DE102012217626A1 - Halbleiterbauelement mit selbstladenden Feldelektroden - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrodenstruktur und ein Verfahren zum Herstellen einer Feldelektrode in einem Halbleiterkörper. Das Halbleiterbauelement umfasst: ein Driftgebiet (11) eines ersten Dotierungstyps; einen Übergang (12) zwischen dem Driftgebiet (11) und einem Bauelementgebiet (13); und wenigstens eine Feldelektrodenstruktur (20) in dem Driftgebiet (11), wobei die wenigstens eine Feldelektrodenstruktur (20) aufweist: eine Feldelektrode (21); ein Feldelektrodendielektrikum (22), das an die Feldelektrode (21) angrenzt und das zwischen der Feldelektrode (21) und dem Driftgebiet (11) angeordnet ist und das eine Öffnung (26) aufweist; und wenigstens ein Feldstoppgebiet (23) des ersten Dotierungstyps und höher dotiert als das Driftgebiet (11), wobei das Feldstoppgebiet (23) die Feldelektrode (21) durch die Öffnung (26) des Feldelektrodendielektrikums (22) an das Driftgebet (11) anschließt, oder ein Generationsgebiet (50), das die Feldelektrode (21) durch die Öffnung (26) des Feldelektrodendielektrikums (22) an das Driftgebiet (11) anschließt, oder das in der Feldelektrode (21) angeordnet ist.

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement.
  • Leistungshalbleiterbauelemente, wie beispielsweise Leistungs-MOS-(Metal-Oxide-Semiconductor)-Transistoren oder Leistungsdioden umfassen ein Driftgebiet und einen pn-Übergang zwischen dem Driftgebiet und einem Bodygebiet in einem MOS-Transistor und zwischen dem Driftgebiet und einem Emittergebiet in einer Diode. Die Dotierungskonzentration des Driftgebiets ist niedriger als die Dotierungskonzentration des Body- und Emittergebiets, so dass ein Verarmungsgebiet (Raumladungsgebiet) sich hauptsächlich in dem Driftgebiet ausbreitet, wenn das Bauelement sperrt, also wenn der pn-Übergang in Rückwärtsrichtung gepolt ist.
  • Die Abmessung des Driftgebiets in einer Stromflussrichtung des Bauelements und die Dotierungskonzentration des Driftgebiets bestimmen hauptsächlich die Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements. In einem unipolaren Bauelement, wie beispielsweise einem Leistungs-MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) bestimmt die Dotierungskonzentration des Driftgebiets auch den Einschaltwiderstand des Bauelements, also den elektrischen Widerstand des Halbleiterbauelements im Ein-Zustand.
  • Wenn der pn-Übergang in Rückwartsrichtung gepolt ist, werden Dotierstoffatome auf beiden Seiten des pn-Übergangs ionisiert, was zu einer Raumladungszone führt, die mit einem elektrischen Feld in Verbindung steht. Das Integral des Betrags der Feldstärke des elektrischen Felds entspricht der Spannung, die den pn-Übergang in Rückwärtsrichtung polt, wobei das Maximum des elektrischen Felds am pn-Übergang vorliegt. Ein Lawinendurchbruch tritt auf, wenn das Maximum des elektrischen Felds eine kritische Feldstärke erreicht, die abhängig ist von der Art des Halbleitermaterials, das zum Realisieren des Driftgebiets verwendet wird.
  • Die Dotierungskonzentration des Driftgebiets kann erhöht werden, ohne die Spannungsfestigkeit des Bauelements zu reduzieren, wenn Ladungen in dem Driftgebiet bereitgestellt werden, die als Gegenladungen zu ionisierten Dotieratomen in dem Driftgebiet vorhanden sind, wenn der pn-Übergang in Rückwärtsrichtung gepolt ist, so dass sich kein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet ausbreitet.
  • Gemäß einem bekannten Konzept werden Feldelektroden oder Feldplatten in dem Driftgebiet vorgesehen, die durch ein Feldelektrodendielektrikum gegenüber dem Driftgebiet isoliert sind. Diese Feldelektroden können die benötigten Gegenladungen liefern.
  • Gemäß einem bekannten Konzept sind diese Feldelektroden elektrisch an ein festes elektrisches Potential, wie beispielsweise Gate- oder Sourcepotential in einem MOSFET, angeschlossen. Dies kann allerdings zu einer hohen Spannung zwischen der Feldelektrode und solchen Gebieten des Driftgebiets nahe dem Draingebiet in einem MOSFET führen, so dass ein dickes Feldelektrodendielektrikum benötigt würde. Ein dickes Feldelektrodendielektrikum reduziert allerdings den gewünschten Kompensationseffekt.
  • Gemäß einem weiteren bekannten Konzept sind mehrere Feldelektroden beabstandet zueinander in einer Stromflussrichtung des Driftgebiets angeordnet, und diese Feldelektroden sind an verschiedene Spannungsquellen angeschlossen, um diese Feldelektroden auf unterschiedliche Potentiale vorzuspannen. Das Realisieren der Spannungsquellen ist allerdings schwierig.
  • Gemäß noch einem weiteren bekannten Konzept sind die Feldelektroden über eine Kontaktelektrode, die oberhalb eines Halbleiterkörpers angeordnet ist, elektrisch an ein dotiertes Halbleitergebiet desselben Dotierungstyps wie das Driftgebiet angeschlossen. Dieses ”Kopplungsgebiet” ist durch ein Halbleitergebiet eines komplementären Dotierungstyps wenigstens teilweise gegenüber dem Driftgebiet abgeschirmt.
  • Daher besteht die Aufgabe darin, ein Halbleiterbauelement mit einem reduzierten Einschaltwiderstand und einer erhöhten Spannungsfestigkeit zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Halbleiterbauelement gemäß Anspruch 1 und durch Verfahren gemäß der Ansprüche 24 und 30.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Driftgebiet eines ersten Dotierungstyps, einem Übergang zwischen dem Driftgebiet und einem Bauelementgebiet und wenigstens einer Feldelektrodenstruktur in dem Driftgebiet. Die Feldelektrodenstruktur umfasst eine Feldelektrode, ein Feldelektrodendielektrikum, das zwischen der Feldelektrode und dem Driftgebiet angeordnet ist und das eine Öffnung aufweist, und ein Feldstoppgebiet des ersten Dotierungstyps das höher dotiert ist als das Driftgebiet, wobei das Feldstoppgebiet die Feldelektrode durch die Öffnung des Feldelektrodendielektrikums an das Driftgebiet anschließt.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Driftgebiet eines ersten Dotierungstyps, einem Übergang zwischen dem Driftgebiet und einem Bauelementgebiet und wenigstens einer Feldelektrodenstruktur in dem Driftgebiet. Die Feldelektrodenstruktur umfasst eine Feldelektrode, ein Feldelektrodendielektrikum, das an die Feldelektrode angrenzt und zwischen der Feldelektrode und dem Driftgebiet angeordnet ist und das eine Öffnung aufweist, und ein Generationsgebiet, das die Feldelektrode durch die Öffnung des Feldelektrodendielektrikums an das Driftgebiet anschließt oder das in der Feldelektrode angeordnet ist.
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper. Das Verfahren umfasst das Herstellen eines Grabens in dem Halbleiterkörper, das Herstellen einer ersten Dielektrikumsschicht an Seitenwänden des Grabens, das Herstellen einer zweiten Dielektrikumsschicht an einem Boden des Grabens und das Herstellen einer ersten Polysiliziumschicht mit einer Oberfläche auf der zweiten Dielektrikumsschicht. Das Verfahren umfasst außerdem das Herstellen eines Hohlraums im Bereich der Oberfläche der Polysiliziumschicht, wobei sich der Hohlraum durch die erste Dielektrikumsschicht erstreckt, um Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers freizulegen, und das Wachsen eines monokristallinen Halbleitermaterials auf den freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers in dem Hohlraum und einer zweiten Polysiliziumschicht auf der ersten Polysiliziumschicht. Die ersten und zweiten Polysiliziumschichten bilden eine Feldelektrode und die erste Dielektrikumsschicht unterhalb des Hohlraums und die erste Dielektrikumsschicht bilden ein Feldelektrodendielektrikum.
  • Ein drittes Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper. Das Verfahren umfasst das Herstellen eines Grabens, der sich von einer ersten Oberfläche in eine erste Halbleiterschicht erstreckt, das Herstellen einer ersten Dielektrikumsschicht an Seitenwänden des Grabens, das Herstellen einer zweiten Dielektrikumsschicht, an einem Boden des Grabens und das Herstellen einer Feldelektrode in dem Graben, wobei die Feldelektrode den Graben nicht vollständig auffüllt. Das Verfahren umfasst außerdem das Wachsen einer zweiten Halbleiterschicht auf freiliegenden Abschnitten der ersten Halbleiterschicht auf der ersten Oberfläche, wobei die zweite Halbleiterschicht auch die erste Dielektrikumsschicht auf der ersten Oberfläche überdeckt, wobei die zweite Halbleiterschicht eine Öffnung oberhalb des Grabens freilässt, und das Wachsen einer dritten Halbleiterschicht auf der zweiten Halbleiterschicht, wobei die dritte Halbleiterschicht den Graben verschließt und einen Hohlraum oberhalb der Feldelektrode freilässt.
  • Beispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, so dass nur solche Aspekte, die zum Verständnis des Grundprinzips notwendig sind, dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • 3 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
  • 4 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
  • 5 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
  • 6 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
  • 7 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel;
  • 8 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem achten Ausführungsbeispiel;
  • 9 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel;
  • 10 veranschaulicht Äquipotentiallinien in einem Halbleiterbauelement im Bereich der Feldelektrodenstruktur, wenn das Bauelement sperrt;
  • 11 veranschaulicht eine streifenförmige Feldelektrodenstruktur;
  • 12 veranschaulicht eine säulenförmige Feldelektrodenstruktur;
  • 13 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, das mehrere Feldelektrodenstrukturen aufweist, die in einer Stromflussrichtung des Halbleiterbauelements hintereinander angeordnet sind;
  • 14 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem zweite Ausführungsbeispiel, das mehrere Feldelektrodenstrukturen aufweist, die in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung versetzt zueinander angeordnet sind;
  • 15 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements mit mehreren Feldelektrodenstrukturen;
  • 16 (die 16A bis 16D umfasst) veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Feldelektrode und eines Feldelektrodendielektrikums der Feldelektrodenstruktur;
  • 17 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als Transistor ausgebildet ist;
  • 18 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als Transistor ausgebildet ist;
  • 19 veranschaulicht ein drittes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als Transistor ausgebildet ist;
  • 20 veranschaulicht ein viertes Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als Transistor ausgebildet ist;
  • 21 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als Diode ausgebildet ist;
  • 22 (die 22A bis 22H umfasst) veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper;
  • 23 (die 33A bis 33H) umfasst, veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper.
  • In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in denen anhand spezieller Ausführungsbeispiele dargestellt ist, in welcher Weise die Erfindung verwendet werden kann. Selbstverständlich können Merkmale der verschiedenen beispielhaften Ausführungsbeispiele, die hierin beschrieben sind, miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • 1 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100, ein Driftgebiet 11 eines ersten Dotierungstyps und einen Übergang 12 zwischen dem Driftgebiet 11 und einem weiteren Bauelementgebiet 13. Der Übergang 12 ist entweder ein pn-Übergang oder ein Shottkyübergang. Im ersten Fall ist das weitere Bauelementgebiet 13 ein Halbleitergebiet eines zweiten Dotierungstyps komplementär zu dem ersten Dotierungstyp. Im zweiten Fall ist das weitere Bauelementgebiet ein Shottkygebiet oder ein Schottkymetall wie beispielsweise Aluminium (Al), Wolfram-Silizid (WSi), Tantal-Silizid (TaSi), Titan-Silizid (TiSi), Platin-Silizid (PtSi) oder Kobalt-Silizid (CoSi).
  • Das weitere Bauelement 13 ist elektrisch an eine erste Elektrode oder einen ersten Anschluss 31 angeschlossen und das Driftgebiet 11 ist elektrisch an eine zweite Elektrode oder einen zweiten Anschluss 32 gekoppelt oder angeschlossen. Diese ersten und zweiten Elektroden sind in 1 nur schematisch dargestellt.
  • Das Halbleiterbauelement umfasst außerdem wenigstens eine Feldelektrodenstruktur 20 in dem Driftgebiet 11. Das Halbleiterbauelement kann weitere Bauelementmerkmale aufweisen, wie beispielsweise eine Gateelektrode, wenn das Halbleiterbauelement als MOS-Transistor ausgebildet ist. Allerdings sind in 1, genauso wie in den 2 bis 9 nur solche Merkmale des Halbleiterbauelements dargestellt, die notwendig sind, um das Funktionsprinzip der in dem Driftgebiet 11 angeordneten Feldelektrodenstruktur 20 zu verstehen. Diese Feldelektrodenstruktur 20 kann in jedem Halbleiterbauelement verwendet werden, das ein Driftgebiet wie beispielsweise das Driftgebiet 11, das in 1 dargestellt ist, und einen Übergang, wie beispielsweise den Übergang 12 zwischen dem Driftgebiet 11 und dem weiteren Bauelementgebiet 13, der in 1 dargestellt ist, aufweist. Halbleiterbauelemente mit einem Driftgebiet und einem Übergang zwischen dem Driftgebiet und einem weiteren Bauelementgebiet sind MOS-Transistoren, wie beispielsweise MOSFETs (Metal-Oxid-Semiconductor Field-Effect-Transistors) oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), p-i-n-Dioden, Schottkydioden, JFETs (Junction Field-Effect Transistors), sind allerdings nicht auf diese beschränkt. Feldelektrodenstrukturen 20, wie sie anhand der 1 bis 9 erläutert sind, können in vertikalen Bauelementen verwendet werden, in denen eine Stromflussrichtung des Bauelements einer vertikalen Richtung eines Halbleiterkörpers des Bauelements entspricht, oder können in lateralen Bauelementen verwendet werden, in denen eine Stromflussrichtung des Bauelements einer lateralen (horizontalen) Richtung eines Halbleiterkörpers des Bauelement entspricht.
  • Bezugnehmend auf 1 umfasst die Feldelektrodenstruktur 20 eine Feldelektrode 21 und ein Feldelektrodendielektrikum 22. Das Feldelektrodendielektrikum 22 grenzt an die Feldelektrode 21 an, ist zwischen der Feldelektrode 21 und dem Driftgebiet 11 angeordnet und weist eine Öffnung 26 auf, so dass das Feldelektrodendielektrikum 22 die Feldelektrode 21 innerhalb des Driftgebiets 11 nicht vollständig umgibt. Die Feldelektrodenstruktur 20 umfasst außerdem ein Feldstoppgebiet 23 des ersten Dotierungstyps, das höher dotiert ist als das Driftgebiet 11. Das Feldstoppgebiet 23 koppelt oder verbindet die Feldelektrode 21 an das Driftgebiet 11 durch die Öffnung 26 des Feldelektrodendielektrikums 22. Die Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 ist beispielsweise im Bereich zwischen 1014 cm–3 (1e14 cm–3) und 1018 cm–3 (1e18 cm–3). Die Dotierungskonzentration des Feldstoppgebiets 23 ist beispielsweise im Bereich zwischen 1016 cm–3 (1e16 cm–3) und 1020 cm–3 (1e20 cm–3). Die Dotierung des Feldstoppgebiets 23 ist derart, dass das Feldstoppgebiet 23 nicht vollständig an Ladungsträgern verarmen kann, wenn das sich in dem Driftgebiet 11 ausbreitende Verarmungsgebiet das Feldstoppgebiet 23 erreicht. Wenn der Halbleiterkörper 100 Silizium als Halbleitermaterial aufweist, kann das Feldstoppgebiet 23 nicht vollständig an Ladungsträgern verarmen, wenn eine Dotierungsdosis in dem Feldstoppgebiet 23 höher ist als etwa 2·1012 cm–2 (2e12 cm–2). Die Dotierstoffdosis des Feldstoppgebiets 23 entspricht dem Integral der Dotierungskonzentration des Feldstoppgebiets 23 in der Stromflussrichtung x.
  • Das Feldelektrodendielektrikum 22 umfasst beispielsweise ein Oxid, ein Nitrid, ein High-k-Dielektrikum, ein Low-k-Dielektrikum, oder ähnliches. Das Feldelektrodendielektrikum 22 kann sogar ein Gas oder ein Vakuum aufweisen, das in einem Hohlraum gebildet ist, der die Feldelektrode 21 umgibt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Feldelektrodendielektrikum 22 eine zusammengesetzte Schicht mit zwei oder mehr unterschiedlichen Dielektrikumsschichten.
  • Das Halbleiterbauelement weist eine Stromflussrichtung x auf, die eine Richtung ist in der Ladungsträger in dem Driftgebiet 11 fließen, wenn das Halbleiterbauelement leitet (im Ein-Zustand ist). Die Feldelektrode 21 weist eine Länge l auf, die eine Abmessung der Feldelektrode 21 in der Stromflussrichtung x ist, und weist eine Weite w auf, die eine Abmessung der Feldelektrode 21 in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung x ist. Eine Feldelektrode 21 kann eine variierende Länge und eine variierende Breite aufweisen. In diesem Fall bezeichnet Länge ”l” das Maximum der Länge der Feldelektrode 21 und Breite ”w” definiert das Maximum der Breite der Feldelektrode 21. Das Feldelektrodendielektrikum 22 besitzt im Wesentlichen eine U-Form mit einem Bodenabschnitt 22 1 und zwei Schenkelabschnitten 22 2, 22 3. Die Breite w der Feldelektrode 21 ist die Abmessung der Feldelektrode 21 zwischen den zwei Schenkelabschnitten 22 2, 22 3 des Feldelektrodendielektrikums. Wie anhand der 16A bis 16D noch erläutert wird, kann die U-Form des Feldelektrodendielektrikums 22 auf vielfältige Weise modifiziert werden. Allerdings umfasst die modifizierte U-Form ebenfalls einen Bodenabschnitt 22 1 und zwei Schenkelabschnitte, die die Breite w definieren und zwischen denen die Feldelektrode 21 angeordnet ist.
  • Ein Aspektverhältnis der Feldelektrode 21, das das Verhältnis zwischen der Länge l und der Weite w ist, ist höher als 1, d. h. l/w > 1. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Aspektverhältnis l/w zwischen 1 und 50, insbesondere zwischen 5 und 50. Die Dicke des Feldelektrodendielektrikums 22, die eine Abmessung des Feldelektrodendielektrikums 22 zwischen der Feldelektrode 21 und dem Driftgebiet 11 ist, kann variieren. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist diese Dicke zwischen 10 nm und 2 μm.
  • Die Feldelektrode 22 weist zwei longitudinale Enden auf, die solche Enden der Feldelektrode 21 sind, die in der Richtung der Stromflussrichtung x liegen. Ein erstes longitudinales Ende der Feldelektrode 21 ist dem Bodenabschnitt 22 1 des Feldelektrodendielektrikums 22 zugewandt. Das zweite longitudinale Ende der Feldelektrode 21 ist der Öffnung 26 des Feldelektrodendielektrikums 22 zugewandt, wobei diese Öffnung 26 bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel dem Übergang des Halbleiterbauelements zugewandt ist oder in dessen Richtung angeordnet ist.
  • Bevor weitere Details möglicher Realisierungen der Feldelektrode 21 und des Feldstoppgebiets 23 beschrieben werden, wird das Grundprinzip des Halbleiterbauelements, insbesondere der Feldelektrodenstruktur 20, anhand von 1 erläutert. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass das Driftgebiet 11 n-dotiert ist, so dass der Übergang 12 in Rückwärtsrichtung gepolt ist, wenn eine positive Spannung zwischen dem Driftgebiet 11 und dem weiteren Bauelementgebiet 13 bzw. zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 32, 31 anliegt. Allerdings gilt das nachfolgend erläuterte Funktionsprinzip auch für ein Bauelement mit einem p-dotierten Driftgebiet entsprechend.
  • Wenn der Übergang 12 in Rückwärtsrichtung gepolt ist, breitet sich ein Verarmungsgebiet (Raumladungsgebiet) in dem Driftgebiet 11 beginnend an dem Übergang 12 aus. Die Breite des Verarmungsgebiets, also eine Abmessung des Verarmungsgebiets in einer Richtung senkrecht zu dem Übergang 12, ist abhängig von der Spannung, die den Übergang 12 in Rückwärtsrichtung polt; die Breite des Verarmungsgebiets nimmt zu, wenn die in Rückwärtsrichtung polende Spannung zunimmt. Innerhalb des Verarmungsgebiets gibt es ionisierte Dotierstoffatome in dem Driftgebiet 11. Diese ionisierten Dotierstoffatome besitzen eine positive Ladung wenn das Driftgebiet 11 n-dotiert ist (und besitzen eine negative Ladung wenn das Driftgebiet p-dotiert ist. Negative Ladungen, die den positiven Ladungen in dem Driftgebiet 11 entsprechen, sind in dem weiteren Bauelementgebiet 13 auf der anderen Seite des Übergangs 12 vorhanden. Wenn das Verarmungsgebiet das Feldstoppgebiet 23 erreicht, setzt auch in dem Feldstoppgebiet 23, das denselben Dotierungstyp wie das Driftgebiet 11 aufweist, ein Ionisationsprozess ein. In einem n-dotierten Feldstoppgebiet 23 werden Elektronen erzeugt, wodurch positive Dotierstoffionen in dem Feldstoppgebiet 23 zurückbleiben (diese ionisierten Dotierstoffatome sind in 1 nicht dargestellt). Aufgrund des elektrischen Feldes, das durch die positiv geladenen Dotierstoffatome in dem Feldstoppgebiet 23 und dem Driftgebiet 11 hervorgerufen wird, werden die in dem Feldstoppgebiet 23 erzeugten Elektronen von dem Übergang 12 in der Stromflussrichtung x des Halbleiterbauelements weggetrieben. Das Feldstoppgebiet 23 ist in der Stromflussrichtung benachbart zu der Feldelektrode 21, so dass die in dem Feldstoppgebiet erzeugten Elektronen in die Feldelektrode 21 getrieben werden. Aufgrund des Feldelektrodendielektrikums 22 werden die Elektronen in der Feldelektrode 21 (gefangen), so dass die Feldelektrode 21 negativ geladen wird. Hierdurch liefert nicht nur das weitere Bauelementgebiet 13 sondern auch die Feldelektrode 21 negative Ladungen (Gegenladungen), die den positiven Ladungen in dem Driftgebiet 11 entsprechen.
  • Die Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements ist erreicht, wenn das elektrische Feld, das durch die ionisierten Dotierstoffatome in dem Driftgebiet 11 und die entsprechenden Gegenladungen in dem weiteren Bauelementgebiet 13 erzeugt wird, das kritische elektrische Feld erreicht. Das kritische elektrische Feld ist eine Materialkonstante des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers, wie beispielsweise Silizium. Die in Rückwärtsrichtung polende Spannung, bei der das kritische elektrische Feld an dem Übergang 12 erreicht wird, ist abhängig von der Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 und ist daher abhängig von der Anzahl der Dotierstoffatome, die ionisiert werden können, wenn eine in Rückwärtsrichtung polende Spannung an dem Übergang 12 angelegt wird. Wenn allerdings, wie bei dem Halbleiterbauelement gemäß 1, die ionisierten Dotierstoffatome in dem Driftgebiet 11 entsprechende Gegenladungen nicht nur in dem weiteren Bauelementgebiet 13 auf der anderen Seite des Übergangs 12, sondern auch innerhalb des Driftgebiets 11, nämlich in der Feldelektrode 21, finden, kann die Dotierungskonzentration des Driftgebiets 112 erhöht werden, ohne die Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements zu reduzieren. Das Erhöhen der Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 ist vorteilhaft im Hinblick auf den Einschaltwiderstand des Halbleiterbauelements. Bei einem unipolaren Halbleiterbauelement, wie beispielsweise einem MOSFET oder einer Schottkydiode, ist der Einschaltwiderstand hauptsächlich definiert durch den Ohmschen Widerstand des Driftgebiets 11, wobei der Ohmsche Widerstand des Driftgebiets 11 abnimmt, wenn die Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 zunimmt.
  • Die Feldelektrode 21 ist benachbart zu dem Feldstoppgebiet 23 in der Stromflussrichtung, so dass Ladungsträger aus dem Feldstoppgebiet 23 in die Feldelektrode 21 fließen, wo sie gefangen werden. Der Prozess des Erzeugens von Ladungsträgern, die in der Feldelektrode 21 gefangen werden, ist reversibel, d. h. Elektronen, die in der Feldelektrode 21 gefangen sind, fließen zurück in das Feldstoppgebiet 23, wenn das Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 durch Ausschalten der in Rückwärtsrichtung polenden Spannung entfernt wird.
  • Die Ladungsträger, die in die Feldelektrode 21 fließen, wenn das Verarmungsgebiet das Feldstoppgebiet 23 erreicht, sind n-Ladungsträger (Elektronen), wenn das Driftgebiet 11 und das Feldstoppgebiet 23 n-dotierte Gebiete sind. In diesem Fall ist die Feldelektrode 21 negativ geladen. Wenn allerdings das Driftgebiet 11 und das Feldstoppgebiet 23 p-dotierte Gebiete sind, fließen p-Ladungsträger in die Feldelektrode 21 und laden dadurch die Feldelektrode positiv. Wenn beispielsweise die Feldelektrode 21 ein Metall aufweist, entspricht das Fließen von p-Ladungsträgern in die Feldelektroden dem Fließen von Elektronen von der Metallfeldelektrode 21 in das Feldstoppgebiet 23.
  • Bezugnehmend auf 1 kann das Feldstoppgebiet 23 vollständig innerhalb des Feldelektrodendielektrikums 23 angeordnet sein, so dass das Feldstoppgebiet 23 in der Stromflussrichtung x des Halbleiterkörpers nicht über die Öffnung 26 des Feldelektrodendielektrikums 22 hinausreicht. Die Feldelektrode 21 umfasst beispielsweise ein monokristallines Halbleitermaterial des ersten Dotierungstyps, ein polykristallines oder amorphes Halbleitermaterial oder ein Metall. Ein elektrisch leitender Kontakt oder ein elektrisch leitendes Kontaktgebiet 24, das das Feldstoppgebiet 23 elektrisch mit der Feldelektrode 21 verbindet, kann innerhalb des Feldstoppgebiets 23 und der Feldelektrode 21 angeordnet sein. Wenn die Feldelektrode 21 ein monokristallines Halbleitergebiet des ersten Dotierungstyps ist, kann die Dotierungskonzentration der Feldelektrode 21 der Dotierungskonzentration des Feldstoppgebiets 23 entsprechen. In diesem Fall können beide Funktionen (Feldstopp und Feldelektrode) innerhalb desselben Halbleitergebiets zur Verfügung gestellt werden. Allerdings ist es auch möglich, dass das Feldstoppgebiet 23 und die Feldelektrode 21 unterschiedliche Dotierungskonzentrationen aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel entspricht die Dotierungskonzentration der Feldelektrode 21 der Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11.
  • Optional umfasst die Feldelektrodenstruktur 20 eine Abschirmstruktur 25, die in der Stromflussrichtung x beabstandet zu der Öffnung 26 des Feldelektrodendielektrikums 22 angeordnet ist. Die Abschirmstruktur 25 und die Feldelektrodenstruktur 20 sind auf einer Linie angeordnet. Eine Breite der Abschirmstruktur 25, die eine Abmessung der Abschirmstruktur 25 in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung ist, kann einer Breite der Feldelektrodenstruktur 20 entsprechen oder kann breiter sein als die Feldelektrodenstruktur 20.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Abschirmstruktur 20 nur ein Dielektrikum, wie beispielsweise ein Oxid. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Abschirmstruktur 25 eine Elektrode, die durch ein Dielektrikum von den Halbleitergebieten, wie beispielsweise dem Driftgebiet 11, dielektrisch isoliert ist. Die Elektrode ist beispielsweise elektrisch an ein Referenzpotential angeschlossen. Dieses Referenzpotential kann das elektrische Potential des ersten Anschlusses 31 sein. In einem MOSFET, der anhand der 17 bis 20 unten erläutert wird, könnte das Referenzpotential auch das elektrische Potential der Gateelektrode sein. Eine Elektrode der Abschirmstruktur 25, die an das Referenzpotential angeschlossen ist, kann Gegenladungen zu den Ladungen in dem Feldstoppgebiet 23 erzeugen, wenn das Bauelement in einem sperrenden Zustand ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Abschirmstruktur 25 ein Halbleitergebiet eines Dotierungstyps komplementär zu dem Dotierungstyp des Driftgebiets 11.
  • 2 veranschaulicht eine Modifikation des Halbleiterbauelements gemäß 1. Bei dem Halbleiterbauelement gemäß 2 erstreckt sich das Feldstoppgebiet 23 durch die Öffnung 26 des Feldelektrodendielektrikums 22, so dass sich das Feldstoppgebiet 23 in der Stromflussrichtung x über die Öffnung 26 des Feldelektrodendielektrikums 22 hinaus erstreckt. In der Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung x erstreckt sich das Feldstoppgebiet 23 bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht über das Feldelektrodendielektrikum 22 hinaus.
  • Bezugnehmend auf 3 kann sich das Feldstoppgebiet 23 in der Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung x auch über das Feldelektrodendielektrikum 22 hinaus erstrecken. Allerdings erstreckt sich das Feldstoppgebiet 23 in dieser Richtung nicht um mehr als 200 nm, mehr als 100 nm oder sogar nicht mehr als 50 nm über das Feldelektrodendielektrikum 22 hinaus.
  • Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel trennen das Feldstoppgebiet 23 und das Feldelektrodendielektrikum 22 die Feldelektrode 21 und das Driftgebiet 11 vollständig. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in 4 dargestellt ist, grenzt ein Abschnitt der Feldelektrode 21 neben dem Feldstoppgebiet 23 an das Driftgebiet 11 an. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein Feldstoppgebiet 23 zwei Feldstoppgebietabschnitte auf, zwischen denen sich die Feldelektrode 21 an das Driftgebiet 11 erstreckt. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) umfasst das Feldstoppgebiet 23 nur einen Abschnitt. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Feldstoppgebiet 23 vollständig innerhalb des Feldelektrodendielektrikums 22 angeordnet. Allerdings könnte sich das Feldstoppgebiet 23 auch in der Stromflussrichtung über die Öffnung des Feldelektrodendielektrikums 22 hinaus erstrecken.
  • 5 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Feldstoppgebiet 23 nur außerhalb des Feldelektrodendielektrikums 22 angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Feldelektrode 21 oder der optionale Kontakt 24 an die Öffnung des Feldelektrodendielektrikums 22 und grenzt an das Feldstoppgebiet 23 an. Bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel trennen das Feldstoppgebiet 23 (und das Feldelektrodendielektrikum 22) die Feldelektrode 21 und das Driftgebiet 11 vollständig. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Es könnten ebenfalls Abschnitte der Feldelektrode 21 vorhanden sein, die an das Driftgebiet 11 angrenzen, wie beispielsweise in 4 dargestellt.
  • Obwohl die Größe der Öffnung 26 bei den in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen der Breite w der Feldelektrode 21 entspricht, ist dies lediglich ein Beispiel. Bezugnehmend auf 5 kann das Feldelektrodendielektrikum 22 mit einer Öffnung realisiert werden, die kleiner ist als die Breite der Feldelektrode 21. Diese kleine Öffnung des Feldelektrodendielektrikums 22 kann bei jedem der zuvor anhand der 1 bis 5 erläuterten Ausführungsbeispiele verwendet werden. Das Anordnen des Feldstoppgebiets 23 außerhalb des Feldelektrodendielektrikums 22 und angrenzend an die Feldelektrode 21 oder den Kontakt 24 in der Öffnung 26, wie in 6 dargestellt ist, ist nur eines von mehreren verschiedenen Ausführungsbeispielen zum Realisieren des Feldstoppgebiets 23 im Zusammenhang mit einer kleineren Öffnungen.
  • 7 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur 20. Diese Feldelektrodenstruktur 20 umfasst ein Generationsgebiet 50, das dazu ausgebildet ist, Ladungsträgerpaare, nämlich Löcher und Elektronen, zu erzeugen, wenn das Verarmungsgebiet das Generationsgebiet 50 erreicht, wenn der Übergang 12 in Rückwärtsrichtung gepolt ist. Anders als bei dem anhand der 1 bis 6 erläuterten Feldstoppgebiet 23, das eine erste Art von Ladungsträgern erzeugt, nämlich Elektronen bei dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel, die in die Feldelektrode 21 fließen, und das feste Ladungsträger eines zweiten Typs erzeugt, nämlich positive ionisierte Dotierstoffatome, erzeugt das Generationsgebiet 50 zwei Arten von Ladungsträgern, die sich innerhalb des Driftgebiets 11 bewegen können. Zu Zwecken der Erläuterung sei wieder angenommen, dass das Driftgebiet 11 ein n-dotiertes Driftgebiet ist, so dass positive Dotierstoffionen (ionisierte Dotierstoffatome) in dem Driftgebiet 11 vorhanden ist, während der Übergang 12 in Rückwärtsrichtung gepolt ist. Wenn das Verarmungsgebiet 11 das Generationsgebiet 50 erreicht, werden Elektronen und Löcher erzeugt, wobei Elektronen aufgrund des elektrischen Feldes von dem Übergang 12 weg und in die Feldelektrode 21 innerhalb des Feldelektrodendielektrikums 22 getrieben werden. Der Effekt des Einfangens der Elektronen in der Feldelektrode 21 ist derselbe wie zuvor anhand von 1 erläutert. Die Löcher werden in Richtung des Übergangs 12 getrieben und erreichen die erste Elektrode 21 (die nur schematisch dargestellt ist und die ein Metall 5 aufweisen kann), wo sie mit Elektronen rekombinieren, oder einige der Löcher akkumulieren an der optionalen Abschirmstruktur 25, die verhindert, dass Löcher zu dem Übergang 12 fließen.
  • Das wenigstens eine Generationsgebiet 50 kann auf vielfältige Weise realisiert werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Generationsgebiet 50 ein Zwischengebiet zwischen der Feldelektrode 21 und dem Driftgebiet 11. In diesem Fall umfasst die Feldelektrode 21 beispielsweise ein Metall oder ein Silizid. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Feldelektrode 21 ein polykristallines Halbleitermaterial, ein amorphes Halbleitermaterial oder ein monokristallines Halbleitermaterial, in das Fremdmaterialatome implantiert oder diffundiert sind oder das Kristalldefekte enthält. Geeignete Fremdmetallatome sind beispielsweise Schwermetallatome, wie beispielsweise Goldatome oder Platinatome. Kristalldefekte können erzeugt werden durch Implantieren von Partikeln, wie beispielsweise Argon-(Ar)- oder Germanium-(Ge)-Atome, Halbleiteratome o. ä., in die Feldelektrode. Wenn die Feldelektrode 21 ein polykristallines oder ein amorphes Halbleitermaterial oder ein monokristallines Halbleitermaterial mit Fremdmaterialatomen oder Kristalldefekten aufweist, gibt es mehrere Generationsgebiete 50 innerhalb der Feldelektrode 21. Jedes der Fremdmaterialatome oder jeder der Kristalldefekte in einem monokristallinen Material oder die inhärenten Kristallgrenzen in einem monokristallinen oder amorphen Material können als Generationsgebiet wirken. Die Position des Generationsgebiets 50 relativ zu der Feldelektrode 21 kann der Position des Feldstoppgebiets 23 relativ zu der Feldelektrode 21 entsprechen, was zuvor erläutert wurde. Wie das anhand der 1 bis 6 erläuterte Feldstoppgebiet 23 kann das Generationsgebiet 50 in der Stromflussrichtung x des Halbleiterbauelements benachbart zu der Feldelektrode 21 sein, so dass Ladungsträger, wie beispielsweise Elektronen, die in dem Generationsgebiet 50 erzeugt werden, in die Feldelektrode 21 fließen, wo sie gefangen werden. Es ist allerdings auch möglich, das wenigstens eine Generationsgebiet 50 innerhalb der Feldelektrode 21 vorzusehen, beispielsweise wenn die Feldelektrode ein polykristallines oder ein amorphes Halbleitermaterial oder ein monokristallines Halbleitermaterial mit Kristalldefekten aufweist. Wie der zuvor anhand des Feldstoppgebiets 23 erläuterte Effekt ist das Laden der Feldelektrode 21 reversibel. Wenn die Spannung, die den Übergang in Rückwärtsrichtung polt, reduziert wird, oder abgeschaltet wird, werden Ladungsträger, die in der Feldelektrode 21 gefangen sind, aus der Feldelektrode 21 entfernt, um dadurch die Feldelektrode 21 zu entladen. Diese Ladungsträger können entweder an dem Generationsgebiet 50 mit komplementären Ladungsträgern rekombinieren, oder können über das Driftgebiet 11 zu einer der Elektroden 31, 32 fließen. Wenn das Driftgebiet 11 beispielsweise n-dotiert ist, so dass Elektronen in der Feldelektrode 21 gefangen werden, während der Übergang 12 in Rückwärtsrichtung gepolt ist, rekombinieren diese Elektronen mit Löchern an dem Generationsgebiet 50 oder fließen zu der zweiten Elektrode 32 wenn die in Rückwärtsrichtung polende Spannung ausgeschaltet wird oder reduziert wird. Die Anzahl von Elektronen, die mit Löchern rekombinieren, ist abhängig von der Anzahl von Löchern, die in dem Driftgebiet 11 bleiben, während der Übergang in Sperrrichtung gepolt ist. Wenn der Übergang in Sperrrichtung gepolt ist, verbleiben Löchern beispielsweise an der Abschirmstruktur 25, die als Falle für Ladungsträger dienen kann, die komplementär zu Ladungsträgern sind, die die Feldelektrode 21 laden.
  • Die Feldelektrodenstruktur 20 kann ein Feldstoppgebiet 23 und ein Generationsgebiet 50 aufweisen, d. h., das Feldstoppgebiet 23 und das Generationsgebiet 50 können in einer Feldelektrodenstruktur kombiniert sein. Wenn beispielsweise bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Feldelektrode 21 ein Metall, ein polykristallines oder amorphes Halbleitermaterial oder ein monokristallines Halbleitermaterial mit Fremdmaterialatomen oder Kristalldefekten aufweist, ist ein Generationsgebiet bei oder nahe der Grenzfläche zwischen der Feldelektrode 21 und dem Driftgebiet 11 oder in der Feldelektrode 21 vorhanden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) umfasst das Halbleiterbauelement ein Feldstoppgebiet 23 desselben Leitungstyps wie das Driftgebiet, was zuvor erläutert wurde, und ein Halbleitergebiet eines komplementären Dotierungstyps. Das Feldstoppgebiet 23 und das komplementäre Halbleitergebiet sind durch eine Metallelektrode verbunden und das komplementäre Gebiet kann zwischen dem Feldstoppgebiet 23 und der Feldelektrode 21 angeordnet sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden das Feldstoppgebiet 23, die metallische Elektrode und das komplementäre Gebiet ein Generationsgebiet, so dass bei diesem Bauelement das Feldstoppgebiet und Generationsgebiet vorhanden sind.
  • 8 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das eine Feldelektrodenstruktur 20 mit einem Generationsgebiet 50 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Feldelektrode 21 ein Metall- oder Silizidgebiet 51. Dieses Metall- oder Silizidgebiet 51 oder eine Grenzfläche zwischen dem Metall- oder Silizidgebiet 51 und der Feldelektrode 21 wirkt als Generationsgebiet. Abhängig von der Realisierung der Feldelektrode 21 kann das durch das Metall- oder Silizidgebiet gebildete Generationsgebiet das einzige Generationsgebiet in dem Bauelement sein, oder kann eines von mehreren Generationsgebieten sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Feldelektrode 21 ein monokristallines Halbleitermaterial. In diesem Fall wird ein Generationsgebiet nur an der Grenzfläche zwischen dem Metall- oder Silizidgebiet 51 und der Feldelektrode 21 gebildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst die Feldelektrode 21 ein polykristallines oder ein amorphes Halbleitermaterial oder monokristallines Halbleitermaterial mit Fremdmetallatomen oder Kristalldefekten. In diesem Fall sind zusätzliche Generationsgebiete in der Feldelektrode 21 vorhanden.
  • Bezugnehmend auf 9 kann das Generationsgebiet 50 einen Hohlraum angrenzend an das Driftgebiet 11 aufweisen. Die Grenzfläche zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Hohlraum 52 wirkt als Generationsgebiet 50. Bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Hohlraum 52 auch in die Feldelektrode 21. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Der Hohlraum 52 könnte auch beabstandet zu der Feldelektrode 21 sein. Wie das Feldstoppgebiet 23, das anhand der 1 bis 6 erläutert wurde, ist das Generationsgebiet 50 in der Stromflussrichtung x des Halbleiterbauelements angrenzend oder benachbart zu der Feldelektrode 21 angeordnet. Das Generationsgebiet 50 kann innerhalb des Feldelektrodendielektrikums 22 angeordnet sein, kann jedoch auch außerhalb des Feldelektrodendielektrikums 22, allerdings in der Stromflussrichtung x in Reihe zu der Feldelektrode 21 angeordnet sein, so dass in dem Generationsgebiet 50 erzeugte Ladungsträger durch die Öffnung 26 in die Feldelektrode 21 getrieben werden.
  • 10 veranschaulicht schematisch Äquipotentiallinien eines elektrischen Potentials im Bereich der Feldelektrode 21 und des Feldelektrodendielektrikums 22 in einem Halbleiterbauelement wenn der Übergang (in 10 nicht dargestellt) in Rückwärtsrichtung gepolt ist. Die Figur gilt für Halbleiterbauelemente die entweder ein Feldstoppgebiet, wie beispielsweise das anhand der 1 bis 6 erläuterte Feldstoppgebiet 23, oder eine Generationsgebiet, wie beispielsweise das anhand der 7 bis 9 erläuterte Generationsgebiet 50, aufweisen. Wie anhand von 10 ersichtlich ist, gibt es kein elektrisches Feld innerhalb der Feldelektrode 21. Das elektrische Potential der Feldelektrode 21 entspricht dem elektrischen Potential das das Driftgebiet 11 an einer Position hat, an der das Feldstoppgebiet 23 oder das Generationsgebiet 50 angeordnet ist.
  • 11 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung des Halbleiterkörpers 100 in einer Schnittebene A-A, die in 1 dargestellt ist. Diese Schnittebene A-A schneidet durch die Feldelektrode 21 und das Feldelektrodendielektrikum 22 und ist senkrecht zu der in den 1 bis 9 dargestellten Schnittebene. Bei dem in 11 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Feldelektrode 21 streifenförmig und verläuft longitudinal in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung, in der die Breite w der Feldelektrode 21 definiert ist.
  • 12 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Feldelektrode 21 eine Säulenform besitzt. Bei dem Ausführungsbeispiel in 12 besitzt die Feldelektrode 21 einen rechteckförmigen Querschnitt. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die säulenförmige Feldelektrode 21 könnte auch eine andere Art von Querschnitt besitzen, wie beispielsweise einen elliptischen Querschnitt, einen hexagonalen Querschnitt oder einen beliebigen anderen polygonalen Querschnitt.
  • 13 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Halbleiterbauelements, das mehrere Feldelektrodenstrukturen 20 aufweist, die in der Stromflussrichtung x des Halbleiterbauelements beabstandet zueinander sind. Das Halbleiterbauelement gemäß 13 umfasst drei Feldelektrodenstrukturen 20. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die Anzahl von Feldelektrodenstrukturen 20 kann beliebig gewählt werden, insbesondere abhängig von der gewünschten Spannungsfestigkeit des Halbleiterbauelements und abhängig von der Länge des Driftgebiets 11. Die Länge des Driftgebiets 11 ist die Abmessung des Driftgebiets 11 in der Stromflussrichtung. Wenn bei dem Bauelement gemäß 13 der Übergang 12 in Rückwärtsrichtung gepolt ist, so dass sich ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 ausbreitet, erreicht das Verarmungsgebiet zunächst die Feldelektrodenstruktur 20, die am nächsten zu dem Übergang liegt, so dass die Feldelektrode 21 dieser Feldelektrodenstruktur vorgespannt wird, um Gegenladungen zu den ionisierten Dotierstoffladungen in dem Driftgebiet bereitzustellen. Wenn das Verarmungsgebiet sich weiter in dem Driftgebiet 11 ausbreitet und eine nächste Feldelektrodenstruktur 20 erreicht, wird die Feldelektrode 21 dieser Feldelektrodenstruktur ebenfalls vorgespannt. Dieser Prozess schreitet fort, wenn die Spannung, die den Übergang 12 in Sperrrichtung polt, zunimmt, bis die Feldelektrode 21 der Feldelektrodenstruktur, die am weitesten beabstandet zu dem Übergang 12 ist, vorgespannt ist.
  • Die Feldelektrodenstruktur 20, die in 13 dargestellt ist, entspricht der anhand von 1 erläuterten Feldelektrodenstruktur 20. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Eine beliebige andere Feldelektrodenstruktur 20 mit einem Feldstoppgebiet 23 und/oder einem Generationsgebiet 50, das zuvor erläutert wurde, kann in dem Halbleiterbauelement gemäß 13 ebenso verwendet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die einzelnen Feldelektrodenstrukturen 20 in gleicher Weise ausgebildet. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel sind verschiedene Feldelektrodenstrukturen 20 in einem Halbleiterbauelement verwendet.
  • Bei dem in 13 dargestellten Halbleiterbauelement sind die einzelnen Feldelektrodenstrukturen 20 in der Stromflussrichtung x in einer Reihe angeordnet. Die optionale Abschirmstruktur 25 ist zwischen der Feldelektrodenstruktur 20, die am nächsten zu dem Übergang 12 liegt, und dem Übergang 12 angeordnet. Für die verbleibenden Feldelektrodenstrukturen 20 wirkt eine benachbarte Feldelektrodenstruktur, insbesondere das Feldelektrodendielektrikum der benachbarten Feldelektrodenstruktur, als Abschirmstruktur, so dass keine zusätzlichen Abschirmstrukturen für diese Feldelektrodenstrukturen benötigt werden.
  • Bezugnehmend auf das in 13 in gepunkteten Linien dargestellte, kann das Halbleiterbauelement eine Ladungsträgerfalle 27 für Ladungsträger eines Ladungsträgertyps, der komplementär zu den in der Feldelektrode 21 gefangenen Ladungsträgern ist, wenn der Übergang 17 in Rückwärtsrichtung gepolt ist, aufweisen. Insbesondere wenn die Feldelektrodenstruktur 20 ein Generationsgebiet aufweist, werden solche komplementären Ladungsträger erzeugt, wenn die Feldelektrode 21 geladen oder vorgespannt ist. Bei dem in 13 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Ladungsträgerfalle 27 an dem Feldelektrodendielektrikum 22 an dem longitudinalen Ende der Feldelektrode 21 angeordnet, die von der Öffnung 26 weg zeigt. Die Ladungsträgerfalle 27 kann eine gekrümmte Oberfläche (wie in 13 dargestellt) aufweisen, die der Öffnung 26 einer benachbarten Feldelektrodenstruktur zugewandt ist, oder kann eine ebene Oberfläche (nicht dargestellt) aufweisen. Die Ladungsträgerfalle 27 kann als ein Abschnitt des Feldelektrodendielektrikums 22 ausgebildet sein und kann dasselbe Material wie das Feldelektrodendielektrikum 22 aufweisen. Eine Ladungsträgerfalle 27, die an einem Ende der Feldelektrodenstruktur 20 gebildet ist, fängt Ladungsträger ein, die in einem Generationsgebiet (in 13 nicht dargestellt) einer benachbarten Feldelektrodenstruktur 20 erzeugt werden. Die Abschirmstruktur 25 benachbart zu der Feldelektrodenstruktur 20, die am nächsten zu dem Übergang 12 angeordnet ist, kann als Ladungsträgerfalle für komplementäre Ladungsträger, die in dieser Feldelektrodenstruktur 20 erzeugt werden, wirken.
  • 14 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements mit mehreren Feldelektrodenstrukturen. Bei diesem Halbleiterbauelement sind die einzelnen Feldelektrodenstrukturen 20 ebenfalls in der Stromflussrichtung x beabstandet angeordnet. Allerdings sind die einzelnen Feldelektrodenstrukturen 20 nicht in einer Reihe angeordnet, sondern sind in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung x versetzt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird die in 14 dargestellte Struktur als Randabschlussstruktur in einem vertikalen Halbleiterbauelement verwendet. In diesem Fall ist die Struktur mit den versetzten Feldelektrodenstrukturen 20 in einem Randbereich des Halbleiterkörpers 100 angeordnet, also einem Bereich des Halbleiterkörpers 100 nahe eines (vertikalen) Randes des Halbleiterkörpers 100. Insbesondere bei Verwendung als Randabschlussstruktur können optionale Abschirmstrukturen benachbart zu den einzelnen Feldelektrodenstrukturen 20 weggelassen werden.
  • 15 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das mehrere Feldelektrodenstrukturen 20 aufweist. Bei diesem Halbleiterbauelement ist ein Generationsgebiet 50 zwischen der Feldelektrode 21 und dem Driftgebiet 11 und/oder innerhalb der Feldelektrode 21 gebildet. Außerdem erstreckt sich die Feldelektrode 21 einer Feldelektrodenstruktur 20, die am nächsten zu dem Übergang 12 angeordnet ist, bis an eine Abschirmstruktur 25. Die Feldelektroden 21 der anderen Feldelektrodenstrukturen 20 erstrecken sich in der Stromflussrichtung x zu oder in das Feldelektrodendielektrikum 22 einer benachbarten Feldelektrodenstruktur. Solche Gebiete des Feldelektrodendielektrikums 22 einer Feldelektrodenstruktur 20, an das oder in das sich die Feldelektrode 21 einer benachbarten Feldelektrodenstruktur erstreckt, bilden eine Ladungsträgerfalle 27 für komplementäre Ladungsträger. Die Generationsgebiete 50 sind Grenzflächen zwischen den Feldelektroden 21 und dem Driftgebiet, die beabstandet zu einem äußeren Rand des Feldelektrodendielektrikums 22 in der Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung angeordnet sind, oder die Generationsgebiete sind innerhalb der Feldelektroden 21 angeordnet. In jedem Fall erstrecken sich diese Generationsgebiete 50 in der Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung nicht über das Feldelektrodendielektrikum 22 hinaus.
  • Bezugnehmend auf die obige Beschreibung ist das Feldelektrodendielektrikum 22 im Wesentlichen U-förmig mit einem Bodenabschnitt 22 1 und zwei gegenüberliegenden Schenkelabschnitten 22 2, 22 3. Bezugnehmend auf die 16A bis 16D kann diese U-Form in vielfältiger Weise modifiziert werden. Die 16A bis 16D veranschaulichen schematisch Ausführungsbeispiele von möglichen Formen oder Geometrien des Feldelektrodendielektrikums 22. Bezugnehmend auf die 16A und 16B kann sich die Feldelektrode 21 und daher die U-Form des Feldelektrodendielektrikums 22 in Richtung der Öffnung 26 verengen. Bei dem in 16C dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Feldelektrode 21 annähernd eine konstante Breite, während sich das Feldelektrodendielektrikum 22 nur in einem Bereich nahe der Öffnung 26 verengt. Bezugnehmend auf 16D könnte das Feldelektrodendielektrikum 22 auch flaschenförmig sein. Die 16A bis 16D veranschaulichen nur einige von vielen möglichen Arten, wie die U-Form des Feldelektrodendielektrikums 22 modifiziert werden kann.
  • 17 veranschaulicht eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements mit einer Feldelektrodenstruktur 20, das als MOS-Transistor ausgebildet ist. In 17, wie auch in den 18 bis 21, sind die Feldelektrodenstrukturen 20 nur schematisch dargestellt. Jede der Feldelektrodenstrukturen, die anhand der 1 bis 16 erläutert wurde, kann bei diesen Halbleiterbauelementen verwendet werden. Bezugnehmend auf 17 bildet das weitere Bauelementgebiet 13 ein Bodygebiet des MOS-Transistors und ist komplementär zu dem Driftgebiet 11 dotiert. Der Übergang 12 zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Bodygebiet 13 ist ein pn-Übergang bei diesem Bauelement. Der MOS-Transistor umfasst außerdem ein Sourcegebiet 14 und ein Draingebiet 15. Das Bodygebiet 13 ist zwischen dem Sourcegebiet 14 und dem Driftgebiet 11 angeordnet und das Driftgebiet 11 ist zwischen dem Bodygebiet 13 und dem Draingebiet 15 angeordnet. Eine Gateelektrode 41 ist benachbart zu dem Bodygebiet 13 angeordnet und durch ein Gatedielektrikum dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet 13 isoliert.
  • Der MOS-Transistor kann als Enhancement-Transistor (selbstsperrender Transistor) ausgebildet sein. In diesem Fall grenzt das Bodygebiet 13 an das Gatedielektrikum 42 an. Das Halbleiterbauelement könnte auch als Verarmungstransistor (selbstleitender Transistor) ausgebildet sein. In diesem Fall verläuft ein Kanalgebiet (nicht dargestellt) desselben Dotierungstyps wie das Sourcegebiet 14 und das Driftgebiet 11 zwischen dem Sourcegebiet 14 und dem Driftgebiet 11 entlang des Gatedielektrikums 42 in dem Bodygebiet 13.
  • Der MOS-Transistor kann als n-leitender Transistor ausgebildet sein. In diesem Fall sind das Sourcegebiet 14 und das Driftgebiet 11 n-dotiert, während das Bodygebiet 13 p-dotiert ist. Das Halbleiterbauelement könnte auch als p-leitender Transistor ausgebildet sein. In diesem Fall sind das Sourcegebiet 14 und das Driftgebiet 11 p-dotiert, während das Bodygebiet 13 n-dotiert ist. Außerdem kann der MOS-Transistor als MOSFET oder als IGBT ausgebildet sein. Bei einem MOSFET ist das Draingebiet 15 vom selben Leitungstyp wie das Driftgebiet 11, während bei einem IGBT das Draingebiet 15 komplementär dotiert ist. Bei einem IGBT wird das Draingebiet 15 auch als Kollektorgebiet anstatt als Draingebiet bezeichnet.
  • Der MOS-Transistor gemäß 17 kann als vertikaler Transistor ausgebildet sein. In diesem Fall sind das Sourcegebiet 14 und das Draingebiet 15 in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet angeordnet, wobei die vertikale Richtung eine Richtung senkrecht zu den ersten und zweiten Oberflächen des Halbleiterkörpers 100 ist. Bei einem vertikalen Transistor entspricht die Stromflussrichtung x der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100. Allerdings könnte der Transistor auch als lateraler Transistor ausgebildet sein. In diesem Fall sind das Sourcegebiet 14 und das Draingebiet 15 in einer lateralen oder horizontalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet angeordnet, so dass Source- und Drainelektroden des Transistors auf einer Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sind. Bei dem Transistor gemäß 17 bildet die erste Elektrode 31 eine Sourceelektrode, die die Source- und Bodygebiete 14, 13 kontaktiert und die an einen Sourceanschluss S angeschlossen ist, während die zweite Elektrode 32 eine Drainelektrode bildet, die elektrisch an das Draingebiet 15 und einen Drainanschluss D angeschlossen ist. Die Gateelektrode 41 ist elektrisch an einen Gateanschluss G angeschlossen. Wie bei einem herkömmlichen Transistor kann der Transistor gemäß 17 mehrere identische Transistorzellen aufweisen, wobei jede Transistorzelle ein Sourcegebiet 14, ein Bodygebiet 13 und einen Abschnitt der Gateelektrode 41 aufweist. Das Driftgebiet 11 und das Draingebiet 15 kann den einzelnen Transistorzellen gemeinsam sein. Die einzelnen Transistorzellen sind parallel geschaltet, indem die einzelnen Sourcegebiete 14 an die Sourceelektrode 31 angeschlossen sind und indem die einzelnen Gateelektroden 41 an einen gemeinsamen Gateanschluss G angeschlossen sind.
  • Bei dem Transistorbauelement gemäß 17 sind die Feldelektrodenstrukturen 20 in der Stromflussrichtung in Reihe mit der Gateelektrode 41 und dem Gatedielektrikum 42 angeordnet. Die Geometrie der Feldelektroden (in 17 nicht dargestellt) in einer Ebene senkrecht zu der in 17 dargestellten Ebene kann der Geometrie der Gateelektrode 41 in dieser Ebene entsprechen. Bei dem Halbleiterbauelement gemäß 17 ist nur eine Feldelektrodenstruktur 20 in Reihe mit einer Gateelektrode oder einem Gateelektrodenabschnitt 41 angeordnet. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Bezugnehmend auf die in den 13 und 15 dargestellten Ausführungsbeispiele können mehrere Feldelektrodenstrukturen 20 in Reihe zueinander in der Stromflussrichtung x angeordnet sein.
  • Bei dem in 17 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem die Feldelektrodenstruktur 20 in Reihe mit der Gateelektrode 41 und dem Gatedielektrikum 42 angeordnet ist, können die Gateelektrode 41 und das Gatedielektrikum 42 als Abschirmstruktur und/oder als Ladungsträgerfalle, so dass keine zusätzliche Abschirmstruktur benötigt wird.
  • Der MOS-Transistor gemäß 17 kann wie ein herkömmlicher MOS-Transistor betrieben werden, der durch Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gateelektrode 41 ein- und ausgeschaltet werden kann. Wenn der MOS-Transistor ausgeschaltet ist und eine Spannung zwischen die Drain- und Sourceanschlüsse D, S angelegt wird, die den pn-Übergang 12 zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Bodygebiet 13 in Rückwärtsrichtung polt, werden Feldelektroden (in 17 nicht dargestellt) der Feldelektrodenstrukturen 20 wie zuvor erläutert vorgespannt, um Gegenladungen für Dotierstoffladungen in dem Driftgebiet 11 bereitzustellen.
  • 18 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Halbleiterbauelements, das als MOS-Transistor ausgebildet ist. Das Halbleiterbauelement gemäß 18 ist eine Modifikation des Halbleiterbauelements gemäß 17, wobei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 18 eine Dielektrikumsschicht 43 zwischen der Gateelektrode 41 und dem Driftgebiet 11 dicker ist als das Gatedielektrikum. Die Dicke dieser Dielektrikumsschicht ist beispielsweise zwischen 100 nm und 500 nm.
  • 19 veranschaulicht eine weitere Modifikation des in 17 dargestellten Halbleiterbauelements. Das Halbleiterbauelement gemäß 19 umfasst eine weitere Feldplatte oder Feldelektrode 44. Diese weitere Feldelektrode 44 ist durch ein weiteres Feldelektrodendielektrikum 45 gegenüber dem Driftgebiet 11 isoliert. Die weitere Feldelektrode 44 ist elektrisch an den Sourceanschluss S oder den Gateanschluss G in einer in 19 nicht dargestellten Weise angeschlossen und umfasst beispielsweise ein Metall oder ein polykristallines Halbleitermaterial. Bei dem in 19 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die weitere Feldelektrode 44 in demselben Graben wie die Gateelektrode 41 gebildet, so dass die weitere Feldelektrode 41 in Reihe zu der Gateelektrode 41 liegt. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die weitere Feldelektrode 44 und die Gateelektrode 41 könnten auch in unterschiedlichen Gräben realisiert sein.
  • Bei den in den 17 bis 19 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Gateelektrode 41 als Grabenelektrode ausgebildet, die in einem Graben des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Eine beliebige andere Art von Gateelektrodengeometrie kann ebenso verwendet werden. 20 veranschaulicht eine Schnittdarstellung eines vertikalen Halbleiterbauelements mit einer planaren Gateelektrode 41, also einer Gateelektrode, die oberhalb einer Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Driftgebiet 12 Abschnitte, die sich an die erste Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 und an das oberhalb der ersten Oberfläche angeordnete Gatedielektrikum 42 erstrecken. Das Bodygebiet 13 kann als Abschirmstruktur dienen, so dass keine zusätzliche Abschirmstruktur notwendig ist.
  • 21 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines als Diode ausgebildeten Halbleiterbauelements. Bei diesem Halbleiterbauelement ist das weitere Bauelementgebiet 13 entweder ein Halbleitergebiet eines Dotierungstyps komplementär zu dem Driftgebiet 11, um eine Bipolardiode, insbesondere eine p-i-n-Diode zu bilden, oder das weitere Bauelementgebiet 13 ist ein Schottkygebiet, um eine Schottkydiode zu bilden. Das weitere Bauelementgebiet 13 bildet ein erstes Emittergebiet der Diode. Die Diode umfasst außerdem ein zweites Emittergebiet 14 desselben Leitungstyps wie das Driftgebiet 11, jedoch höher dotiert. Das erste Emittergebiet 13 ist an die erste Elektrode 31 angeschlossen, die einen Anodenanschluss A bildet, und das zweite Emittergebiet 14 ist an die zweite Elektrode 32 angeschlossen, die einen Kathodenanschluss K der Diode bei diesem Ausführungsbeispiel bildet.
  • Die Diode gemäß 21 kann wie eine herkömmliche Diode betrieben werden. Wenn eine Spannung zwischen die Anoden- und Kathodenanschlüsse A, K angelegt wird, die den pn-Übergang 12 zwischen dem Driftgebiet 11 und dem ersten Emittergebiet 13 in Rückwärtsrichtung polt, werden Feldelektroden (in 17 nicht dargestellt) der Feldelektrodenstrukturen 20 wie zuvor erläutert vorgespannt, um Gegenladungen für Dotierstoffladungen in dem Driftgebiet 11 zu erzeugen.
  • Unter Bezugnahme auf die 22A bis 22H wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen wenigstens einer Feldelektrodenstruktur 20 mit einem Generationsgebiet 50 erläutert. Die 22A bis 22H zeigen jeweils Querschnittsdarstellungen eines Abschnitts eines Halbleiterkörpers 100 während einzelner Verfahrensschritte. Diese Schritte betreffen ein Verfahren zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur 20 in einem vertikalen Halbleiterbauelement, also einem Bauelement, bei dem die Stromflussrichtung einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 entspricht.
  • Bezugnehmend auf 22B umfasst das Verfahren das Herstellen eines Grabens 101 in dem Halbleiterkörper 100 und das Herstellen einer ersten Dielektrikumsschicht 122 an Seitenwänden des Grabens 101. Das Herstellen der ersten Dielektrikumsschicht 122 an den Seitenwänden des Grabens 101 kann das Herstellen der ersten Dielektrikumsschicht 122 am Boden und den Seitenwänden des Grabens 101 umfassen, wie in 1 dargestellt ist, und kann das Entfernen der ersten Dielektrikumsschicht 122 vom Boden des Grabens 101 umfassen. Optional wird die erste Dielektrikumsschicht 122 auch auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 100 erzeugt, in der der Graben 101 hergestellt wird. Das Herstellen des Grabens 101 kann herkömmliche Verfahrensschritte zum Herstellen eines Grabens in einem Halbleiterkörper umfassen, wie beispielsweise einen Ätzprozess. Das Entfernen der Dielektrikumsschicht 122 am Boden des Grabens 101 kann einen Ätzprozess umfassen, wie beispielsweise einen anisotropen Ätzprozess.
  • Abschnitte der ersten Dielektrikumsschicht 122 entlang der Seitenwände des Grabens 101 sind in dem fertigen Halbleiterbauelement Teil des Feldelektrodendielektrikums 22. Halbleitergebiete 111 des Halbleiterkörpers 100, die an die Dielektrikumsschicht 122 angrenzen, bilden Teile des Driftgebiets 11 des fertigen Halbleiterbauelements. Die erste Dielektrikumsschicht 122 ist beispielsweise eine Oxidschicht, wie beispielsweise eine Siliziumdioxidschicht.
  • Bezugnehmend auf die 22C wird eine zweite Dielektrikumsschicht 163 am Boden des Grabens 101 hergestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Herstellen der zweiten Dielektrikumsschicht 163 das Herstellen eines Silizids 161 am Boden des Grabens. Das Silizid 161 ist beispielsweise ein Titan-Silizid (TiSi), Kobalt-Silizid (CoSi) oder Wolfram-Silizid (WSi). Außerdem wird polykristallines Halbleitermaterial 162, wie beispielsweise Polysilizium auf dem Silizid 161 hergestellt. Das Herstellen des polykristallinen Halbleitermaterials 162 umfasst beispielsweise einen selektiven Epitaxiewachstumsprozess. Bei diesem Verfahren wächst eine raues Polysilizium 162 auf dem Silizid 161. Außerdem wird die Polysiliziumschicht 162 wenigstens teilweise oxidiert. Das Oxidieren des rauen Polysiliziums führt zu einem rauen Oxid, dass die zweite Dielektrikumsschicht 163 bildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein optionaler selektiver Epitaxieprozess vor dem Herstellen des Silizid 161 durchgeführt. Bei diesem selektiven Epitaxieprozess wird ein Halbleitermaterial am Boden des Grabens 11 gewachsen, während das Silizid 161 auf diesem gewachsenen Halbleitergebiet hergestellt wird.
  • Bezugnehmend auf 22D wird eine weitere Polysiliziumschicht 121 auf dem Oxid 163 hergestellt. Diese weitere Polysiliziumschicht 121 wird beispielsweise unter Verwendung eines selektiven Epitaxiewachstumsprozesses hergestellt, bei dem Polysilizium auf dem rauen Oxid 163 am Boden des Grabens 101 wächst, nicht jedoch auf der Dielektrikumsschicht 122, beispielsweise einem Oxid, an den Seitenwänden des Grabens 101. Die Polysiliziumschicht 121 bildet einen Teil einer Feldelektrode 21 in dem fertigen Halbleiterbauelement.
  • Bezugnehmend auf 22E umfassen weitere Verfahrensschritte das Entfernen der Dielektrikumsschicht 122 am Boden des Grabens 101, also oben auf der Polysiliziumschicht 121, und den Seitenwänden des Grabens 101, um den Halbleiterkörper 100 an den Seitenwänden des Grabens 101 freizulegen. Bei diesem Prozess wird ein Hohlraum 101' in den Graben 101 erzeugt, der sich in dem Halbleitermaterial in lateraler Richtung erstreckt. Das Herstellen des Hohlraums 101' kann einen Temperaturprozess in einer Wasserstoffatmosphäre umfassen. Es sei angenommen, dass die Dielektrikumsschicht 122 eine Siliziumdioxid(SiO2)-Schicht ist. Der Temperaturprozess in der Wasserstoffatmosphäre bewirkt dann, dass Siliziumatome aus der Polysiliziumschicht 121 sich in der Dielektrikumsschicht 122 nahe der Oberfläche der Polysiliziumschicht 121 akkumulieren. Die akkumulierten Siliziumsatome reagieren mit den Siliziumdioxid-Molekülen aus der Dielektrikumsschicht 122, so dass flüchtiges Siliziumoxid (SiO) gebildet wird, d. h.: Si + SiO2 -> 2SiO.
  • Der Hohlraum 101' entsteht, wo SiO2-Moleküle aus der Dielektrikumsschicht 122 mit Silizium aus der Polysiliziumschicht 121 reagieren. Gemäß einem Beispiel ist die Dauer des Temperaturprozesses so gewählt, dass sich der in der Dielektrikumsschicht 122 hergestellte Hohlraum 101' in das Halbleitergebiet 11 des Halbleiterkörpers 100 erstreckt.
  • Bezugnehmend auf 22F wird die Polysiliziumschicht 121 bis unter einen Boden des Hohlraums 101' zurückgeätzt, der durch das in 21E dargestellte Verfahren hergestellt wird. Außerdem wird eine monokristalline Halbleiterschicht 111' in dem Halbleiterkörper 100 an den Seitenwänden des Hohlraums 101' gewachsen, und eine polykristalline Halbleiterschicht 121' wird weiterhin auf der Polysiliziumschicht 121 gewachsen. Diese monokristalline Halbleitermaterial 111' und das polykristalline Material 121' können in einem Verfahrensschritt hergestellt werden, der einen selektiven Epitaxiewachstumsprozess umfasst. Bei diesem Prozess wächst Halbleitermaterial in monokristalliner Weise auf dem Halbleiterkörper 100 an den Seitenwänden des Hohlraums 101' und wächst in polykristalliner Weise auf der Polysiliziumschicht 121. Dieser Prozess endet, wenn der Hohlraum 101' vollständig mit monokristallinem und polykristallinem Halbleitermaterial gefüllt ist.
  • Das Ergebnis des an Hand der 22A bis 22F erläuterten Verfahrens ist eine Feldelektrode, die der Feldelektrode 21 in dem fertigen Bauelement entspricht und die durch die Polysiliziumschichten 121, 121' gebildet ist. Diese Feldelektrode besitzt eine Grenzfläche mit dem Halbleitergebiet 11', das durch den selektiven Epitaxiewachstumsprozess gebildet ist, wobei diese Grenzfläche ein Generationsgebiet 150 bildet. Solche Abschnitte der Dielektrikumsschicht 122, die an die Feldelektrode 121, 121' angrenzen, und die insbesondere an den unteren Abschnitt 121 der Feldelektrode und des Oxids 163 unter der Feldelektrode 121 angrenzen, bilden das Feldelektrodendielektrikum 22 in dem fertigen Bauelement.
  • Das anhand der 22A bis 22F beschriebene Verfahren kann mehrere Male wiederholt werden, um mehrere Feldelektrodenstrukturen übereinander herzustellen. Bezugnehmend auf 22G würde eine nächste Verfahrenssequenz das Herstellen eines Silizids 161 auf der Feldelektrode 121, 121' und dann das Durchführen der anhand der 22A bis 22F beschriebenen Verfahrensschritte umfassen, um eine in 22H dargestellte Struktur zu erhalten, bei der zwei Feldelektrodenstrukturen jeweils eine Feldelektrode 121, 121' aufweisen, die übereinander angeordnet sind. Bei dem in 22H dargestellten Ausführungsbeispiel verbleibt ein Restgraben 101 oberhalb der Feldelektrodenstruktur. In diesem Restgraben könnte eine Gateelektrode hergestellt werden, wenn das Herstellen eines vertikalen MOS-Transistors angestrebt wird.
  • Die 23A bis 23H veranschaulichen ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper. Bezugnehmen auf 23A umfasst das Verfahren das Herstellen eines Grabens 201 in einer ersten Halbleiterschicht 110. Die erste Halbleiterschicht 110 ist beispielsweise eine Epitaxieschicht auf einem Halbleitersubstrat 120 (in 23A in gestrichelten Linien dargestellt). Bezugnehmend auf 23B umfasst das Verfahren außerdem das Herstellen der ersten Dielektrikumsschicht 222 an Seitenwänden des Grabens 201. Das Herstellen der Dielektrikumsschicht 222 an den Seitenwänden des Grabens 201 kann das Herstellen der Dielektrikumsschicht 222 am Boden und den Seitenwänden des Grabens 201, wie in 23a dargestellt ist, und das Entfernen der Dielektrikumsschicht 222 vom Boden des Grabens 201 umfassen. Das Entfernen der Dielektrikumsschicht 222 vom Boden des Grabens 201 kann einen anisotropen Ätzprozess umfassen. Optional wird die Dielektrikumsschicht 222 auch auf einer Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 100 hergestellt.
  • Bezugnehmend auf 23C wird eine zweite Dielektrikumsschicht 261, wie beispielsweise eine Oxidschicht, am Boden des Grabens 201 hergestellt. Das Herstellen der zweiten Dielektrikumsschicht 261 kann beispielsweise einen thermischen Oxidationsprozess umfassen. Optional kann eine epitaktische Halbleiterschicht am Boden des Grabens 201 vor dem Herstellen der Oxidschicht 261 gewachsen werden. Die Oxidschicht 261, wenn sie auf einer Epitaxieschicht hergestellt wird, und die Dielektrikumsschicht 222 bilden eine schüsselartige Struktur, die als Ladungsträgerfalle für komplementäre Ladungsträger wirken kann.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden die erste Dielektrikumsschicht 222 und die zweite Dielektrikumsschicht 261 durch gemeinsame Verfahrensschritte hergestellt, wie beispielsweise einen Abscheideprozess oder einen thermischen Oxidationsprozess. Bei diesem Verfahren kann die erste Dielektrikumsschicht 222, wie in 23A dargestellt, am Boden des Grabens 201 verbleiben, sodass die in den 23B und 23C dargestellten Verfahrensschritte zum Entfernen der Dielektrikumsschicht 222 vom Boden und das Herstellen einer neuen Dielektrikumsschicht am Boden weggelassen werden können.
  • Außerdem wir bezugnehmend auf 23C eine Feldelektrode 221 auf der zweiten Dielektrikumsschicht 261 hergestellt. Die Feldelektrode 221 ist beispielsweise eine Polysiliziumschicht. Das Herstellen der Polysiliziumschicht 221 umfasst beispielsweise einen Abscheideprozess. Die Feldelektrode 221 füllt den Graben 201 nicht vollständig auf.
  • Bezugnehmend auf 23D wird eine optionale Silizidschicht 262 auf der Polysiliziumschicht 221 hergestellt.
  • Bezugnehmend auf 23G wird in weiteren Verfahrensschritte eine zweite monokristalline Halbleiterschicht 130 auf freiliegenden Oberflächenabschnitten der ersten Halbleiterschicht 110 gewachsen. Diese monokristalline Halbleiterschicht 130 überwächst die erste Dielektrikumsschicht 222 in einer lateralen Richtung, wächst aber nicht auf dieser ersten Dielektrikumsschicht 222. Dieser Epitaxiewachstumsprozess, der beispielsweise eine selektiver Epitaxiewachstumsprozess ist, endet bevor der Graben 201 über der Feldelektrode 221 oder der optionalen Silizidschicht 262 vollständig geschlossen ist.
  • Wenn, wie in 23B dargestellt, die erste Dielektrikumsschicht 122 auch auf der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 110 wächst, muss die erste Dielektrikumsschicht 222 von der Oberfläche vor dem wachsen der zweiten Halbleiterschicht 130 entfernt werden.
  • Bezugnehmend auf die 23D bis 23F kann das Entfernen der ersten Dielektrikumsschicht 222 von der Oberfläche das Herstellen einer Masken- oder Opferschicht 263 auf der Feldelektrode 221 beziehungsweise der Silizidschicht 262 umfassen. Die Opferschicht 263 füllt den Graben 201 vollständig. Die Masken- oder Opferschicht 263 umfasst beispielsweise Kohlenstoff.
  • In nächsten Verfahrenschritten, die in 23E dargestellt sind, wird die Dielektrikumsschicht 222 von der Oberfläche der Halbleiterschicht 110 entfernt, beispielsweise unter Verwendung eines Ätzprozesses. Bei diesem Prozess kann die erste Dielektrikumsschicht 222 nicht nur von der Oberfläche entfernt werden, sondern kann auch bis unter die Oberfläche der Halbleiterschicht 110 zurückgeätzt werden.
  • Bezugnehmend auf 23F wird die Opferschicht 263, die beispielsweise eine Kohlenstoffschicht ist, entfernt.
  • Bezugnehmend auf 23H wird eine weitere Halbleiterschicht 110 epitaktisch auf der Halbleiterschicht 130 gewachsen. Bei diesem Verfahren wir der Hohlraum oberhalb der Silizidschicht 262 teilweise gefüllt. Allerdings verbleibt ein Hohlraum 264, der Teil eines Generationsgebiets ist. Bei der in 23A dargestellten Struktur entsprechen die Dielektrikumsschicht 222 und das Oxid 263 dem Feldelektrodendielektrikum 22 in einem fertigen Bauelement, die Polysiliziumschicht 221 entspricht der Feldelektrode 21 und die Grenzfläche zwischen dem Hohlraum 264 und dem umgebenden Halbleitermaterial entspricht dem Generationsgebiet 50.
  • Der anhand der 23A bis 23H beschriebene Prozess kann mehrere Male wiederholt werden, um mehrere Feldelektrodenstrukturen übereinander herzustellen.

Claims (34)

  1. Halbleiterbauelement, das aufweist: ein Driftgebiet (11) eines ersten Dotierungstyps; einen Übergang (12) zwischen dem Driftgebiet (11) und einem Bauelementgebiet (13); und wenigstens eine Feldelektrodenstruktur (20) in dem Driftgebiet (11), wobei die wenigstens eine Feldelektrodenstruktur (20) aufweist: eine Feldelektrode (21); ein Feldelektrodendielektrikum (22), das an die Feldelektrode (21) angrenzt und das zwischen der Feldelektrode (21) und dem Driftgebiet (11) angeordnet ist und das eine Öffnung (26) aufweist; und wenigstens eines von einem Feldstoppgebiet (23) des ersten Dotierungstyps und höher dotiert als das Driftgebiet (11), wobei das Feldstoppgebiet (23) die Feldelektrode (21) durch die Öffnung (26) des Feldelektrodendielektrikums (22) an das Driftgebiet (11) anschließt, und einem Generationsgebiet (50), das die Feldelektrode (21) durch die Öffnung (26) des Feldelektrodendielektrikums (22) an das Driftgebiet (11) anschließt oder das in der Feldelektrode (21) angeordnet ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem das wenigstens eine von dem Feldstoppgebiet (23) und dem Generationsgebiet (50) wenigstens teilweise innerhalb des Feldelektrodendielektrikums (23) angeordnet ist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem das wenigstens eine von dem Feldstoppgebiet (23) und dem Generationsgebiet (50) vollständig innerhalb des Feldelektrodendielektrikums (22) angeordnet ist.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Feldelektrode (21) ein Halbleitermaterial des ersten Dotierungstyps und höher dotiert als das Driftgebiet (11) aufweist.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem die Feldelektrode (21) und das Feldstoppgebiet (23) dieselbe Dotierungskonzentration aufweisen.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Feldelektrode (21) wenigstens eines der folgenden aufweist: ein Metall, ein Silizid, ein polykristallines Halbleitermaterial, ein amorphes Halbleitermaterial, ein monokristallines Halbleitermaterial mit darin angeordneten Fremdmaterialatomen, ein monokristallines Halbeitermaterial mit Kristalldefekten.
  7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin aufweist: ein Kontaktgebiet (24), das zwischen der Feldelektrode (21) und dem Feldstoppgebiet (23) angeordnet ist.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Generationsgebiet (50) ein Grenzflächengebiet zwischen der Feldelektrode (21) und dem Driftgebiet (11) aufweist.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Generationsgebiet (50) einen Hohlraum aufweist.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, bei dem der Hohlraum an das Driftgebiet angrenzt.
  11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem das Feldstoppgebiet (23) die Feldelektrode (21) vollständig von dem Driftgebiet (11) trennt.
  12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem ein Abschnitt der Feldelektrode (21) an das Driftgebiet (11) angrenzt.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Halbleiterbauelement eine Stromflussrichtung aufweist und das wenigstens eine von dem Feldstoppgebiet (23) und dem Generationsgebiet (50) sich nicht um mehr als 200 nm in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung über das Feldelektrodendielektrikum (22) hinaus in das Driftgebiet (11) erstreckt.
  14. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Halbleiterbauelement eine Stromflussrichtung aufweist und das wenigstens eine von dem Feldstoppgebiet (23) und dem Generationsgebiet (50) sich in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung nicht über die Feldelektrode (22) hinaus erstreckt.
  15. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Feldelektrodendielektrikum (22) eine Länge in einer Stromflussrichtung des Halbleiterbauelements und eine Breite in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung aufweist, und wobei eine Verhältnis zwischen der Länge und der Breite größer ist als 1, größer ist als 5 oder größer ist als 10.
  16. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Öffnung des Feldelektrodendielektrikums (22) in Richtung des Übergangs (12) zwischen dem Driftgebiet (11) und dem Bauelementgebiet (13) zeigt.
  17. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die wenigstens eine Feldelektrodenstruktur eine Abschirmstruktur (25) aufweist, die in einer Stromflussrichtung des Halbleiterbauelements beabstandet zu der Öffnung (26) des Feldelektrodendielektrikums (22) angeordnet ist.
  18. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, das weiterhin mehrer Feldelektrodenstrukturen aufweist, die in einer Stromflussrichtung des Halbleiterbauelements beabstandet zueinander angeordnet sind.
  19. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Feldelektroden (21) von einzelnen der mehreren Feldelektrodenstrukturen derart realisiert sind, dass wenigstens einige dieser Feldelektrodenstrukturen (21) an das Feldelektrodendielektrikum (22) einer benachbarten Feldelektrodenstruktur angrenzen.
  20. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Feldstoppgebiet (23) von einzelnen der mehreren Feldelektrodenstrukturen derart realisiert sind, dass wenigstens einige dieser Feldstoppgebiete (23) an das Feldelektrodendielektrikum (22) einer benachbarten Feldelektrodenstruktur angrenzen.
  21. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbauelement ein MOS-Transistor ist, bei dem das Bauelementgebiet (13) ein Halbleiterbgebiet eines zweiten Dotierungstyps ist und ein Bodygebiet bildet, und wobei der MOS-Transistor weiterhin aufweist: ein Sourcegebiet (14), wobei das Bodygebiet (13) zwischen dem Driftgebiet (11) und dem Sourcegebiet (14) angeordnet ist; ein Draingebiet (15), wobei das Driftgebiet (11) zwischen dem Draingebiet (15) und dem Bodygebiet (13) angeordnet ist; und eine Gateelektrode (140) die benachbart zu dem Bodygebiet (13) angeordnet ist und die durch ein Gatedielektrikum (42) dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet (13) isoliert ist.
  22. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Halbleiterbauelement eine Bipolardiode ist, bei der das Bauelementgebiet ein Halbleitergebiet eines zweiten Dotierungstyps ist und ein Emittergebiet bildet.
  23. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei das Halbleiterbauelement eine Schottkydiode ist, bei der das Bauelementgebiet ein Schottkygebiet ist.
  24. Verfahren zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Grabens (101) in dem Halbleiterkörper (100); Herstellen einer ersten Dielektrikumsschicht (122) an Seitenwänden des Grabens (101); Herstellen einer zweiten Dielektrikumsschicht (163) am Boden des Grabens; Herstellen einer ersten Polysiliziumschicht (121), die eine Oberfläche aufweist, auf der zweiten Dielektrikumsschicht (163); Herstellen eines Hohlraums (101') in einem Bereich der Oberfläche, der ersten Polysiliziumschicht, wobei sich der Hohlraum (101') durch die erste Dielektrikumsschicht (122) erstreckt, um Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (100) freizulegen; und Wachsen eines monokristallinen Halbleitermaterials (111) auf freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers in dem Hohlraum und einer zweiten Polysiliziumschicht (121') auf der ersten Polysiliziumschicht (121), wobei die ersten und zweiten Polysiliziumschichten (121, 121') eine Feldelektrode bilden und wobei die erste Dielektrikumsschicht (163) unterhalb des Hohlraums (101') und die erste Dielektrikumsschicht (122) ein Feldelektrodendielektrikum bilden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, bei dem das Herstellen der monokristallinen Halbleiterschicht (111') und der zweiten Polysiliziumschicht (121') einen selektiven Epitaxieprozess umfasst.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 und 25, das weiterhin aufweist: Herstellen einer Halbleiterschicht (162) am Boden des Grabens (101) vor dem Herstellen der zweiten Dielektrikumsschicht (163).
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, bei dem das Herstellen der zweiten Dielektrikumsschicht (163) aufweist: Herstellen einer Silizidschicht (161) am Boden des Grabens (101); Herstellen einer dritten Polysiliziumschicht (162) auf der Silizidschicht (161); und wenigstens teilweises Oxidieren der dritten Polysiliziumschicht (162), um die zweite Dielektrikumsschicht (163) zu bilden.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 27, bei dem die zweite Polysiliziumschicht (121') den Graben (101) nicht vollständig auffüllt und bei dem die Schritte zum Herstellen der zweiten Dielektrikumsschicht (163) am Boden des Grabens (101), zum Herstellen der ersten Polysiliziumschicht (121), zum Herstellen des Hohlraums (101') und zum Wachsen eines monokristallinen Halbleitermaterials (111') auf freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers (100) in dem Hohlraum (101') und einer zweiten Polysiliziumschicht (121') auf der ersten Polysiliziumschicht (121) wenigstens ein Mal wiederholt werden.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, bei dem die erste Dielektrikumsschicht (122) und die zweite Dielektrikumsschicht (163) durch gemeinsame Verfahrensschritte hergestellt werden.
  30. Verfahren zum Herstellen einer Feldelektrodenstruktur in einem Halbleiterkörper, wobei das Verfahren aufweist: Herstellen eines Grabens (201), der sich von einer ersten Oberfläche in eine erste Halbleiterschicht (110) erstreckt; Herstellen einer ersten Dielektrikumsschicht (222) an Seitenwänden des Grabens (201); Herstellen einer zweiten Dielektrikumsschicht (261) an einem Boden des Grabens (201); Herstellen einer Feldelektrode (221) in dem Graben (201), wobei die Feldelektrode (221) den Graben (201) nicht vollständig auffüllt; Wachsen einer zweiten Halbleiterschicht (130) auf freiliegenden Abschnitten der ersten Halbleiterschicht (110) auf der ersten Oberfläche, wobei die zweite Halbleiterschicht (130) auch die erste Dielektrikumsschicht (222) an der ersten Oberfläche überdeckt, wobei die zweite Halbleiteschicht (130) ein Öffnung oberhalb des Grabens (201) frei lässt; und Wachsen einer dritten Halbleiterschicht (110) auf der zweiten Halbleiterschicht (130), wobei die dritte Halbleiterschicht den Graben abschließt, und einen Hohlraum (264) oberhalb der Feldelektrode (221) lässt.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem das Wachsen der zweiten Halbleiterschicht (130) einen selektiven Epitaxiewachstumsprozess aufweist.
  32. Verfahren nach Anspruch 30, bei dem das Wachsen der dritten Halbleiterschicht einen Epitaxiewachstumsprozess (110) aufweist.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, das weiterhin aufweist: Herstellen eine Silizidschicht (262) auf der Feldelektrode (221) vor dem Wachsen der zweiten Halbleiterschicht (130).
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, das weiterhin aufweist: Herstellen einer Halbleiterschicht am Boden des Grabens (201) vor dem Herstellen der zweiten Dielektrikumsschicht (261).
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