestellten Beispielen befindet sich die Gateelektrode 43 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers oberhalb der Kanalsteuerschicht 21. Die zuvor zu den 17 bis 20 gemachten Ausführungen bezüglich der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 gelten für die in den 21 und 22 dargestellten Bauelemente entsprechend. Bei dem in den 21 dargestellten Bauelement ist die Driftzone 30 so dotiert, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone ausbildet, die Driftzone 30 ist also komplementär zu der Bodyzone 41 dotiert. Bei dem in 22 dargestellten Bauelement umfasst die Driftzone 30 einen ersten und einen zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32, wobei der erste Driftzonenabschnitt 31 von der Bodyzone 41 bis an die Drainzone 12 reicht, wobei die Dotierungskonzentration des ersten Driftzonenabschnitts 31 mit der Dotierungskonzentration der Bodyzone 41 übereinstimmen kann. Optional kann bei den in den 21 und 22 dargestellten Bauelementen eine Dielektrikumsschicht 22 zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann der Graben mit der Kanalsteuerschicht 21 optional zum Teil durch ein Füllmaterial 23 aufgefüllt sein.
  • Zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit des Bauelements können in dem Halbleiterkörper 100 eine Vielzahl der anhand der 17 bis 22 erläuterten Strukturen bzw. Transistorzellen angeordnet sein, die jeweils parallel geschaltet sind. Die Geometrie der einzelnen Transistorzellen ist dabei im Wesentlichen bestimmt durch die Geometrie des Grabens, in dem die Kanalsteuerschicht 21 angeordnet ist. Bezugnehmend auf die 23 bis 25 eignen sich hierzu beliebige Geometrien. 23 zeigt schematisch eine hexagonale Zellengeometrie. Die Kanalsteuerschicht 21 ist hierbei in einem Graben zwischen hexagonalen "Halbleiterinseln" angeordnet, wobei in diesen hexagonalen Halbleiterinseln die Driftzone angeordnet ist, wie in 23 an einer Stelle angedeutet ist. Darüber hinaus kann der Graben mit der Kanalsteuerschicht 21 auch zwischen quadratischen oder rechteckförmigen Halbleiterinseln angeordnet sein, woraus die in 24 dargestellte Rechteckgeometrie des Zellenfeldes resultiert. Bezogen auf 25 besteht auch die Möglichkeit, die Gräben mit der Kanalsteuerschicht 21 als langgestreckte Gräben zwischen streifenförmigen Halbleiterinseln zu realisieren.
  • In gleicher Weise wie vertikale Transistoren sind bezugnehmend auf die 26 bis 28 selbstverständlich auch vertikale Dioden realisierbar. 26 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch den Halbleiterkörper 100 ein Beispiel einer vertikalen bipolaren Diode mit einer ersten und einer zweiten Anschlusszone 11, 12, die komplementär zueinander dotiert sind und die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind. Die erste Anschlusszone 11 ist beispielsweise p-dotiert und bildet eine Anodenzone des Bauelements, die zweite Anschlusszone 12 ist beispielsweise n-dotiert und bildet eine Kathodenzone des Bauelements. Die beiden Anschlusszonen 11, 12 sind durch erste und zweite Anschlusselektroden 51, 52 kontaktiert. Die Driftzone 30 verläuft in vertikaler Richtung zwischen der ersten und zweiten Anschlusszone 11, 12, wobei die Kanalsteuerschicht 21 in lateraler Richtung benachbart zu der Driftzone angeordnet ist. In dem dargestellten Beispiel kontaktiert die Kanalsteuerschicht 21 die Driftzone 30 unmittelbar. Optional besteht auch die Möglichkeit, eine Dielektrikumsschicht 22 (gestrichelt dargestellt) zwischen der Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 vorzusehen. Die Driftzone 30 ist im dargestellten Beispiel mit zwei Driftzonenabschnitten realisiert: Einem ersten Driftzonenabschnitt (Inversionsabschnitt) 31 und einem komplementär zu dem ersten Abschnitt dotierten zweiten Abschnitt 32. Die Kanalsteuerschicht 21 und der erste Driftzonenabschnitt 31 sind so aufeinander abgestimmt, dass sich ein Inversionskanal in dem ersten Driftzonenabschnitt ausbildet.
  • 27 zeigt eine Abwandlung der in 26 dargestellten Diode. Bei diesem Bauelement ist die Driftzone 30 so realisiert, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone ausbildet. Die erste Anschlusszone 11 ist bei diesem Bauelement so hoch dotiert, dass sie gleichzeitig als Feldstoppschicht dient. Diese erste Anschlusszone 11 reicht in lateraler Richtung bis an die Kanalsteuerschicht 21 bzw. die optional vorhandene Dielektrikumsschicht. In lateraler Richtung des Halbleiterkörpers schließt sich an die Driftzone 30 eine komplementär dotierte Halbleiterzone an, die bewirkt, dass die Driftzone 30 im Sperrfall des Bauelements ausgeräumt wird.
  • 28 veranschaulicht anhand eines vertikalen Querschnitts durch den Halbleiterkörper 100 ein Beispiel einer vertikalen Schottkydiode. Bei dieser Schottkydiode ist eine der Anschlusselektroden, in dem dargestellten Beispiel die erste Anschlusselektrode 51 aus einem Schottkymetall und kontaktiert unmittelbar die Driftzone 30. Die Driftzone 30 weist bei diesem Bauelement zwei Driftzonenabschnitte auf: Einen ersten Driftzonenabschnitt 31, der unmittelbar benachbart zu der Kanalsteuerschicht 21 angeordnet ist, wobei die Kanalsteuerschicht 21 und der erste Driftzonenabschnitt 31 so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal im ersten Driftzonenabschnitt 31 ausbildet; und einen zweiten Driftzonenabschnitt 32, der n-dotiert ist. An einer der ersten Anschlusselektrode 51 gegenüberliegenden Seite schließt sich an die Driftzone 30 eine höher n-dotierte zweite Anschlusszone 12 an, die durch eine zweite Anschlusselektrode 52 kontaktiert ist. "Höher n-dotiert" heißt in diesem Zusammenhang, dass die zweite Anschlusszone 12 höher dotiert ist als der zweite Driftzonenabschnitt 32 der Driftzone 30. Der erste Driftzonenabschnitt 31 schließt sich bei dem dargestellten Bauelement unmittelbar an die zweite Anschlusszone 12 an und ist beabstandet zu der ersten Anschlusselektrode 51. Wie in 28 gestrichelt dargestellt ist, könnte sich der erste Driftzonenabschnitt 31 auch bis an die erste Anschlusselektrode 51 erstrecken.
  • Bei den zuvor erläuterten MOS-Transistoren ist das Gatedielektrikum 42 der Steuerstruktur 40 ein für MOS-Transistoren übliches Gatedielektrikum und besteht beispielsweise aus einem Oxid. Die Gateelektrode 43 besteht beispielsweise aus einem Metall oder einem hochdotierten polykristallinen Halbleitermaterial, wie z. B. Polysilizium. Das Gatedielektrikum 42 muss eine hohe dielektrische Festigkeit besitzen und eine niedrige Dichte von mobilen oder fixen Ladungen aufweisen. Die maximale Durchbruchsfeldstärke bei thermisch gewachsenen Oxiden liegt beispielsweise zwischen 5MV/cm und 10 MV/cm. Bei Feldstärken, die oberhalb dieser Durchbruchsfeldstärke liegen, setzt ein Fowler-Nordheim-Tunnenstrom über die Oxidbarriere ein. Diese maximale Durchbruchsfeldstärke begrenzt die zulässige Gatespannung und damit die Ladungsdichte, die sich im Inversionskanal entlang des Gatedielektrikums in der Bodyzone 41 einstellen lässt. Ein Oxid als Gatedielektrikum 42 kann außerdem durch einen temperaturbedingten mechanischen Spannungsstress, durch Höhenstrahlung oder durch Injektion heißer Ladungsträger, wobei letztere beispielsweise bei einem Avalanche-Durchbruch eines MOSFET auftreten, degradieren.
  • Zur Vermeidung dieser Probleme ist bei einem Beispiel vorgesehen, anstelle eines Dielektrikums zwischen der Gateelektrode 43 und der Bodyzone 41 eine Schicht aus einem amorphen semiisolierenden Material zwischen der Gateelektrode 43 und der Bodyzone 41 vorzusehen. Diese Schicht, die zusammen mit einer geeigneten Ansteuerung des Gates die Ausbildung eines Kanals in der Bodyzone 41 steuert, wird nachfolgend als Gatesteuerschicht bezeichnet. Diese Gatesteuerschicht kann dabei aus dem selben Material bestehen wie die Kanalsteuerschicht 21 und kann außerdem zusammen mit der Kanalsteuerschicht 21 als gemeinsame Schicht realisiert sein.
  • Alle der zuvor erläuterten MOS-Transistorstrukturen lassen sich durch Ersetzen des Gatedielektrikums 42 durch eine amorphe semiisolierende Schicht entsprechend abwandeln.
  • 29 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper 100 ein Beispiel eines lateralen Transistorbauelements, das auf dem in 10 dargestellten Bauelement basiert und das sich von dem Bauelement gemäß 10 dadurch unterscheidet, dass anstelle eines Gatedielektrikums 42 ein amorphe semiisolierende Gatesteuerschicht 46 vorhanden ist. Diese Gatesteuerschicht 46 ist zusammen mit der Kanalsteuerschicht 21 als gemeinsame Schicht realisiert. Die semiisolierende Gatesteuerschicht 46 kann auch zusammen mit dem Gatedielektrikum (in 29 nicht dargestellt) vorgesehen sein, wobei in diesem Fall das Gatedielektrikum insbesondere zwischen der semiisolierenden Gatesteuerschicht 46 und der Bodyzone 41 angeordnet ist. Auch bei den nachfolgend erläuterten Bauelementen mit einer semiisolierenden Gatesteuerschicht kann zusätzlich zu dieser semiisolierenden Gatesteuerschicht noch ein Gatedielektrikum aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise einem Oxid vorgesehen werden.
  • Die Unterschiede der Steuerstruktur 40 des Bauelements gemäß 29 und des Bauelements gemäß 10 werden nachfolgend erläutert. Die Ausführungen bezüglich der übrigen Bauelementkomponenten, die für das Bauelement gemäß 10 gemacht wurden, gelten für das Bauelement gemäß 29 entsprechend.
  • Bei dem in 29 dargestellten Transistor sind die Kanalsteuerschicht 21 und der erste Driftzonenabschnitt 31 der Driftzone 30 so aufeinander abgestimmt, dass sich in dem ersten Driftzonenabschnitt 31 ein Inversionskanal ausbildet. Der Dotierungstyp des ersten Driftzonenabschnitts 31 entspricht dem Dotierungstyp der Bodyzone 41. Diese Bauelementzonen sind bei einem n-leitenden Transistor p-dotiert. Um ein selbstsperrendes Bauelement zu erhalten, kann die Steuerstruktur 40 in der Bodyzone entlang der Gateelektrode 43 eine Kanalzone 45 aufweisen, die höher dotiert ist als der erste Driftzonenabschnitt 31. Hierdurch wird verhindert, dass sich allein durch das Vorhandensein der amorphen semiisolierenden Gatesteuerschicht 46 ein leitender Kanal in der Bodyzone 41 ausbildet. Ein solcher leitender Kanal in der Bodyzone 41 entlang der Gateelektrode 43 kommt bei diesem Bauelement erst dann zustande, wenn ein entsprechendes Ansteuerpotential an die Gateelektrode 43 angelegt wird. Bei einem n-leitenden Transistor ist dieses Ansteuerpotential eine positive Spannung gegenüber dem Sourcepotential, d. h. dem Potential am Sourceanschluss S, und bei einem p-leitenden Bauelement ist diese Ansteuerspannung eine negative Spannung. Bei einem n-leitenden Transistor beträgt die p-Dotierungskonzentration der Kanalzone 45 beispielsweise etwa zwischen 1016 cm–3 und 1017 cm–3.
  • Die Dicke der Gatesteuerschicht 46 und auch der Kanalsteuerschicht 21 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 50nm und 500nm. Diese Angaben gelten auch für die Kanalsteuerschichten 21 aller zuvor erläuterter Bauelemente.
  • Alle übrigen der zuvor erläuterten MOS-Transistoren lassen sich in entsprechender Weise abwandeln, indem die Gatedielektrikumsschicht 42 durch eine amorphe semiisolierende Gatesteuerschicht 46 ersetzt wird und indem die Bodyzone 41 zumindest lokal entlang der Gatesteuerschicht 46 so hoch dotiert wird, dass bei einer Gate-Source-Spannung von Null Volt kein Inversionskanal entlang der Gatesteuerschicht 46 in der Bodyzone 41 vorhanden ist, dass das Bauelement also ein selbstsperrendes Bauelement ist. Beispiele solcher Bauelemente werden nachfolgend anhand der 30 bis 36 kurz erläutert. Die in diesen Figuren dargestellten Bauelemente sind Abwandlungen bereits zuvor erläuterter Bauelemente, wobei die Ausführungen zu diesen Bauelementen für die Bauelemente gemäß der 30 bis 36 in entsprechender Weise gelten.
  • 30 veranschaulicht ein Bauelement, das auf dem in 11 dargestellten Bauelement basiert und dessen Steuerstruktur durch Vorsehen einer amorphen semiisolierenden Gatesteuerschicht 46 modifiziert ist.
  • 31 zeigt in Draufsicht einen Seitenwandtransistor, der auf dem in 13 dargestellten Seitenwandtransistor basiert. Der in 31 dargestellte Transistor unterscheidet sich von dem in 13 dargestellten dadurch, dass die Dielektrikumsschicht 22 durch eine amorphe semiisolierende Halbleiterschicht ersetzt ist, die die Kanalsteuerschicht 21 entlang der Driftzone 30 und die Gatesteuerschicht 46 entlang der Bodyzone 41 bildet. Ein sich an die Gateelektrode 43 in lateraler Richtung anschließender Graben, der zwischen zwei Abschnitten der Kanalsteuerschicht 21 angeordnet ist, kann dabei durch ein Füllmaterial 23 aufgefüllt sein. Selbstverständlich besteht hierbei auch die Möglichkeit, diesen Graben vollständig mit dem amorphen semiisolierenden Material der Kanalsteuerschicht 21 bzw. Gatesteuerschicht 46 aufzufüllen.
  • 32 zeigt eine Draufsicht auf ein gegenüber dem Bauelement gemäß 14 abgewandeltes Bauelement. Bei dem Bauelement gemäß 32 weist die Steuerstruktur 40 eine amorphe semiisolierende Gatesteuerschicht 46 anstelle eines Gatedielektrikums auf.
  • 33 zeigt ein vertikales Transistorbauelement, das auf den in den 17 und 18 dargestellten Bauelementen basiert, und dessen Steuerstruktur 40 in Abwandlung der Bauelemente gemäß der 17 und 18 eine amorphe semiisolierende Schicht als Gatesteuerschicht aufweist.
  • 34 zeigt ein vertikales Transistorbauelement, das auf den in den 19 und 20 dargestellten Bauelementen basiert, und 35 zeigt ein vertikales Transistorbauelement, das auf dem in den 21 und 22 dargestellten Bauelement basiert.
  • 36 veranschaulicht anhand eines vertikalen Querschnitts durch einen Halbleiterkörper 100 einen vertikalen Transistor mit einer amorphen semiisolierenden Kanalsteuerschicht 21. Die Driftzone umfasst bei diesem Bauelement einen ersten und einen zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32, wobei der erste Driftzonenabschnitt 31 sich unmittelbar an die Bodyzone 41 anschließt und wobei der erste Driftzonenabschnitt 31 und die Bodyzone 41 bezüglich des Dotierungstyp und der Dotierungskonzentration gleich sind. Eine Sourceelektrode 51 kontaktiert die Sourcezone 11 und über eine höher dotierte Anschlusszone 44 auch die Bodyzone 41. Die Gateelektrode 43 besteht bei dem dargestellten Bauelement aus zwei Gateelektrodenabschnitten 43A, 43B, die aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere unterschiedlichen Metallen bestehen. Die zweiteilige Gestaltung der Gateelektrode 43 ist lediglich optional. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, eine einstückige Gateelektrode vorzusehen. Diese Gateelektrode kann aus einem Metall oder einer polykristallinen Halbleitermaterial wie z. B. Polysilizium bestehen. Im Bereich der Gateelektrode 43A, 43B sind bei diesem Bauelement die semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 und das Gatedielektrikum 42 zwischen der Gateelektrode 43A, 43B und der Bodyzone 41 vorhanden, wobei die Kanalsteuerschicht 21 in diesem Bereich zusätzlich zu dem Gatedielektrikum 42 als Gatesteuerschicht dient.
  • Ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß 36 wird nachfolgend anhand der 37A bis 37M erläutert. Diese Figuren zeigen jeweils einen vertikalen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 während verschiedener Schritte des Herstellungsverfahrens.
  • Bezugnehmend auf 37A beginnt das Verfahren mit der Bereitstellung eines Halbleiterkörpers 100, der unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten aufweist: Eine erste Schicht, die die zweite Anschlusszone 12 bildet, eine zweite Schicht 32', die den späteren zweiten Driftzonenabschnitt bildet, sowie eine dritte Schicht 44' die die spätere Anschlusszone 44 bildet. Auf die der zweiten Anschlusszone bzw. Drainzone 12 abgewandte Seite des Halbleiterkörpers 100 wird eine strukturierte Ätzmaske aufgebracht, die beispielsweise eine Hartmaske ist. Unter Verwendung dieser Hartmaske wird anschließend ein Graben 103 in dem Halbleiterkörper hergestellt. Dieser Graben wird beispielsweise durch ein anisotropes Ätzverfahren hergestellt, und zwar derart, dass der Graben 103 in vertikaler Richtung bis an die zweite Anschlusszone 12 reicht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die zweite Anschlusszone 12 beispielsweise durch ein Halbleitersubstrat gebildet ist, während die Halbleiterschicht 32' und die Halbleiterschicht 44' beispielsweise Epitaxieschichten sind.
  • Bezugnehmend auf 37C wird nach Herstellen des Grabens 103 eine Halbleiterschicht 31' ganzflächig, d.h. an Seitenwänden und am Boden des Grabens sowie an der Vorderseite des Halbleiterkörpers hergestellt. Diese Halbleiterschicht 31' bildet den späteren ersten Driftzonenabschnitt 31 und besitzt eine entsprechende Dotierung. Die Halbleiterschicht 31' wird beispielsweise durch ein Epitaxieverfahren abgeschieden.
  • Anschließend wird die Halbleiterschicht 31' am Boden des Grabens sowie im Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers entfernt, wodurch die Halbleiterschicht lediglich an den Seitenwänden des Grabens 103 verbleibt und dort den ersten Driftzonenabschnitt 130 bildet. Dies ist im Ergebnis in 37D dargestellt. Nach dem Zurückätzen der Halbleiterschicht 31' werden außerdem Dotierstoffe in die Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 implantiert, um die Sourcezone 11 herzustellen.
  • Während weiterer Verfahrensschritte, die in den 37E bis 37G dargestellt sind, wird das Gatedielektrikum 42 hergestellt. Die Herstellung dieses Gatedielektrikums 42 erfolgt beispielsweise mittels eines Oxidationsverfahrens. Um lediglich eine lokale Oxidation des Halbleiterkörpers zu erreichen, wird vor dem Oxidationsschritt eine Schutzschicht 301 hergestellt, die lediglich solche Bereiche des Halbleiterkörpers freilässt, an denen die Gatedielektrikumsschicht 42 hergestellt werden soll. Das Herstellen dieser Schutzschicht 301 umfasst bezugnehmend auf 37E das Herstellen einer ganzflächigen Schutzschicht sowohl im Graben 103 als auch an der Vorderseite des Halbleiterkörpers und bezugnehmend auf 37F ein lokales Entfernen dieser Schutzschicht im Bereich von Abschnitten der Seitenwand des Grabens, an denen die Gatedielektrikumsschicht 42 hergestellt werden soll. Dieses lokale Entfernen der Schutzschicht erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer Lackmaske, die oberhalb der Vorderseite auf die Schutzschicht 301 aufgebracht ist und die den Graben bis auf Höhe solcher Seitenwandbereiche auffüllt, an denen die Gatedielektrikumsschicht 43 hergestellt werden soll.
  • Bezugnehmend auf 37G erfolgt anschließend eine lokale Oxidation des Halbleiterkörpers an freiliegenden Bereichen der Seitenwände des Grabens, woraus die Gatedielektrikumsschicht 42 resultiert.
  • Bezugnehmend auf 37H wird anschließend die amorphe semiisolierende Halbleiterschicht 21 hergestellt. Die Herstellung dieser semiisolierenden Schicht 21 erfolgt bei diesem Beispiel derart, dass die Schicht lediglich den Boden und die Seitenwände des Grabens bedeckt, den Graben jedoch nicht vollständig auffüllt. Der Graben wird bei dem dargestellten Verfahren durch ein Füllmaterial 23 aufgefüllt, das bezugnehmend auf 37I zunächst ganzflächig abgeschieden wird und das bezugnehmend auf 37J anschließend soweit entfernt bzw. zurückgeätzt wird, dass es einen unteren Bereich des Grabens auffüllt, den Graben im Bereich des Gatedielektrikums 42 jedoch freilässt.
  • Bezugnehmend auf die 37K und 37L wird anschließend die Gateelektrode hergestellt. Hierzu werden aufeinanderfolgend zunächst zwei elektrisch leitende Schichten, wie z. B. eine Titanschicht 43A' und eine Aluminiumschicht 43B' abgeschieden. Diese beiden Schichten werden anschließend von Bereichen oberhalb der Vorderseite des Halbleiterkörpers entfernt. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Ätz- oder auch ein Polierverfahren, wie z.B. ein CMP-Verfahren.
  • Bezugnehmend auf 37M wird anschließend eine Isolationsschicht 61' hergestellt, die zumindest die Gateelektrode 43A, 43B abdeckt und die dazu dient, die Gateelektrode von der anschließend hergestellten Sourceelektrode 51 elektrisch zu isolieren. Anschließend wird beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens ein Kontaktloch zu der Sourcezone 11 und der Anschlusszone 44 hergestellt, wobei in diesem Kontaktloch in einem weiteren Verfahrensschritt die Sourceelektrode 51 hergestellt wird, was im Ergebnis in 36 dargestellt ist.
  • Bei den zuvor erläuterten Bauelementen, die eine Kanalsteuerschicht 21 aus einem semiisolierenden Material entlang der Driftzone 30 aufweisen, ist die Ausbildung eines leitenden Kanals, also eines Akkumulationskanals oder Inversionskanals, in der Driftzone 30 abhängig von der Austrittsarbeit des Materials der semiisolierenden Kanalsteuerschicht 21 und abhängig von der Dotierungskonzentration der Driftzone 30. Bei Ausführungsbeispielen von Transistoren, bei denen sich die semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 an die Gateelektrode 43 anschließt bzw. elektrisch an die Gateelektrode 43 angeschlossen ist, kann die semiisolierende Kanalsteuerschicht zumindest in dem unmittelbar an die Gateelektrode 43 anschließenden Abschnitt das elektrische Potential der Gateelektrode 43 annehmen, wodurch in diesem Bereich bei leitend angesteuertem Bauelement zusätzlich das Gatepotential zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Driftzone 30 beitragen kann. Die semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 ist allerdings beispielsweise so gewählt, dass sie einen hohen spezifischen Widerstand bzw. eine niedrige spezifische Leitfähigkeit besitzt, um Leckströme von der Gateelektrode 43 in die Driftzone 30 weitgehend zu reduzieren. Diese niedrige spezifische Leitfähigkeit der Kanalsteuerschicht 21 verhindert allerdings, dass die Kanalsteuerschicht 21 bei leitend angesteuertem Bauelement über einen Großteil ihrer Länge entlang der Driftzone 30 das Gatepotential annimmt, so dass die unterstützende Wirkung des Gatepotentials bei der Ausbildung des leitenden Kanals in der Driftzone 30 tatsächlich nur in einem eng begrenzten Bereich der Kanalsteuerschicht 21 im Anschluss an die Gateelektrode 43 vorhanden ist.
  • 38 veranschaulicht einen Querschnitt durch ein laterales Transistorbauelement, das auf den anhand der 9 bis 11 erläuterten Transistorbauelementen basiert. Die zu diesen Bauelementen gemachten Ausführungen gelten für das Bauelement gemäß 38 entsprechend, sofern nachfolgend nichts anderes angegeben ist. Dieses Bauelement weist neben der bereits zuvor erläuterten Kanalsteuerschicht 21, die nachfolgend als erste Kanalsteuerschicht bezeichnet wird, eine zweite Kanalsteuerschicht 24 aus einem semiisolierenden Material auf, das sich entsprechend der ersten Kanalsteuerschicht 21 entlang der Driftzone 30 des Bauelements erstreckt. Die erste Kanalsteuerschicht 21 ist hierbei zwischen der Driftzone 30 und der zweiten Kanalsteuerschicht 24 angeordnet. Die Driftzone 30 kann – wie bereits zuvor anhand mehrerer Bauelemente erläutert – einen ersten und einen zweiten Driftzonenabschnitt 31, 32 oder nur den zweiten Driftzonenabschnitt 32 aufweisen, wobei bei Vorhandensein des ersten Driftzonenabschnitts 31 die Austrittsarbeit der ersten Kanalsteuerschicht 21 so gewählt ist, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone 30 ausbildet, während nur bei Vorhandensein des zweiten Driftzonenabschnitts 32 die Austrittsarbeit so gewählt ist, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone 30 ausbildet. Optional (und daher gestrichelt dargestellt) ist zwischen der ersten Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 eine Dielektrikumsschicht 22 vorhanden, die mit dem Gatedielektrikum 42 als gemeinsame Schicht realisiert sein kann.
  • Die zweite semiisolierende Kanalsteuerschicht 24 kann aus dem gleichen Material wie die erste semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 bestehen oder kann aus einem anderen semiisolierenden Material als die erste Kanalsteuerschicht 21 bestehen. Grundsätzlich eignet sich für die zweite Kanalsteuerschicht 24 jedes der bereits zuvor genannten semiisolierenden Materialien, das zur Realisierung der ersten Kanalsteuerschicht 21 geeignet ist.
  • Die zweite Kanalsteuerschicht 24 schließt sich an die Gateelektrode 43 an bzw. ist elektrisch leitend an die Gateelektrode 43 angeschlossen. Bei dem in 38 dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch die erste semiisolierende Kanalsteuerschicht 21 an die Gateelektrode 43 angeschlossen. Dies ist allerdings lediglich optional, die erste Kanalsteuerschicht 21 könnte auch in Stromflussrichtung des Bauelements beabstandet zu der Gateelektrode 43 angeordnet sein.
  • Die zweite Kanalsteuerschicht kann sich in Stromflussrichtung bis an die Drainelektrode 52 erstrecken, bzw. kann an ihrem der Gateelektrode 43 abgewandten Ende elektrisch an die Drainelektrode 52 angeschlossen sein. Gleiches gilt für die erste Kanalsteuerschicht 21, wobei die beiden Kanalsteuerschichten 21, 24 unabhängig voneinander an die Drainelektrode 52 angeschlossen sein können oder nicht.
  • Aufgabe der zweiten Kanalsteuerschicht 24 ist es, das Gatepotential, also das elektrische Potential am Gateanschluss G bzw. der Gateelektrode 43, über einen möglichst weiten Teil der Länge der ersten Kanalsteuerschicht 21 in Stromflussrichtung des Bauelements zur Verfügung zu stellen, und zwar bei leitend angesteuertem Bauelement. Dieses elektrische Potential der zweiten Kanalsteuerschicht 24 wirkt über die erste Kanalsteuerschicht 21 und die optional vorhandene Dielektrikumsschicht 22 auf die Driftzone 30 und unterstützt so zusätzlich zu der ersten Kanalsteuerschicht 21 die Ausbildung eines leitenden Kanals in der Driftzone 30.
  • Um das elektrische Potential der Gateelektrode 43 über einen möglichst großen Teil Ihrer Länge zur Verfügung stellen zu können, besitzt die zweite Kanalsteuerschicht 24 einen im Vergleich zur ersten Kanalsteuerschicht 21 geringeren spezifischen Widerstand bzw. eine höhere spezifische Leitfähigkeit. Die "Länge" der zweiten Kanalsteuerschicht 24 ist deren Abmessung ausgehend von der Gateelektrode 43 in Stromflussrichtung bzw. entgegen der Stromflussrichtung des Bauelements.
  • Ebenso wie die Struktur und die Austrittsarbeit einer semiisolierenden Schicht, lässt sich auch die spezifische Leitfähigkeit einer semiisolierenden Schicht, wie beispielsweise der ersten und zweiten Kanalsteuerschichten 21, 24, über die Abscheidebedingungen bei deren Herstellung einstellen. So lässt sich beispielsweise die spezifische Leitfähigkeit einer DLC-Schicht abhängig von den Abscheidebedingungen problemlos um mehrere Größenordnungen variieren. Durch geeignete Wahl der Abscheidebedingungen können die erste und die zweite Kanalsteuerschicht 21, 24 also so realisiert werden, dass sie bezüglich ihrer Struktur bzw. Materialzusammensetzungen grundsätzlich gleiche Schichten sind, sich jedoch wesentlich bezüglich ihrer spezifischen Leitfähigkeit, und zwar um bis zu mehreren Größenordnungen (wobei eine Größenordnung 101 entspricht) unterscheiden.
  • Der Einfluss der spezifischen Leitfähigkeiten σ1 der ersten Kanalsteuerschicht 21 und σ2 der zweiten Kanalsteuerschicht 24 auf die Potentialverteilung in der zweiten Kanalsteuerschicht 24 wird nachfolgend anhand von 39 erläutert. Diese spezifischen Leitfähigkeiten σ1, σ2 und die Dicken d1 der ersten Kanalsteuerschicht 21 und d2 der zweiten Kanalsteuerschicht 24 definieren eine Abklingkonstante a, mit:
    Figure DE102010030179B4_0005
    wobei die Dicken d1, d2 der Kanalsteuerschichten 21, 24 deren Abmessungen in einer Richtung senkrecht zur Stromflussrichtung bzw. senkrecht zu dem Halbleiterkörper 100 sind.
  • Die Abklingkonstante a ist ein Maß dafür, wie stark ein an einem Ende der zweiten Kanalsteuerschicht 24 angelegtes elektrisches Potential über deren Länge abnimmt. 39 veranschaulicht die Abnahme dieses elektrischen Potentials für drei unterschiedliche Szenarien. In 39 ist das Verhältnis V(x)/VG zwischen dem elektrischen Potential V(x) der zweiten Kanalsteuerschicht 24 an einer Position x im Verhältnis zu dem elektrischen Potential VG der Gateelektrode 43 über der Länge der zweiten Kanalsteuerschicht 24 aufgetragen. Bezugnehmend auf 38 entspricht die Position mit der x-Koordinate 0 der Position des der Gateelektrode 43 zugewandt Endes der zweiten Kanalsteuerschicht 24, d.h. des Endes, an dem die zweite Kanalsteuerschicht 24 an die Gateelektrode 43 angeschlossen ist bzw. an dem das Gatepotential in die zweite Kanalsteuerschicht 24 eingekoppelt wird. Die Position mit der x-Koordinate L bezeichnet die Position des der Gateelektrode 43 abgewandten Endes der Kanalsteuerschicht 24. L ist die Gesamtlänge der zweiten Kanalsteuerschicht 24 in Stromflussrichtung.
  • Dargestellt sind in 39 drei unterschiedliche Kurven, eine erste Kurve, die für eine erste Abklingkonstante a = a1 bei einer ersten Randbedingung (RB1) ermittelt wurde, eine zweite Kurve, die für eine zweite Abklingkonstante a = a2 für die erste Randbedingung (RB1) ermittelt wurde, und eine dritte Kurve, die für die zweite Abklingkonstante a = a2 für eine zweite Randbedingung (RB2) ermittelt wurde. Die erste Randbedingung (RB1) repräsentiert den Fall, bei dem die zweite Kanalsteuerschicht 24 an ihrem der Gateelektrode 43 abgewandten Ende floatend angeordnet, d.h. nicht an die Drainelektrode 53 angeschlossen ist. Die zweite Randbedingung (RB2) repräsentiert den Fall, bei dem die zweite Kanalsteuerschicht 24 an ihrem der Gateelektrode 43 abgewandten Ende an die Drainelektrode 52 angeschlossen ist. Für die Abklingkonstanten a1, a2 gilt: a1 < a2.
  • Wie anhand von 39 ersichtlich ist, nimmt das elektrische Potential der zweiten Kanalsteuerschicht 24 ausgehend von deren erstem Ende rasch ab, wenn die kleine Abklingkonstante a = a1 vorhanden ist. Eine solche kleine Abklingkonstante liegt bezugnehmend auf 8 insbesondere dann vor, wenn das Verhältnis σ2/σ1 zwischen der zweiten und der ersten spezifischen Leitfähigkeit klein ist, also wenn die zweite spezifische Leitfähigkeit σ2 nicht wesentlich größer ist als die erste spezifische Leitfähigkeit σ1. Für die größere Abklingkonstante a = a2 nimmt das elektrische Potential über der Länge der zweiten Kanalsteuerschicht 24 nicht wesentlich (im vorliegenden Fall nur um etwa 10%) ab.
  • Die in 39 dargestellten Kurven wurden anhand von Simulationen für ein Transistorbauelement ermittelt, das eine Driftzone 30 mit einem ersten und einem zweiten Driftzonenabschnitt aufweist, bei dem die Dotierungskonzentration des zweiten Driftzonenabschnitts 32 so gewählt ist, dass diese eine Dotierungskonzentration von 1·1014 cm–3 aufweist, was einem spezifischen Widerstand von 43 Ωcm entspricht, und die einen ersten p-dotierten Driftzonenabschnitt 31 mit einer Implantationsdosis von 5·1011 cm–2 und eine Bodyzone 41 mit einer Implantationsdosis 5·1012 cm–2 aufweist. Die Simulation wurde für semiisolierende Kanalsteuerschichten 21, 24 aus DLC mit einer Dicke d1 = 200nm der ersten Kanalsteuerschicht 21 und d2 = 500nm der zweiten Kanalsteuerschicht 24 durchgeführt. Die Länge L der zweiten Kanalsteuerschicht 24 betrug L = 50 µm.
  • Die erste Abklingkonstante a = a1 repräsentiert den Fall, bei dem die spezifischen Leitfähigkeiten σ1, σ2 der Kanalsteuerschichten 21, 24 gleich gewählt sind. In diesem Fall beträgt die Abklingkonstante a1 = 0,32µm, das Verhältnis a/L zwischen der Abklingkonstante und der Länge L ist in diesem Fall kleiner als 1% (0,64%) bzw. das Verhältnis zwischen der Länge L und der Abklingzeitkonstante ist größer als 100 (156,25).
  • Die zweite Abklingkonstante a2 beträgt bei dem Beispiel 100µm und wird dadurch erhalten, dass die spezifischen Leitfähigkeiten so eingestellt werden, dass σ2/σ1 = 105 gilt. Wie bereits zuvor erläutert, lässt sich über die Abscheidebedingungen die spezifische Leitfähigkeit einer semiisolierenden Schicht, insbesondere einer DLC-Schicht, problemlos über einen Bereich von mehreren Größenordnungen variieren. Für das Verhältnis a/L gilt im zweiten Fall a/L = 2 bzw. es gilt L/a = 0,5.
  • Ein geringer Leckstrom von der Gateelektrode 43 über die erste und zweite Kanalsteuerschicht 21, 24 in die Driftzone kann dadurch erreicht werden, dass der Absolutwert der spezifischen Leitfähigkeit der ersten Kanalsteuerschicht möglichst klein gewählt wird. So ist bei einem Beispiel vorgesehen, dass die spezifische Leitfähigkeit der ersten Kanalsteuerschicht 21 kleiner oder gleich 1·10–10 Ωcm–1 ist und insbesondere kleiner oder gleich 1·10–13 Ωcm–1 ist.
  • Ist die zweite Kanalsteuerschicht 24 bei einer großen Abklingkonstante, wie beispielsweise a2, an die Drainelektrode 52 angeschlossen, ist ein Leckstrom von der zweiten Kanalsteuerschicht 24 durch die erste Kanalsteuerschicht 21 in die Driftzone 30 vernachlässigbar, und die zweite Kanalsteuerschicht 24 wirkt im Wesentlichen wie ein ohmscher Widerstand, über dem die Potentialdifferenz zwischen dem Gatepotenzial und dem Drainpotenzial annähernd linear abfällt, wie dies in 39 für die Kurve mit a = a2 und der zweiten Randbedingung (RB2) ermittelt wurde. Bei dieser Darstellung wird angenommen, dass bei leitendem Bauelement das Drainpotential wesentlich geringer als das Gatepotential ist. Das Gatepotential Betrug für die Ermittlung der in 39 dargestellten Kurven 10V relativ zum Sourcepotential.
  • 40 veranschaulicht für die Randbedingung RB1, also für ein floatendes Ende der zweiten Kanalsteuerschicht 24 das elektrische Potential V(L) an diesem Ende der Kanalsteuerschicht 24 in Verhältnis zum Gatepotential VG, und zwar abhängig von dem Verhältnis zwischen der Länge L der zweiten Kanalsteuerschicht 24 und der Abklingkonstante a. wie anhand von 4 ist, beträgt das elektrische Potential V(L) der zweiten Kanalsteuerschicht 24 an deren der Gateelektrode 43 abgewandtem Ende für L/a = 1,5 nur noch etwa 50% des Gatepotentials VG, für L/a von 2 nur noch etwa 30% des Gatepotentials VG, und für L/a = 3 nur noch etwa 10% des Gatepotentials VG, während für L/a = 0,5 das Potential V(L) der zweiten Kanalsteuerschicht 24 noch etwa 90% des Gatepotentials VG beträgt. Bei einem Beispiel ist daher vorgesehen, dass die Abklingkonstante a derart an die Länge L der zweiten Kanalsteuerschicht 24 angepasst ist, dass L/a zwischen 0,01 und 2, und insbesondere zwischen 0,1 und 1 liegt.
  • Von den Parametern, die das Verhältnis L/a beeinflussen, sind die spezifischen Leitfähigkeiten der ersten und zweiten Kanalsteuerschicht 21, 24 die Parameter, die sinnvoller Weise über den weitesten Bereich variiert werden können. Das Verhältnis der Dicken d1/d2 der ersten und zweiten Kanalsteuerschichten 21, 24 liegt insbesondere aus technischen Gründen üblicherweise im Bereich zwischen 1:20 und 20:1, insbesondere zwischen 1:1 und 1:10. Die Länge der zweiten Kanalsteuerschicht 24, die annäherungsweise der Länge der Driftzone 30 entspricht, ist abhängig von der gewünschten Spannungsfestigkeit des Bauelements und liegt beispielsweise zwischen 10µm und 600µm. Das Verhältnis der Dicken der ersten und zweiten Kanalsteuerschichten 21, 24, wie auch die Länge L der zweiten Kanalsteuerschicht 24 variiert also im Bereich von etwa ein bis zwei Größenordnung, während die spezifischen Leitfähigkeiten im Bereich von bis zu zehn Größenordnungen variieren können. Hinreichend ist damit die Bedingung, dass die spezifische Leitfähigkeit σ2 der zweiten Kanalsteuerschicht 24 zwischen dem 102-fachen und dem 1010-fachen der spezifischen Leitfähigkeit σ1 der ersten Kanalsteuerschicht 21 beträgt.
  • Anzumerken ist in diesem Zusammenhang, dass unter einer semiisolierenden Schicht im Zusammenhang mit der vorliegenden Beschreibung eine Schicht zu verstehen ist, deren spezifische Leitfähigkeit zwischen 10–15 Ωcm–1 und 10–3 Ωcm–1 liegt.
  • Eine zweite Kanalsteuerschicht 24, wie sie anhand von 38 erläutert wurde, ist selbstverständlich nicht darauf beschränkt, bei einem lateralen Transistor mit herkömmlicher Gatestruktur, d.h. einer Gateelektrode 43 und einem Gatedielektrikum 42 vorgesehen zu werden. Eine solche zweite Kanalsteuerschicht 24 kann bei jedem der zuvor erläuterten Transistorbauelemente zusätzlich zu der ersten Kanalsteuerschicht 21 vorgesehen werden, wobei die zweite Kanalsteuerschicht 24 sich an die jeweilige Gateelektrode anschließt bzw. elektrisch leitend an diese angeschlossen ist und wobei die erste Kanalsteuerschicht 21 zwischen der zweiten Kanalsteuerschicht 24 und der Driftzone 30 angeordnet ist. Die zuvor gemachten Ausführungen bezüglich der zweiten Kanalsteuerschicht 24 im Hinblick auf deren Materialeigenschaften, deren spezifische Leitfähigkeit und deren Dicke absolut und im Verhältnis zu der spezifischen Leitfähigkeit und bezüglich der Dicke der ersten Kanalsteuerschicht 21 gelten für andere Bauelemente entsprechend. Einige Beispiele solcher Bauelemente sind nachfolgend noch erläutert.
  • 41 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines lateralen Transistors, der sich von dem in 40 dargestellten dadurch unterscheidet, dass sich die erste und zweite Kanalsteuerschicht 21, 24 bis unter die Gateelektrode 43 erstrecken und damit zwischen der Gateelektrode 43 und dem Gatedielektrikum 42 angeordnet sind. Das Bauelement gemäß 41 ist eine Abwandlung gegenüber dem Bauelement gemäß 29, wobei bei dem Bauelement gemäß 41 zusätzlich die zweite Kanalsteuerschicht 24 vorhanden ist. Das Gatedielektrikum 42 ist bei dem Bauelement gemäß 29 nicht dargestellt, könnte aber dort ebenso zusätzlich zu der semiisolierenden Gatesteuerschicht vorhanden sein.
  • 42 zeigt eine Abwandlung des in 30 dargestellten lateralen Transistors, bei dem anstelle eines herkömmlichen Gatedielektrikums eine semiisolierende Schicht 46 zwischen der Gateelektrode 43 und der Bodyzone 41 angeordnet ist. Diese semiisolierende Schicht 46 und die erste Kanalsteuerschicht 21 können als gemeinsame Schicht realisiert sein, d.h. können dieselben Materialeigenschaften besitzen. Zusätzlich zu der ersten Kanalsteuerschicht 21 ist bei dem Bauelement gemäß 42 die zweite Kanalsteuerschicht 24 vorhanden, die sich an die Gateelektrode 43 anschließt bzw. die elektrisch an die Gateelektrode 43 angeschlossen ist.
  • Die höher dotierte Zone 45 in der Bodyzone 41 ist – wie auch bei allen anderen zuvor erläuterten Bauelementen – optional vorhanden. Gleiches gilt für den ersten Driftzonenabschnitt 31. Optional kann zwischen der ersten Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30 eine Dielektrikumsschicht (nicht dargestellt) entsprechend der zuvor erläuterten Dielektrikumsschichten 22 vorgesehen sein.
  • 43 zeigt ein vertikales Transistorbauelement, das gegenüber dem in 35 dargestellten vertikalen Transistorbauelement dahingehend abgewandelt ist, dass zusätzlich zu der ersten Kanalsteuerschicht 21 die zweite Kanalsteuerschicht 24 vorhanden ist. Die Füllmaterialschicht 23 ist – wie auch bei dem Bauelement gemäß 35 – optional vorhanden. Gleiches gilt für eine Dielektrikumsschicht 22 zwischen der ersten Kanalsteuerschicht 21 und der Driftzone 30.
  • In entsprechender Weise, wie dies für die Bauelemente gemäß der 38, 41 und 43 erläutert wurde, kann eine zweite Kanalsteuerschicht 24 auch bei jedem anderen der zuvor erläuterten Transistorbauelemente vorgesehen werden, so z.B. auch bei Seitenwandtransistoren, wie beispielsweise dem Seitenwandtransistor gemäß 31 und den übrigen Seitenwandtransistoren.
  • Bei den zuvor anhand der 38 bis 42 erläuterten Beispielen, schließt sich die zweite Kanalsteuerschicht 42 unmittelbar an, so dass die spezifische Leitfähigkeit am Übergang von der ersten zu der zweiten Kanalsteuerschicht 21, 24 abrupt zunimmt. Dieser Übergang kann allerdings auch langsam erfolgen. In diesem Fall ist zwischen der ersten und der zweiten Kanalsteuerschicht 21, 24 wenigstens eine weitere semiisolierende Kanalsteuerschicht (nicht dargestellt), deren spezifische Leitfähigkeit zwischen der ersten spezifischen Leitfähigkeit der ersten Kanalsteuerschicht 21 und der zweiten spezifischen Leitfähigkeit der zweiten Kanalsteuerschicht 24 liegt. Bei einem weiteren Beispiel sind mehrere solcher semiisolierender Zwischenschichten vorhanden, die so gewählt sind, dass die spezifischen Leitfähigkeiten ausgehend von der ersten Kanalsteuerschicht in Richtung der zweiten Kanalsteuerschicht von Zwischenschicht zu Zwischenschicht zunehmen. Die Zwischenschicht kann auch so gewählt werden, dass die spezifische Leitfähigkeit in der Zwischenschicht von der ersten spezifischen Leitfähigkeit an der Grenzfläche zu der ersten Kanalsteuerschicht 21 kontinuierlich zu der zweiten spezifischen Leitfähigkeit an der Grenzfläche zu der zweiten Kanalsteuerschicht 24 zunimmt.
  • Abschließend sei darauf hingewiesen, dass Merkmale, die im Zusammenhang mit einer der zuvor beschriebenen Figuren erläutert wurden, selbstverständlich auch dann mit Merkmalen aus anderen Figuren kombiniert werden können, wenn dies in der voranstehenden Erläuterung nicht explizit erwähnt wurde.

Claims (24)

  1. Halbleiterbauelement, das aufweist: eine Driftzone (30), die zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlusszone (11, 12) angeordnet ist und die n-dotiert oder p-dotiert ist, wobei die erste und zweite Anschlusszone vom selben Leitungstyp sind; eine erste Kanalsteuerschicht (21) aus einem amorphen oder nanokristallinen semiisolierenden Material, die benachbart zu der Driftzone (30) angeordnet ist, wobei eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und eine Dotierungskonzentration der Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone (30) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet, indem für eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) qΦa ≤ Eg + qχ – qψs(inv) – (EF – EV) gilt, wenn die Driftzone (30) p-dotiert ist, und qΦa ≥ qχ – qψs(inv) + (EC – EF) gilt, wenn die Driftzone (30) n-dotiert ist, oder wobei die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und die Dotierungskonzentration der Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone (30) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet, indem für die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) qΦa < qχ + (EC – EF), gilt, wenn die Driftzone (30) n-dotiert ist, und qΦa > Eg + qχ – (EF – EV) gilt, wenn die Driftzone (30) p-dotiert ist, wobei qΦa die Austrittsarbeit, Eg der Bandabstand des Halbleitermaterials, ψs das Kontaktpotenzial, ab dem eine starke Inversion einsetzt, EF das Ferminiveau, EC das Energieniveau des Leistungsbandes, EV das Energieniveau der Valenzbandkante, χ die Elektronaffinität und q die Elementarladung ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die erste Kanalsteuerschicht (21) aus einem der folgenden Materialien besteht oder wenigstens eines der folgenden Materialien aufweist: dotiertes oder undotiertes amorphes oder nanokristallines Silizium (aSi, NCSi), dotiertes oder undotiertes amorphes oder nanokristallines Siliziumkarbid (aSiC, NCSiC), amorpher diamantartiger Kohlenstoff (DLC) oder nanokristalliner Diamant (NCD), semiisolierendes Polysilizium (SIPOS).
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem eine Dotierung der Driftzone (30) und eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) so aufeinander abgestimmt sind, dass die Austrittsarbeit mindestens 65% einer Barrierenhöhe ΦBp beträgt, die für eine p-dotierte Driftzone (30) gegeben ist durch: ΦBp = ψs(inv) + EF – EV und die für eine n-dotierte Driftzone gegeben ist durch: ΦBn = ψs(inv) + EC – EF, wobei ψs(inv) jeweils das für eine starke Inversion erforderliche Kontaktpotential, EF das Ferminiveau, EV das Energieniveau des Valenzbandes und EC das Energieniveau des Leitungsbandes ist.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Kanalsteuerschicht (21) sich unmittelbar an die Driftzone (30) anschließt.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem eine Dielektrikumsschicht (22) zwischen der ersten Kanalsteuerschicht (21) und der Driftzone (30) angeordnet ist.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftzone (30) einen ersten Driftzonenabschnitt (31) eines ersten Leitungstyps und einen zweiten Driftzonenabschnitt (32) eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyp aufweist, wobei der erste Driftzonenabschnitt zwischen dem zweiten Driftzonenabschnitt (32) und der ersten Kanalsteuerschicht (21) angeordnet ist.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und die Dotierungskonzentration des Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich der Inversionskanal in dem ersten Driftzonenabschnitt (31) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die erste Kanalsteuerschicht (21) sich unmittelbar an den ersten Driftzonenabschnitt (31) anschließt.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6 oder 7, bei dem eine Dielektrikumsschicht (22) zwischen der ersten Kanalsteuerschicht (21) und dem ersten Driftzonenabschnitt (31) angeordnet ist.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das als Transistor ausgebildet ist, bei dem die erste Anschlusszone (11) eine Sourcezone und die zweite Anschlusszone eine Drainzone (12) bilden und der eine Steuerstruktur (40) aufweist, mit einer zwischen der Driftzone (30) und der Sourcezone (11) angeordneten Bodyzone (41), und einer benachbart zu der Bodyzone (41) angeordneten Gateelektrode (43).
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, bei dem die Steuerstruktur (40) eine zwischen der Gateelektrode (43) und der Bodyzone (41) angeordnete Dielektrikumsschicht (42) aufweist.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, bei dem die Steuerstruktur (40) eine zwischen der Gateelektrode (43) und der Bodyzone (41) angeordnete amorphe oder nanokristalline semiisolierende Schicht (46) aufweist.
  13. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, bei dem die amorphe oder nanokristalline semiisolierende Schicht (46) und die erste Kanalsteuerschicht (21) durch eine gemeinsame Schicht gebildet sind.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Driftzone (30), die erste Anschlusszone (11) und die zweite Anschlusszone (12) in einem Halbleiterkörper (100) angeordnet sind, und bei dem die erste und die zweite Anschlusszone (11, 12) in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zueinander angeordnet sind.
  15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, bei dem die erste Kanalsteuerschicht (21) oberhalb einer ersten Seite des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist.
  16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, bei dem die erste Kanalsteuerschicht (21) in einem Graben des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Driftzone (30), die erste Anschlusszone (11) und die zweite Anschlusszone (12) in einem Halbleiterkörper (100) angeordnet sind, bei dem die erste und die zweite Anschlusszone (11, 12) in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zueinander angeordnet sind, und bei dem die erste Kanalsteuerschicht (21) in einem Graben des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist.
  18. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) kleiner als 4,07eV ist.
  19. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 10 bis 18, das weiterhin aufweist: eine zweite Kanalsteuerschicht (24) aus einem amorphen oder nanokristallinen semiisolierenden Material, die benachbart zu der Driftzone (30) angeordnet ist und die an einem ersten Ende an die Gateelektrode (43) angeschlossen ist, wobei die erste Kanalsteuerschicht (21) zwischen der zweiten Kanalsteuerschicht (24) und der Driftzone (30) angeordnet ist, und wobei die zweite Kanalsteuerschicht (24) eine höhere spezifische Leitfähigkeit als die erste Kanalsteuerschicht (21) besitzt.
  20. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19, bei dem die zweite Kanalsteuerschicht (24) an einem zweiten Ende an die Drainzone (12) angeschlossen ist.
  21. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19 oder 20, bei dem ein Verhältnis zwischen der spezifischen Leitfähigkeit der zweiten Kanalsteuerschicht (21) und der spezifischen Leitfähigkeit der ersten Kanalsteuerschicht (24) zwischen 102 und 1010 beträgt.
  22. Halbleiterbauelement nach Anspruch 19 oder 20, bei dem die erste und die zweite Kanalsteuerschicht (21, 24) so aufeinander abgestimmt sind, dass ein Verhältnis L/a zwischen einer Länge L der zweiten Kanalsteuerschicht und einer Abklingkonstante a zwischen 0,01 und 1,5 oder zwischen 0,1 und 1 liegt, wobei
    Figure DE102010030179B4_0006
    und d1 die Dicke der ersten Kanalsteuerschicht (21), d2 die Dicke der zweiten Kanalsteuerschicht (24), σ1 die spezifische Leitfähigkeit der ersten Kanalsteuerschicht (21) und σ2 die spezifische Leitfähigkeit der zweiten Kanalsteuerschicht (24) ist.
  23. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 19 bis 22, bei dem wenigstens eine weitere Kanalsteuerschicht aus einem amorphen oder nanokristallinen semiisolierenden Material zwischen der ersten und der zweiten Kanalsteuerschicht (21, 24) angeordnet ist, das eine spezifische Leitfähigkeit besitzt, die zwischen der spezifischen Leitfähigkeit der ersten Kanalsteuerschicht (21) und der spezifischen Leitfähigkeit der zweiten Kanalsteuerschicht (24) liegt.
  24. Schottkydiode, die aufweist: eine Driftzone (30), die zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlusszone (11, 12) angeordnet ist und die n-dotiert oder p-dotiert ist, wobei die erste Anschlusszone (11) eine Schottkymetallzone und die zweite Anschlusszone (12) eine Halbleiterzone ist, die sich jeweils an die Driftzone (30) anschließen; eine erste Kanalsteuerschicht (21) aus einem amorphen oder nanokristallinen semiisolierenden Material, die benachbart zu der Driftzone (30) angeordnet ist, wobei eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und eine Dotierungskonzentration der Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Inversionskanal in der Driftzone (30) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet, indem für eine Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) qΦa ≤ Eg + qχ – qψs(inv) – (EF – EV) gilt, wenn die Driftzone (30) p-dotiert ist, und qΦa ≥ qχ – qψs(inv) + (EC – EF) gilt, wenn die Driftzone (30) n-dotiert ist, oder wobei die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) und die Dotierungskonzentration der Driftzone (30) so aufeinander abgestimmt sind, dass sich ein Akkumulationskanal in der Driftzone (30) entlang der ersten Kanalsteuerschicht (21) ausbildet, indem für die Austrittsarbeit des Materials der ersten Kanalsteuerschicht (21) qΦa < qχ + (EC – EF), gilt, wenn die Driftzone (30) n-dotiert ist, und qΦa > Eg + qχ – (EF – EV) gilt, wenn die Driftzone (30) p-dotiert ist, wobei qΦa die Austrittsarbeit, Eg der Bandabstand des Halbleitermaterials, ψs das Kontaktpotenzial, ab dem eine starke Inversion einsetzt, EF das Ferminiveau, EC das Energieniveau des Leistungsbandes, EV das Energieniveau der Valenzbandkante, χ die Elektronaffinität und q die Elementarladung ist.
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