DE102014105964A1 - Halbleitervorrichtung mit einer Superübergangsstruktur, die auf einer Kompensationsstruktur mit Kompensationsschichten beruht und einen Kompensationsrate-Gradienten hat - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit einer Superübergangsstruktur, die auf einer Kompensationsstruktur mit Kompensationsschichten beruht und einen Kompensationsrate-Gradienten hat Download PDF

Info

Publication number
DE102014105964A1
DE102014105964A1 DE102014105964.6A DE102014105964A DE102014105964A1 DE 102014105964 A1 DE102014105964 A1 DE 102014105964A1 DE 102014105964 A DE102014105964 A DE 102014105964A DE 102014105964 A1 DE102014105964 A1 DE 102014105964A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
compensation
super junction
semiconductor device
conductivity type
section
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014105964.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Armin Willmeroth
Markus Schmitt
Winfried Kaindl
Hans Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Publication of DE102014105964A1 publication Critical patent/DE102014105964A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7827—Vertical transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
    • H01L29/0634—Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0642—Isolation within the component, i.e. internal isolation
    • H01L29/0649—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps
    • H01L29/0653—Dielectric regions, e.g. SiO2 regions, air gaps adjoining the input or output region of a field-effect device, e.g. the source or drain region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
    • H01L29/0873—Drain regions
    • H01L29/0878—Impurity concentration or distribution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
    • H01L29/1033—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure
    • H01L29/105—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate, e.g. characterised by the length, the width, the geometric contour or the doping structure with vertical doping variation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/417—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/41725—Source or drain electrodes for field effect devices
    • H01L29/41766—Source or drain electrodes for field effect devices with at least part of the source or drain electrode having contact below the semiconductor surface, e.g. the source or drain electrode formed at least partially in a groove or with inclusions of conductor inside the semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

Eine Superübergangstruktur (180) ist in einem Halbleiterteil (100) einer Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) gebildet. Die Superübergangstruktur (180) umfasst eine Kompensationsstruktur (160) mit einer ersten Kompensationsschicht (161) eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Kompensationsschicht (162) eines komplementären, zweiten Leitfähigkeitstyps. Die Kompensationsstruktur (160) kleidet wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches (170) aus, die sich zwischen Halbleitermesas (150) längs einer vertikalen Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterteiles (100) erstrecken. Innerhalb der Superübergangstruktur (180) und einer Sockelschicht (128), die an die Superübergangstruktur (160) angrenzen kann, ändert sich ein Vorzeichen einer lateralen Kompensationsrate längs der vertikalen Richtung, was in einem lokalen Spitzenwert eines vertikalen elektrischen Feldgradienten und einer verbesserten Avalanche-Robustheit resultiert.

Description

  • HINTERGRUND
  • Ein Halbleiterteil eines Superübergang- bzw. Superjunction-n-FET (Feldeffekttransistor) beruhend auf einem Trench- bzw. Grabenkonzept umfasst insbesondere komplementär dotierte Schichten, die sich parallel zu einer Flussrichtung eines Einschaltstromes erstrecken. Im Rückwärts-Sperrmodus erzeugen die komplementären dotierten Schichten eine weite Verarmungszone innerhalb des Halbleiterteiles derart, dass eine hohe Rückwärts-Durchbruchspannung selbst bei einer vergleichsweise hohen Fremdstoffkonzentration in den komplementär dotierten Schichten erreicht werden kann. Es ist wünschenswert, die Avalanche- bzw. Lawinenrobustheit von Superübergang-Halbleitervorrichtungen zu verbessern.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung anzugeben, welche obigen Forderungen genügt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleitervorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Superübergang-Halbleitervorrichtung eine Superübergangstruktur, die in einem Halbleiterteil ausgebildet ist. Die Superübergangstruktur umfasst eine Kompensationsstruktur mit einer ersten Kompensationsschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Kompensationsschicht eines komplementären, zweiten Leitfähigkeitstyps. Die Kompensationsstruktur kleidet wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches bzw. -gräben aus, die sich zwischen Halbleitermesas längs einer Vertikalrichtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche des Halbleiterteiles erstrecken. Innerhalb der Superübergangstruktur ändert sich ein Vorzeichen einer lateralen Kompensationsrate längs der Vertikalrichtung.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Superübergang-Halbleitervorrichtung eine Superübergangstruktur, die in einem Halbleiterteil ausgebildet ist. Die Superübergangstruktur umfasst eine Kompensationsstruktur mit einer ersten Kompensationsschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Kompensationsschicht eines komplementären, zweiten Leitfähigkeitstyps. Die Kompensationsstruktur kleidet wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches bzw. -gräben aus, die sich zwischen Halbleitermesas längs einer Vertikalrichtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche des Halbleiterteiles erstrecken. Eine Sockelschicht des ersten Leitfähigkeitstyps grenzt direkt an die Superübergangstruktur in dem Halbleiterteil an. Innerhalb eines vertikalen Abschnitts, der aus der Superübergangstruktur und der Sockelschicht besteht, ändert sich ein Vorzeichen einer lateralen Kompensationsrate längs der Vertikalrichtung.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser zu verstehen sind.
  • 1A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 1B ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil des Halbleiterteiles von 1A zeigt.
  • 2A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Transistorteiles von Halbleitervorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen, die planare Transistoren mit Gateelektroden außerhalb eines Halbleiterteiles vorsehen.
  • 2B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Transistorteiles von Halbleitervorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen, die vertikale Transistoren mit vergrabenen Gateelektroden und mit Sourcezonen vorsehen, die in der vertikalen Projektion von Kompensationstrenches angeordnet sind.
  • 2C ist eine schematische Schnittdarstellung eines Transistorteiles von Halbleitervorrichtungen gemäß Ausführungsbeispielen, die Vertikaltransistoren mit vergrabenen Gateelektroden und mit in Halbleitermesas vorgesehenen Sourcezonen haben.
  • 3A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Kompensationstrenches mit einer vertikal gemusterten Kompensationsstruktur vorsieht.
  • 3B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Kompensationstrenches vorsieht, die teilweise mit nicht-intrinsischen Halbleiterstöpseln gefüllt sind.
  • 3C ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Kompensationstrenches vorsieht, die teilweise mit intrinsischen Halbleiterstöpseln gefüllt sind.
  • 4 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Superübergangstruktur vorsieht, die säulenartige Fremdstoffstrukturen in der vertikalen Projektion von Kompensationstrenches umfasst.
  • 5A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Halbleitermesas mit Abschnitten von verschiedenen Leitfähigkeitstypen vorsieht.
  • 5B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 5A zeigt.
  • 5C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 5A zeigt.
  • 6A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Halbleitermesas mit einem Abschnitt, der mit Wasserstoff bestrahlt ist, vorsieht.
  • 6B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 6A zeigt.
  • 6C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 6A zeigt.
  • 7A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Halbleitermesas mit einem gestaffelten bzw. abgestuften vertikalen Fremdstoffprofil vorsieht.
  • 7B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 7A zeigt.
  • 7C ist schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 7A zeigt.
  • 8A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Kompensationstrenches mit geneigten Seitenwänden vorsieht.
  • 8B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 8A zeigt.
  • 8C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 8A zeigt.
  • 9A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Kompensationstrenches von verschiedenen Tiefen vorsieht.
  • 9B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 9A zeigt.
  • 9C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 9A zeigt.
  • 10A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Halbleitermesas mit stark dotierten Abschnitten vorsieht.
  • 10B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 10A zeigt.
  • 10C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 10A zeigt.
  • 11A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das das maximale elektrische Feld an der Zwischenfläche zwischen einer Superübergangstruktur und einer Sockelschicht vorsieht.
  • 11B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 11A zeigt.
  • 11C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 11A zeigt.
  • 12A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das die maximale elektrische Feldstärke in einer Sockelschicht vorsieht.
  • 12B ist ein schematisches Diagramm, das den vertikalen Gradienten der Kompensationsrate in dem Halbleiterteil von 12A zeigt.
  • 12C ist ein schematisches Diagramm, das das vertikale elektrische Feldprofil in der Halbleitervorrichtung von 12A zeigt.
  • 13 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine vertikal gemusterte Kompensationsstruktur vorsieht.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittel einer spezifischen Sprache erläutert, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten und bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt. Der Begriff "elektrisch verbunden" beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff "elektrisch gekoppelt" schließt ein, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • 1A zeigt eine Superübergang-Halbleitervorrichtung 500 mit einem Halbleiterteil 100, der eine erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101 hat. Der Halbleiterteil 100 ist aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium Si, Siliziumcarbid SiC, Germanium Ge, einem Silizium-Germanium-Kristall SiGe, Galliumnitrid GaN oder Galliumarsenid GaAs vorgesehen. Ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Oberfläche 101 bzw. 102 beträgt wenigstens 40 µm, beispielsweise wenigstens 175 µm. Der Halbleiterteil 100 kann eine rechteckförmige Gestalt mit einer Rand- bzw. Kantenlänge in dem Bereich von einigen Millimetern oder eine kreisförmige Gestalt mit einem Durchmesser von einigen Millimetern haben. Die Normale zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert eine vertikale bzw. Vertikalrichtung und Richtungen orthogonal bzw. senkrecht zu der Normalrichtung sind laterale bzw. seitliche Richtungen.
  • Der Halbleiterteil 100 kann eine Fremdstoffschicht 130 eines ersten Leitfähigkeitstyps umfassen. Die Fremdstoffschicht 130 kann sich längs einer vollständigen Querschnittsebene des Halbleiterteils 100 parallel zu der zweiten Oberfläche 102 erstrecken. In dem Fall, dass die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate) ist, grenzt die Fremdstoffschicht 130 direkt an die zweite Oberfläche 102 an, und eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Fremdstoffschicht 130 ist vergleichsweise hoch und beträgt beispielsweise wenigstens 5 × 1018 cm–3. In dem Fall, dass die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) ist, ist eine Kollektorschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, zwischen der Fremdstoffschicht 130 und der zweiten Oberfläche 102 angeordnet, und eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration in der Fremdstoffschicht 130 kann in dem Bereich von beispielsweise etwa 5 × 1014 cm–3 bis etwa 5 × 1016 cm–3 liegen. Der Halbleiterteil 100 umfasst weiterhin eine Driftschicht 120 zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Fremdstoffschicht 130. Die Driftschicht 120 umfasst eine Superübergangstruktur 180 und kann eine Sockelschicht 128 des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Superübergangstruktur 180 und der Fremdstoffschicht 130 aufweisen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Superübergangstruktur 180 direkt an die Fremdstoffschicht 130 angrenzen.
  • Die Superübergangstruktur 180 umfasst eine Kompensationsstruktur 160, die wenigstens eine erste Kompensationsschicht 161 des ersten Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyps und eine zweite Kompensationsschicht 162 des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist. Die Kompensationsstruktur 160 kann außerdem Schichten des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps oder intrinsische Schichten, beispielsweise eine zwischenliegende intrinsische Schicht 165 zwischen den ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 haben. Die Kompensationsstruktur 160 kleidet wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches 170 aus, die sich in der vertikalen Richtung innerhalb der Driftschicht 120 erstrecken. Zwischenflächen zwischen den Schichten 161, 162, 165 der Kompensationsstruktur sind parallel oder nahezu parallel zu einer Zwischenfläche zwischen der Kompensationsstruktur 160 und dem Material des Halbleiterteils 100. Teile des einkristallinen Halbleitermaterials des Halbleiterteiles zwischen den Kompensationstrenches 170 bilden Halbleitermesas 150.
  • Die Kompensationsstruktur 160 kann exklusiv gerade Teile von zu der ersten Oberfläche 101 geneigten oder gekippten Seitenwänden auskleiden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kleidet die Kompensationsstruktur 160 zusätzlich einen Bodenteil, der die Seitenwände verbindet, aus, wobei der Bodenteil gekrümmt oder nahezu planar sein kann.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel kleidet die Kompensationsstruktur 160 die Kompensationstrenches 170 vollständig aus. Andere Ausführungsbeispiele können ein Entfernen der Kompensationsstruktur 160 von dem Boden der Kompensationstrenches 170 derart vorsehen, dass die Kompensationsstruktur 160 exklusiv längs der Seitenwände der Kompensationstrenches 170 gebildet ist.
  • Die Schichten 161, 162, 165 der Kompensationsstruktur 160 sind nahezu konforme Schichten, die jeweils eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke haben. Die Schichten 161, 162, 165 können durch Epitaxie aufgewachsene einkristalline Halbleiterschichten mit einem Kristallgitter der aufgewachsenen Halbleiterschichten sein, das in Übereinstimmung mit einem Kristallgitter des einkristallinen Halbleitermaterials des Halbleiterteiles 100 aufgewachsen oder durch Rekristallisation von aufgetragenem Halbleitermaterial durch beispielsweise polykristallines Silizium gebildet ist, wobei eine lokal wirksame Wärmebehandlung verwendet wird. Die ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 können während eines epitaxialen Wachstums in-situ dotiert sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Fremdstoffe des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps in die jeweiligen Schichten mit geneigten bzw. schrägen Implantationen eingeführt sein.
  • Die Kompensationstrenches 170 können parallele Streifen sein, die in regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Querschnittsflächen der Kompensationstrenches 170 parallel zu der ersten Oberfläche 101 Kreise, Ellipsoide, Ovale oder Rechtecke, beispielsweise Quadrate, mit oder ohne gerundete Ecken sein. Demgemäß können die Halbleitermesas 150 zwischen den Kompensationstrenches 170 Streifen sein oder ein die Kompensationstrenches 170 einbettendes Gitter bilden.
  • Die Dicke der ersten Kompensationsschicht 161 kann wenigstens 10 nm und beispielsweise höchstens 250 nm betragen. Die Dicke der zweiten Kompensationsschicht 162 kann wenigstens 10 nm und höchstens 250 nm sein, wobei die ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 die gleiche Dicke haben oder verschiedene Dicken aufweisen können. Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat die erste Kompensationsschicht 161 eine Dicke von 50 nm, die zweite Kompensationsschicht 162 weist eine Dicke von 50 nm auf, und die intrinsische Schicht 165 ist etwa 100 nm dick. In einer vertikalen Abschnittseinheit kann der Gesamtbetrag an Fremdstoffen in der ersten Kompensationsschicht 161 im Wesentlichen dem Gesamtbetrag von Fremdstoffen in der zweiten Kompensationsschicht 162 entsprechen. Beispielsweise können beide Schichten 161, 162 die gleiche Dicke und die gleiche mittlere Nettofremdstoffkonzentration (Dotierungspegel) von etwa 2 × 1017 cm–3 aufweisen.
  • In den Kompensationstrenches 170 kann eine dielektrische Auskleidung 171 die Kompensationsstruktur 160 bedecken und auskleiden bzw. versiegeln. Die dielektrische Auskleidung 171 kann aus einer einzelnen Schicht bestehen oder zwei oder mehr Unterschichten aufweisen, die aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, einem organischen Dielektrikum, beispielsweise Polyimid, oder einem Silikatglas, beispielsweise BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) gebildet ist. Die dielektrische Auskleidung 171 und die Kompensationsstruktur 160 können die Kompensationstrenches 170 vollständig füllen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kleidet die dielektrische Auskleidung 171 die Kompensationsstruktur 160 aus und belässt einen Luftspalt 179 in einem zentralen Teil von jedem Kompensationstrench 170. Das Vorhandensein des Luftspalts vermeidet eine mechanische Spannung, die sonst in das umgebende Halbleitermaterial durch eine vollständige Trenchfüllung eingeführt sein kann.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 umfasst außerdem eine Steuerstruktur 200 mit Feldeffekttransistorstrukturen zum Steuern eines Stromflusses zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102 durch den Halbleiterteil 100 abhängig von einem an einem Gateanschluss G angelegten Signal. Die Steuerstruktur 200 umfasst leitende Strukturen, isolierende Strukturen und dotierte Bereiche, die in dem Halbleiterteil 100 gebildet oder vergraben sind, und kann leitende und isolierende Strukturen außerhalb des Halbleiterteils 100 ebenso aufweisen.
  • Eine erste Elektrodenstruktur 310, die elektrisch mit einem Sourceanschluss S, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET ist, mit einem Emitteranschluss, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT ist, oder mit einem Anodenanschluss, falls die Halbleitervorrichtung 500 eine Halbleiterdiode ist, gekoppelt sein kann, kann elektrisch mit der Steuerstruktur 200 auf der Seite der ersten Oberfläche 101 verbunden sein.
  • Eine zweite Elektrodenstruktur 320 grenzt direkt an die zweite Oberfläche 102 des Halbleiterteils 100 an. Gemäß Ausführungsbeispielen, die auf Superübergang-IGFETs bezogen sind, grenzt die zweite Elektrodenstruktur 320 direkt an die Fremdstoffschicht 130 an. Gemäß Ausführungsbeispielen, die auf Superübergang-IGBTs bezogen sind, kann eine Kollektorschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der Fremdstoffschicht 130 und der zweiten Elektrodenstruktur 320 gebildet sein. Die zweite Elektrodenstruktur 320 kann elektrisch mit einem Drainanschluss D, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET ist, mit einem Kollektoranschluss, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT ist, oder mit einem Kathodenanschluss, falls die Halbleitervorrichtung 500 eine Halbleiterdiode ist, gekoppelt sein.
  • Jede der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 kann als Hauptbestandteil(e) Aluminium Al, Kupfer Cu oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu enthalten oder aus diesen bestehen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können eine oder beide der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 eine oder mehrere Schichten enthalten, die Nickel Ni, Titan Ti, Silber Ag, Gold Au, Platin Pt, Wolfram W und/oder Palladium Pd als Hauptbestandteil(e) haben. Beispielsweise umfasst wenigstens eine der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 zwei oder mehr Unterschichten, wobei wenigstens eine der Unterschichten ein oder mehrere Stoffe aus Ni, Ti, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil(e) oder Silizide und/oder Legierungen hiervon enthält.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ, der zweite Leitfähigkeitstyp ist der p-Typ, die erste Elektrodenstruktur 310 ist eine Sourceelektrode, und die zweite Elektrodenstruktur 320 ist eine Drainelektrode. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der n-Typ.
  • In der Halbleitervorrichtung 100 von 1A ändert sich ein Vorzeichen einer lateralen Kompensationsrate längs der vertikalen Richtung innerhalb eines vertikalen Abschnitts der Driftschicht 120, definiert durch die Superübergangstruktur 180, wobei die Superübergangstruktur 120 eine Fremdstoffverteilung hat, die sich mit dem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 verändert.
  • Die Kompensationsrate für einen vertikalen Abschnitt längs der vertikalen Erstreckung oder Ausdehnung der Superübergangstruktur 120 kann durch die Differenz zwischen der Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und der Menge an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps, bezogen auf die größere Menge der beiden Werte, definiert sein. Die Gesamtmenge von Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps resultiert aus der Summe von Fremdstoffen in der Kompensationsstruktur, beispielsweise der ersten Kompensationsschicht 161, und der Fremdstoffe in dem gleichen vertikalen Abschnitt in den Halbleitermesas 150. Die Gesamtmenge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps ist die Summe der Fremdstoffe in der Kompensationsstruktur, d.h. der zweiten Kompensationsschicht 162, und den entsprechenden Fremdstoffen in dem gleichen vertikalen Abschnitt der Halbleitermesas 150.
  • Für eine perfekte Kompensation sind die Mengen, bezogen auf einen beliebigen bzw. willkürlichen Abschnitt der vertikalen Ausdehnung bzw. Erstreckung, gleich, und die Kompensationsrate in diesem vertikalen Abschnitt ist gleich 0. Wenn der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, beträgt die Kompensationsrate +0,5, wenn die Menge an p-Typ-Fremdstoffen in einem vertikalen Abschnitt der zweiten Kompensationsschicht 162 und der Halbleitermesa 150 das Doppelte der Menge an n-Typ-Fremdstoffen in einem entsprechenden Abschnitt der ersten Kompensationsschicht 161 und der Halbleitermesa 150 beträgt. Die Kompensationsrate ist –0,5, wenn die Menge an p-Typ-Fremdstoffen in einem vertikalen Abschnitt der zweiten Kompensationsschicht 162 und der Halbleitermesa 150 die Hälfte der Menge an n-Typ-Fremdstoffen in dem entsprechenden Abschnitt der ersten Kompensationsschicht 161 und der Halbleitermesa 150 beträgt.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Halbleitermesas 150 eine p-Typ-Fremdstoffkonzentration p1 in einem ersten Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, und eine n-Typ-Fremdstoffkonzentration n1 in einem zweiten Abschnitt 181, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102. An gleichen Querschnittsflächen der ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 und bei einer lateralen Breite der Halbleitermesas 150, die das 20-fache der Schichtdicke beträgt, ist die Kompensationsrate für den ersten Abschnitt 181 durch (20·p1 + p – n)/(20·p1 + p) gegeben, und die Kompensationsrate für den zweiten Abschnitt 182 ist gegeben durch (p – (n + 20·n1)):(n + 20·n1).
  • Mit zunehmender Rückwärts- bzw. Gegenspannung wachsen Verarmungszonen in der lateralen Richtung, bis die ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 vollständig an beweglichen Ladungsträgern verarmt sind. In Superübergangvorrichtungen mit perfekter Kompensation kompensieren die Ladungen der verbleibenden Ladungsträger vollständig einander derart, dass sich die elektrische Feldstärke nicht über der vollständigen vertikalen Ausdehnung oder Erstreckung der Superübergangstruktur verändert. Da das Integral über der elektrischen Feldstärke zwischen den ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 310, 320 angibt, dass die Spannung der Halbleitervorrichtung akkommodiert bzw. angepasst sein kann, und da diese Fläche maximiert ist, wird eine hohe nominelle Durchbruchspannung erreicht.
  • Dagegen kompensieren in der Superübergangvorrichtung 500, bei der die Kompensationsrate das Vorzeichen längs der vertikalen Ausdehnung oder Erstreckung der Superübergangstruktur 100 sich ändert, Fremdstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps geringfügig Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem zweiten Abschnitt 182, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102, über, und Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps kompensieren leicht Fremdstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in dem ersten Abschnitt 181, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, über. Die Überkompensation kann erreicht werden durch Verändern der Fremdstoffkonzentration in den Halbleitermesas 150 oder in den ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 und/oder durch Ändern der Querschnittsflächen von wenigstens einer der Schichten der Kompensationsstruktur 160 und/oder der Halbleitermesas 150.
  • Innerhalb jedem der ersten und zweiten Abschnitte 181, 182 der Superübergangstruktur 180 kann sich die Kompensationsrate graduell oder in Stufen längs der vertikalen Richtung verändern.
  • Das Vorzeichen der lateralen Kompensationsrate ist positiv in dem ersten Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101. Das Vorzeichen der Kompensationsrate ist negativ in dem zweiten Abschnitt 182 der Superübergangstruktur 180, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102.
  • Der erste Abschnitt 181 hat einen Überschuss an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps. Der zweite Abschnitt 182 hat einen Überschuss an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps. Die Superübergangstruktur 180 kann weiterhin Abschnitte aufweisen, beispielsweise einen Übergangsabschnitt 183, der durch einen Bodenabschnitt der Kompensationstrenches 170 definiert ist. Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps herrschen in dem ersten Abschnitt 181 vor, und Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps herrschen in dem zweiten Abschnitt 182 vor. Als eine Folge ändert sich das Vorzeichen der Kompensationsrate einmal längs der vertikalen Ausdehnung oder Erstreckung der Superübergangstruktur 180. Die ersten und zweiten Abschnitte 181, 182 können sich jeweils wenigstens über ein Drittel der gesamten vertikalen Ausdehnung erstrecken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die ersten Abschnitte über 40 % bis 60 % der vertikalen Ausdehnung der Superübergangstruktur 180, und die zweiten Abschnitte 182 erstrecken sich über einen verbleibenden Abschnitt der Superübergangstruktur 180.
  • Im Rückwärts- bzw. Sperrmodus kompensieren nach einer Verarmung der Superübergangstruktur 180 an beweglichen Ladungsträgern die stationären Ladungen einander nicht. Als ein Ergebnis nimmt in der Superübergangstruktur 180 die elektrische Feldstärke von beiden Enden der Superübergangstruktur 180 zu und erreicht eine flache Spitze an der Zwischenfläche, wo sich das Vorzeichen der Kompensationsrate ändert, wie dies in 1B gezeigt ist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt die Größe der Kompensationsrate in den beiden ersten und zweiten vertikalen Abschnitten der Superübergangstruktur höchstens 0,5. Obwohl mit einer zunehmenden Abweichung von einer perfekten Kompensation, d.h. von einer Kompensationsrate = 0, die Spannung, die die Halbleitervorrichtung 500 in dem Rückwärtsmodus aufnehmen kann, abnimmt, kann eine ausreichend hohe Durchbruchspannung erhalten werden. Die flache Spitze in der elektrischen Feldstärke definiert die Fläche, wo bewegliche Ladungsträger erzeugt werden, wenn ein Avalanchedurchbruch ausgelöst wurde. Die Größe der Kompensationsrate in beiden ersten und zweiten Abschnitten kann wenigstens 0,02, beispielsweise wenigstens 0,1, betragen derart, dass ein Spitzenbereich, wo die elektrische Feldstärke ausreichend hoch ist, um Ladungsträger in dem Fall zu erzeugen, dass ein Avalancheeffekt ausgelöst wurde, ausreichend klein ist, um genügend die Anzahl von erzeugten Ladungsträgern zu begrenzen und sicherzustellen, dass die Spannung über der Halbleitervorrichtung 500 nicht unmittelbar durchbricht.
  • Das sich ergebende elektrische Feldprofil (Verteilung) hat eine flache Spitze ungefähr in der Mitte der vertikalen Ausdehnung der Superübergangstruktur. Elektronen und Löcher beeinträchtigen die Feldverteilung beide im Durchbruch- und im Avalanchefall. Beide Typen von Ladungsträgern haben einen stabilisierenden Effekt, da beide von dem Ort einer Erzeugung in Bereiche oder Flächen fließen, in denen sie die vorherrschende Überschussladung der unbeweglichen Ladungsträger kompensieren. Als eine Folge gibt es einen kontinuierlichen Stabilitätsbereich von p-lastigen zu n-lastigen Kompensationsraten.
  • 1B zeigt ein elektrisches Feldprofil in der Halbleitervorrichtung 500 von 1A in einem Fall, in welchem eine Rückwärts- bzw. Sperrspannung anliegt und kein Avalancheeffekt ausgelöst wurde. Das elektrische Feld erstreckt sich im Wesentlichen zwischen der hochdotierten Fremdstoffschicht 130 in einem Abstand dz zu der ersten Oberfläche 101 und einer entsprechend hochdotierten Zone in der Steuerstruktur 200. Die elektrische Feldstärke nimmt von beiden Seiten bis zu einem Abstand dm zu der ersten Oberfläche 101 zu, wo sich das Vorzeichen der Kompensationsrate ändert und wo die elektrische Feldstärke eine Maximalwert Emax erreicht.
  • Die Neigung der elektrischen Feldstärke hängt von dem Wert der Kompensationsrate ab und ist hoch, wo die Kompensationsrate hoch ist, und niedrig, wo die Kompensationsrate niedrig ist. Als ein Ergebnis ist ein Spitzenbereich, wo die elektrische Feldstärke ausreichend hoch ist, um bewegliche Ladungsträger in einem Fall zu erzeugen, dass ein Avalanchemechanismus ausgelöst wurde, klein, derart, dass die Anzahl der erzeugten Ladungsträger begrenzt ist. Die flache Spitze um Emax gewährleistet, dass die Spannung über der Halbleitervorrichtung 500 nicht unmittelbar durchbricht. Die Größe der Kompensationsrate in beiden ersten und zweiten Abschnitten beträgt höchstens 0,5 derart, dass in dem Rückwärtsmodus die Halbleitervorrichtung 500 eine ausreichend hohe Durchbruchspannung aufnehmen kann, beispielsweise höchstens 0,1.
  • Die 2A bis 2C veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Steuerstruktur 200 der Halbleitervorrichtung 500. Die Steuerteile 200 beruhen auf IGFET-Zellen, wobei die erste Kompensationsschicht 161 der Kompensationsstruktur 160 einen Teil der Drainstruktur der jeweiligen IGFET-Zelle bildet.
  • 2A zeigt eine Steuerstruktur 200, die planare FETs mit Gateelektroden 210, die außerhalb des Halbleiterteils 100 vorgesehen sind, aufweist. Der Halbleiterteil 100 umfasst Bodyzonen 115 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100 erstrecken. Die Bodyzonen 115 können in einem Halbleiterkörper ausgebildet sein, der in der vertikalen Projektion der Kompensationstrenches 170 zwischen den Kompensationstrenches 170 und der ersten Oberfläche 101 vorgesehen ist. Beispielsweise können die Halbleiterkörper gebildet sein durch Überwachsen von zuvor gebildeten Kompensationstrenches 170 durch Epitaxie oder durch Glühen einer abgeschiedenen Halbleiterschicht beispielsweise durch Verwenden eines Lasers.
  • Die Bodyzonen 115 können eine mittlere Nettofremdstoffkonzentration von wenigstens 1 × 1015 cm–3 und höchstens 1 × 1018 cm–3 haben. Jede Bodyzone 115 kann strukturell mit der zweiten Kompensationsschicht 162 der einem Kompensationstrench 170 zugewiesenen Kompensationsstruktur 160 verbunden sein. In jeder Bodyzone 115 werden eine oder zwei Sourcezonen 110 des ersten Leitfähigkeitstyps als Wannen gebildet, die in die Bodyzonen 115 eingebettet sind, und sie erstrecken sich von der ersten Oberfläche 101 in die Basiszonen 115. Stark dotierte Kontaktzonen 117 können sich zwischen benachbarten Sourcezonen 110 in die Bodyzonen 115 erstrecken, um einen ohmschen Kontakt zwischen der ersten Elektrodenstruktur 310 und den Bodyzonen 115 vorzusehen.
  • In jeder IGFET-Zelle koppelt ein Gatedielektrikum 205 kapazitiv eine Gateelektrode 210 mit einem Kanalteil der Bodyzone 115 derart, dass ein an die Gateelektrode 210 angelegtes Potential die Ladungsträgerverteilung in dem Kanalteil zwischen den Sourcezonen 110 und Verbindungs- bzw. Verkettungszonen 121 des ersten Leitfähigkeitstyps steuert, die in den Halbleitermesas 115 längs der ersten Oberfläche 101 gebildet sein können und die strukturell mit der ersten Kompensationsschicht 161 verbunden sein können. Die Verkettungszone 121 kann direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzen derart, dass in dem Ein-Zustand der IGFET-Zelle ein leitender Kanal, der in der Bodyzone 115 längs des Gatedielektrikums 205 gebildet ist, die Sourcezone 110 mit der ersten Kompensationsschicht 161 durch die Verkettungszone 121 verbindet.
  • Eine dielektrische Struktur 220 kapselt die Gateelektroden 210 ein und isoliert dielektrisch die Gateelektroden 210 von der ersten Elektrodenstruktur 310. Die erste Elektrodenstruktur 310 ist elektrisch mit den Sourcezonen 110 und den Kontaktzonen 117 durch Öffnungen zwischen den isolierten Gateelektrodenstrukturen 210 verbunden.
  • 2B entspricht der Steuerstruktur 200 von 2A hinsichtlich der Bildung der Bodyzonen 115, der Kontaktzonen 117 und der Sourcezonen 110 in einer Halbleiterschicht in der vertikalen Projektion der Kompensationstrenches 170. Im Gegensatz zu 1A sind vergrabene Gateelektroden 210 in Gatetrenches gebildet, die sich zwischen benachbarten Kompensationstrenches 170 in den Halbleiterteil 100 erstrecken. Die Gatetrenches können die gleich Breite wie die Halbleitermesas 150 zwischen den Kompensationstrenches 170 haben. Kanalteile erstrecken sich durch die Bodyzonen 115 in einer vertikalen Richtung längs vertikaler Gatedielektrika 205. In jeder IGFET-Zelle kann der Kanal zwischen der Sourcezone 110 und der ersten Kompensationsschicht 161 oder zwischen der Sourcezone 110 und einer Verkettungs- bzw. Verbindungszone gebildet sein, die den ersten Leitfähigkeitstyp hat und die strukturell mit der ersten Kompensationsschicht 161 verbunden ist.
  • Eine erste dielektrische Struktur 222 isoliert dielektrisch die Gateelektrode 210 von der ersten Elektrodenstruktur 310 und eine zweite dielektrische Struktur 224 isoliert dielektrisch die Gateelektrode 210 von der Halbleitermesa 150.
  • 2C veranschaulicht eine Steuerstruktur 200 mit den Gateelektroden 210, den Bodyzonen 115 und den Sourcezonen 110, die in den Halbleitermesas 150 zwischen den Kompensationstrenches 170 gebildet sind. Die Gateelektroden 210 sind in Gatetrenches gebildet, die sich von der ersten Oberfläche 101 in die Halbleitermesas 105 erstrecken. Für jede IGFET-Zelle trennt eine erste dielektrische Struktur 222 die Gateelektrode 210 von den Sourcezonen 110, die sich von der ersten Oberfläche 101 längs des Gatetrenches in die Halbleitermesa 150 erstrecken. Eine zweite dielektrische Struktur 224 trennt die Gateelektrode von einer Verkettungs- bzw. Verbindungszone 121 des ersten Leitfähigkeitstyps, die in der Halbleitermesa 150 gebildet ist und die strukturell mit der ersten Kompensationsschicht 161 verbunden ist. Die Bodyzone 110 ist in einem vertikalen Abschnitt der Halbleitermesas 150 entsprechend der vertikalen Ausdehnung der Gateelektroden 210 gebildet und strukturell mit der weiten Kompensationsschicht 162 verbunden.
  • Eine dritte dielektrische Struktur 226 isoliert dielektrisch die erste Elektrodenstruktur 310 von den Halbleitermesas 150 und kann Stöpsel in dem obersten Teil der Kompensationstrenches 170 bilden. Jeder Stöpsel versiegelt einen Luftspalt 179, der in einem zentralen Teil des entsprechenden Kompensationstrenches 170 gebildet ist, und schützt Seitenwände von Bodyzonen 115, die direkt an dem Kompensationstrench 170 angrenzen.
  • Jede der Steuerstrukturen 200 der 2A bis 2C kann mit den Halbleitervorrichtungen 500 kombiniert werden, wie diese in den vorangehenden und folgenden Figuren gezeigt sind.
  • 3A bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, das die Änderung des Vorzeichens der Kompensationsrate durch eine Veränderung von einer der Kompensationsschichten 161, 162 der Kompensationsstruktur 160 längs der vertikalen Richtung erreicht. Der Halbleiterteil 100 der Halbleitervorrichtung 500 kann eine Sockelschicht 128 des ersten Leitfähigkeitstyps und eine Superübergangstruktur 180, die auf Kompensationstrenches 170 mit im Wesentlichen vertikalen Seitenwänden beruht, umfassen. Die Kompensationsstruktur 160 ist ausschließlich bzw. exklusiv längs angenähert vertikalen Seitenwänden der Kompensationstrenches 170 gebildet. In einem ersten Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, umfasst die zweite Kompensationsschicht 162 eine erste Unterschicht 162a und eine zweite Unterschicht 162b. In dem zweiten Abschnitt 182, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102, umfasst die zweite Kompensationsschicht 162 lediglich die erste Unterschicht 162a, wohingegen die zweite Unterschicht 162b in dem zweiten Abschnitt 182 abwesend ist bzw. fehlt. Die Halbleitermesas 150 zwischen den Kompensationstrenches 170 können intrinsisch, leicht n-dotiert oder leicht p-dotiert sein.
  • In einem beliebigen oder willkürlichen vertikalen Unterabschnitt des ersten Abschnitts 181 ist die Gesamtmenge an Fremdstoffen in der zweiten Kompensationsschicht 162 größer als in der ersten Kompensationsschicht 161, wohingegen in einem beliebigen bzw. willkürlichen vertikalen Unterabschnitt des zweiten Abschnitts 182 die Gesamtmenge an Fremdstoffen in Kompensationsschicht 162 niedriger ist als in der ersten Kompensationsschicht 161. Beispielsweise können die ersten und zweiten Unterschichten 162a, 162b die gleiche Fremdstoffkonzentration wie die erste Kompensationsschicht 161 haben, wobei die erste Unterschicht 162a dünner ist als die erste Kompensationsschicht 161 und die ersten und zweiten Unterschichten 162a, 162b insgesamt dicker sind als die erste Kompensationsschicht 161. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist die erste Unterschicht 162a so dick wie die erste Kompensationsschicht 161 und weist eine niedrigere Fremdstoffkonzentration als die erste Kompensationsschicht 161 auf, und die Fremdstoffe der ersten und zweiten Unterschichten 162a, 162b überschreiten die Fremdstoffe in der ersten Kompensationsschicht 161.
  • In dem ersten Abschnitt 181 ist die Gesamtmenge an Fremdstoffen in einem vertikalen Abschnitt der zweiten Kompensationsschicht 162 größer als in einem entsprechenden vertikalen Abschnitt der ersten Kompensationsschicht 161, was in einem positiven elektrischen Feldgradienten mit einem zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 resultiert. In dem zweiten Abschnitt 182 der Superübergangstruktur 180 ist die Gesamtmenge an Fremdstoffen in einem vertikalen Abschnitt der zweiten Kompensationsschicht 162 niedriger als in einem entsprechenden vertikalen Abschnitt der ersten Kompensationsschicht 161, was in einem negativen elektrischen Feldgradienten mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 resultiert. Ein intrinsischer Halbleiterstöpsel 178 kann nach Bilden der ersten Unterschicht 162a und vor Bilden der zweiten Unterschicht 162b in dem ersten Abschnitt 181 vorgesehen werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 3b unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung von 3A darin, dass der Halbleiterstöpsel 178 in dem zweiten Abschnitt 182 den ersten Leitfähigkeitstyp hat. Die gesamte Fremdstoffmenge in der ersten Kompensationsschicht 161 ist niedriger als in der zweiten Kompensationsschicht 162 derart, dass in dem ersten Abschnitt 181 der Leitfähigkeitstyp der zweiten Kompensationsschicht 162 vorherrscht. Die Gesamtmenge an Fremdstoffen in dem Halbleiterstöpsel 178 ist derart gewählt, dass in dem zweiten Abschnitt 182 der Leitfähigkeitstyp der ersten Kompensationsschicht 161, der der erste Leitfähigkeitstyp ist, vorherrscht, was in einem vertikalen elektrischen Feldprofil resultiert, das ähnlich zu dem in 1B gezeigten Profil ist.
  • 3C veranschaulicht Kompensationstrenches 170, die einen weiten Teil in dem ersten Abschnitt 181 und einen schmalen bzw. engen Teil in dem zweiten Abschnitt 182 haben. Ein Halbleiterstöpsel 178, der ein intrinsischer Stöpsel sein kann, kann den schmalen Teil vollständig füllen. In dem weiten Teil umfasst die zweite Kompensationsschicht 162 der Kompensationsstruktur 160 eine zweite Unterschicht 162b, die in dem schmalen Teil abwesend ist bzw. fehlt, so dass der Gradient der Kompensationsrate eingestellt werden kann, um ein vertikales elektrisches Feldprofil zu erhalten, wie dies in 1B veranschaulicht ist.
  • Im Folgenden wird angenommen, dass der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist. Komplementäre Ausführungsbeispiele, bei denen die n-Typ-Strukturen durch p-Typ-Strukturen und p-Typ-Strukturen durch n-Typ-Strukturen ersetzt sind, sind ebenfalls möglich.
  • In 4 umfasst die Superübergangstruktur 180 der Halbleitervorrichtung 500 eine Kompensationsstruktur 160 in dem ersten Abschnitt 181 und eine säulenartige Struktur in dem zweiten Abschnitt 182. Die Kompensationsstruktur 160 umfasst wenigstens eine n-leitende (bzw. n-Typ-) erste Kompensationsschicht 161 und eine p-leitende (bzw. p-Typ-) zweite Kompensationsschicht 162 und kleidet vertikale Seitenwände von Kompensationstrenches 170 aus. Die Kompensationsstruktur 160 kann weitere Schichten umfassen, beispielsweise eine intrinsische Schicht 165 zwischen den ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162. Eine dielektrische Auskleidung 171 kann die Kompensationsstruktur 160 bedecken und kann einen Hohlraum versiegeln, der in dem zentralen Teil von jedem Kompensationstrench 170 gebildet ist. Die säulenartige Struktur umfasst nleitende (bzw. n-Typ-) säulenartige erste Kompensationszonen 161 in der vertikalen Projektion der Kompensationsmesas 150 und p-leitende (bzw. p-Typ-) säulenartige zweite Kompensationszonen 192 in der vertikalen Projektion der Kompensationstrenches 170.
  • Die n-leitenden ersten Kompensationszonen 191 sind strukturell mit der ersten Kompensationsschicht 161 der Kompensationsstruktur 160 verbunden. Die p-leitenden zweiten Kompensationszonen 192 sind strukturell mit der zweiten Kompensationsschicht 162 der Kompensationsstruktur 160 verbunden.
  • Die Halbleitermesas 150 können intrinsisch oder leicht bzw. schwach p-dotiert sein. Die Dicke der ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162, die Breite der Mesateile 150 sowie die Fremdstoffkonzentrationen in der Kompensationsstruktur 160 und den Halbleitermesas 150 sind derart gewählt, dass der erste Abschnitt 181 intrinsisch oder p-lastig ist und die Kompensationsrate Null beträgt oder positiv ist. In dem zweiten Abschnitt 182 sind die lateralen Dimensionen von und die Fremdstoffkonzentrationen in den ersten und zweiten Kompensationszonen 191, 192 derart gewählt, dass der zweite Abschnitt 181 n-lastig oder intrinsisch in dem Fall, dass der erste Abschnitt p-lastig, oder n-lastig in dem Fall, dass der erste Abschnitt intrinsisch ist.
  • Die säulenartige Struktur in dem zweiten Abschnitt 182 kann gebildet werden durch Wiederholen von wenigstens einmal einer Sequenz mit (i) Aufwachsen einer intrinsischen Unterschicht oder einer Unterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, (ii) Bilden einer Implantationsmaske auf einer freiliegenden Oberfläche der aufgewachsenen Halbleiter-Unterschicht, (iii) Implantieren von Fremdstoffen eines zweiten, komplementären Leitungstyps durch Öffnungen in der Implantationsmaske in die aufgewachsene Halbleiter-Unterschicht und (iv) Entfernen der Implantationsmaske, wobei Öffnungen in jeglicher weiterer Implantationsmaske auf der nächsten aufgewachsenen Unterschicht vertikal ausgerichtet bzw. justiert sind mit den vorangegangenen bzw. früheren Implantationen. Der Weg bzw. die Näherung belässt mehr Raum bzw. Rückstand zum Einstellen von Einschaltwiderstand, maximaler Durchbruchspannung und dem vertikalen elektrischen Profil der Halbleitervorrichtung 500.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der 5A bis 5C umfasst einen Halbleiterteil 100 mit einer ersten Oberfläche 101, eine Superübergangstruktur 180 und eine Fremdstoffschicht 130 eines ersten Leitfähigkeitstyps. Die Fremdstoffschicht 130 grenzt direkt an eine zweite Oberfläche 102 des Halbleiterteiles 100 an, die parallel zu der ersten Oberfläche 101 in einem Abstand dy von typischerweise wenigstens 40 µm ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Sockelschicht 128 des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Superübergangstruktur 180 und der Fremdstoffschicht 130 gebildet. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Superübergangstruktur 180 direkt an die Fremdstoffschicht 130 angrenzen. Teile einer Steuerstruktur 200 können zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Superübergangstruktur 180 gebildet sein. Ein weiterer Teil der Steuerstruktur 200 kann außerhalb des Halbleiterteils 100 längs der ersten Oberfläche 101 vorgesehen sein.
  • Die Superübergangstruktur 180 umfasst eine Kompensationsstruktur 160, die eine erste Kompensationsschicht 161 und eine zweite Kompensationsschicht 162 umfasst. Gemäß einem Ausführungsbeispiel besteht die Kompensationsstruktur 160 aus der ersten und der zweiten Kompensationsschicht 161 bzw. 162. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Kompensationsstruktur 160 weitere Schichten, beispielsweise eine intrinsische Schicht 165 aufweisen, die zwischen den ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 gelegen sein kann. Die Kompensationsstruktur 160 bedeckt vertikale Seitenwandteile der Kompensationstrenches 170, die sich zwischen der Steuerstruktur 200 und der Sockelschicht 128 oder zwischen der Steuerstruktur 200 und der Fremdstoffschicht 130 erstrecken. Die Kompensationsstruktur 160 kann die Kompensationstrenches 170 lediglich teilweise derart ausfüllen, dass ein Luftspalt in einem zentralen Teil von jedem Kompensationstrench 170 belassen wird.
  • Eine dielektrische Auskleidung 171 kann die Kompensationsstruktur 160 bezüglich des Luftspalts 179 passivieren. Die dielektrische Auskleidung bzw. der dielektrische Liner 171 kann ausschließlich bzw. exklusiv auf der Kompensationsstruktur 160 vorgesehen sein oder die Kompensationsstruktur 160 und Teile des Halbleitermaterials des Halbleiterteiles 100 beide an dem Boden der Kompensationstrenches 170 bedecken. In der Kompensationsstruktur 160 ist die erste Kompensationsschicht 161 zu Halbleitermesas 150 ausgerichtet, die zwischen benachbarten Kompensationstrenches 170 gebildet sind, wohingegen die zweite Kompensationsschicht 162 zu dem inneren Teil des Kompensationstrenches 170, beispielsweise dem Luftspalt 179, ausgerichtet ist.
  • Die Kompensationsstruktur 160 kann weiterhin Schichten, beispielsweise weitere intrinsische Schichten, umfassen. Andere Ausführungsbeispiele können verschiedene Paare von Schichten des ersten und zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, die direkt aneinander angrenzen können oder die jeweils durch intrinsische Schichten getrennt sein können. Andere Ausführungsbeispiele können eine intrinsische oder eine schwach bzw. leicht dotierte Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der zweiten Kompensationsschicht 162 und der dielektrischen Auskleidung 171 vorsehen.
  • Ein erster Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, ist p-lastig, während ein zweiter Abschnitt 182, direkt angrenzend an den ersten Abschnitt 101 längs der vertikalen Richtung und ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102, n-lastig ist. Gemäß den folgenden Ausführungsbeispielen sind die Fremdstoffverteilungen in den ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 und die Dicken der ersten und zweiten Kompensationsschichten 161, 162 uniform bzw. gleichmäßig. Wenn die Menge an Fremdstoffen in der zweiten Kompensationsschicht 162 die Menge an Fremdstoffen in der ersten Kompensationsschicht 161 übersteigt, kann ein erster Mesaabschnitt 151 der Halbleitermesas 150, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, intrinsisch, leicht bzw. schwach p-dotiert oder sogar leicht bzw. schwach n-dotiert sein, wobei in jedem Fall der erste Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180 p-lastig ist. In dem Fall eines intrinsischen ersten Mesaabschnitts 151 kann der zweite Mesateil 152, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102, leicht n-dotiert sein. In dem Fall eines p-dotierten ersten Mesaabschnitts 151 kann der zweite Mesateil 152 intrinsisch oder leicht n-dotiert sein. Im Falle eines n-dotierten ersten Mesaabschnitts 151 ist der zweite Mesaabschnitt 152 ebenfalls n-dotiert und hat eine höhere mittlere Fremdstoffkonzentration als der erste Mesaabschnitt 151.
  • Wie in 5B gezeigt ist, ändert sich die Kompensationsrate ρ von p-lastig nach n-lastig an einer Zwischenfläche zwischen dem ersten und dem zweiten Superübergangabschnitt 181, 182 entsprechend der Zwischenfläche zwischen den ersten und zweiten Mesaabschnitten 151, 152. Aufgrund des Vorhandenseins von p-dotierten Basiszonen in der Steuerstruktur 200 zeigt die Kompensationsrate ρ eine höhere p-Last zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem oberen Rand der Superübergangstruktur 180 in einem Abstand d1 zu der ersten Oberfläche 101 an. Aufgrund der Abwesenheit der p-dotierten ersten Kompensationsschicht 161 ist die Kompensationsrate in der Sockelschicht 128 mehr n-lastig als in dem zweiten Abschnitt 182 und sogar mehr n-lastig in der Fremdstoffschicht 130.
  • 5C zeigt das entsprechende vertikale elektrische Feldprofil. Das elektrische Feld erstreckt sich im Wesentlichen zwischen einer stark p-dotierten Kontaktzone in der Steuerstruktur 200 und der Zwischenfläche zwischen der Sockelschicht 128 und der Fremdstoffschicht 130 in einem Abstand dz zu der ersten Oberfläche 101. Außerhalb der Superübergangstruktur 180 sind die Fremdstoffe in dem Halbleiterteil 100 stark unabgeglichen, und das elektrische Feld wächst stark mit abnehmendem Abstand zu der Superübergangstruktur 180 an. Von den oberen und unteren Rändern der nahezu kompensierten Superübergangstruktur 180 in den Abständen d1 und D2 nähert sich die elektrische Feldstärke glatt der maximalen elektrischen Feldstärke Emax an, die an der Zwischenfläche zwischen den ersten und zweiten Abschnitten 181, 182 der Superübergangstruktur 180 in einem Abstand dm zu der ersten Oberfläche 101 erhalten wird.
  • Falls ein Avalanchemechanismus ausgelöst wird, ist eine Ladungsträgererzeugung auf einen vergleichsweise kleinen Teil des Halbleiterteiles 100 eingeschränkt. Zusätzlich hängt eine Avalanche-Robustheit weniger von Abweichungen der Kompensationsrate ab, die aus Prozessfluktuationen während einer Herstellung der Halbleitervorrichtung 500 resultieren.
  • In der Halbleitervorrichtung 500 der 6A bis 6C haben die Halbleitermesas 150 eine homogene Fremdstoffverteilung hinsichtlich Donatoren und Akzeptoren, und beide Mesaabschnitte 151, 152 haben den gleichen Leitfähigkeitstyp, beispielsweise intrinsisch, p-dotiert oder schwach n-dotiert, mit einem Überschuss an Fremdstoffen in der zweiten Kompensationsschicht 162 bezüglich den Fremdstoffen in der ersten Kompensationsschicht 161 in dem letzteren Fall. Zusätzlich umfasst der Halbleiterteil 100 eine mit Wasserstoff implantierte Zone 127, die den zweiten Mesaabschnitt 152 und die Sockelschicht 128 überlappt und in dem ersten Mesaabschnitt 152 abwesend ist bzw. fehlt. Die implantierten Protonen oder Gitterstörungen, die durch die Wasserstoffimplantation verursacht sind, modulieren die Verteilung der n-Typ-Fremdstoffe derart, dass das vertikale Profil der Kompensationsrate eine Stufe von p-lastig nach n-lastig an dem oberen Rand der Wasserstoff-Implantationszone 127 hat.
  • Die Wasserstoffimplantation kann als eine unmaskierte Implantation durch die zweite Oberfläche 102 vorgenommen werden, und sie kann mit Dünnwafer-Annäherungen kombiniert werden, die ein Dünnen des Halbleiterteiles von einer Rückseite an der zweiten Oberfläche 102 vorsehen. Die Wasserstoffimplantation liefert eine angenähert gleichmäßige Verteilung der implantierten Protonen längs der vertikalen Richtung mit einer flachen Spitze an dem Ende des Implantationsbereiches.
  • Wie in den 6B und 6C gezeigt ist, kann die mit Wasserstoff implantierte Zone angenähert das gleiche Kompensationsratenprofil und das gleiche vertikale elektrische Feldprofil wie das Ausführungsbeispiel der 5A bis 5C erzeugen, ohne den Fremdstofftyp in den Halbleitermesas 120 zu variieren bzw. zu verändern.
  • Die 7A bis 7C beziehen sich auf einen abgestuften bzw. gestaffelten Übergang der Kompensationsrate ρ von p-lastig nach n-lastig in der Superübergangstruktur 180. Beispielsweise nimmt in den Halbleitermesas 150 die p-Typ-Fremdstoffkonzentration ab, z.B. linear, mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101, oder eine n-Typ-Fremdstoffkonzentration nimmt zu, z.B. linear, mit anwachsendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 oder es liegen beide Fälle vor.
  • 7B zeigt einen linearen Übergang der Kompensationsrate ρ längs der vertikalen Ausdehnung der Superübergangstruktur 180.
  • Das lineare Profil der Kompensationsrate resultiert in einem parabolischen Profil der elektrischen Feldstärke längs der vertikalen Ausdehnung der Superübergangstruktur 180, wie dies in 7C gezeigt ist. Die graduelle Veränderung der Kompensationsrate kann durch einen in-situ zeitabhängigen Zusatz von Fremdstoffen während des epitaxialen Wachstums der Driftschicht 120 erhalten werden.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 8A nimmt eine laterale Querschnittsfläche der Halbleitermesas 150 parallel zu der ersten Oberfläche 101 mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 zu. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verjüngen sich die Kompensationstrenches 170 mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101. Die Halbleitermesas 150 können den n-Typ haben. Die Gesamtmenge an n-Typ-Fremdstoffen in einem beliebigen bzw. willkürlichen vertikalen Unterabschnitt der Superübergangstruktur 180 nimmt mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 zu, was in einem graduellen Übergang der Kompensationsrate ρ von p-lastig nach n-lastig resultiert, wobei die p-leitende zweite Kompensationsschicht 162 der Kompensationsstruktur 160 die n-leitende erste Kompensationsschicht 161 in einem ersten Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, überkompensiert.
  • Wie in den 8B und 8C gezeigt ist, können das vertikale Kompensationsratenprofil und des vertikale elektrische Feldprofil des Ausführungsbeispiels der 7A bis 7C ohne Veränderung der Fremdstoffkonzentrationen in den Halbleitermesas 150 und den Kompensationsschichten 161, 162 erreicht werden.
  • Das Ausführungsbeispiel der 9A bis 9C bezieht sich auf eine Tiefenveränderung der Kompensationstrenches 170, die aus einem Vorsehen der Kompensationstrenches 170 mit wenigstens zwei verschiedenen Breiten und durch Ausnutzen der Tatsache, dass in einigen Ätzabläufen die Ätztiefe von der Breite eines zu ätzenden Grabens abhängen kann, resultieren kann.
  • Erste Kompensationstrenches 170a erstrecken sich bis zu einem ersten Abstand d21 und zweite Kompensationstrenches 170b erstrecken sich bis zu einem zweiten Abstand d22 bezüglich der ersten Oberfläche 101. Bis zu dem ersten Abschnitt d21 liefert die Kompensationsstruktur 160 in den ersten und zweiten Kompensationstrenches 170a, 170b eine p-Last, während zwischen den ersten und zweiten Abständen d21, d22 lediglich der Teil der Kompensationsstruktur 160 in den zweiten Kompensationstrenches 170b p-Typ-Fremdstoffe einschließt. Dicke und Fremdstoffkonzentrationen in den Kompensationsschichten 161, 162 sowie Breite und Fremdstoffkonzentration in den Halbleitermesas 150 sind derart eingestellt, dass ein erster Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180 zwischen der Steuerstruktur 200 und der ersten Tiefe d21 p-lastig ist und ein zweiter Abschnitt 182 zwischen der ersten Tiefe d21 und der zweiten Tiefe d22 n-lastig ist, wie dies in den 9B und 9C gezeigt ist. Beispielsweise können die Halbleitermesas 150 schwach n-dotiert sein, und die Kompensationsstruktur ist eingestellt, um die Halbleitermesas in dem ersten Abschnitt 181 zu überkompensieren.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der 10A bis 10C entspricht im Allgemeinen der Halbleitervorrichtung 500 der 5A bis 5C. Zusätzlich umfasst der erste Mesaabschnitt 151 einen stark dotierten Teil 151a in einem zu dem zweiten Mesateil 152 ausgerichteten Abschnitt, und der zweite Mesateil 152 umfasst einen stark dotierten Teil 152a in einem zu dem ersten Mesaabschnitt 151 ausgerichteten Teil. Die zwei stark dotierten Teile 151a, 152a können direkt aneinander angrenzen, so dass sie eine Zwischenfläche bilden, wie dies in 10A gezeigt ist. Außerhalb der stark dotierten Teile 151a, 152a kann der erste Mesaabschnitt 151 intrinsisch oder p-dotiert sein, und der zweite Mesaabschnitt 152 kann intrinsisch oder n-dotiert sein.
  • 10B zeigt das vertikale Profil der Kompensationsrate ρ, die sich von stark p-lastig zwischen dm1 und dm zu stark n-lastig zwischen dm und dm2 längs der Zwischenfläche zwischen den ersten und zweiten Mesaabschnitten 151, 152 bei dm verändert.
  • Demgemäß zeigt das in 10C dargestellte vertikale elektrische Feldprofil eine scharfe Spitze an der Zwischenfläche zwischen den ersten und zweiten Mesaabschnitten 151, 152. In dem Fall, dass ein Avalanchemechanismus ausgelöst wurde, konzentriert die Spitze die Ladungsträgererzeugung auf einen höheren Grad in einem vergleichsweise schmalen Teil der Driftzone 120 um dm. Die Anzahl an erzeugten Ladungsträgern als eine Funktion der angelegten Sperr- bzw. Rückwärtsspannung ist reduziert, und eine Stromschwelle bzw. ein Stromschwellenwert für Oszillationen ist gesteigert.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 der 11A bis 11C umfasst einen Halbleiterteil 100 mit einer Superübergangstruktur 180. Die Superübergangstruktur 180 umfasst eine Kompensationsstruktur 160 mit einer ersten Kompensationsschicht 161 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer zweiten Kompensationsschicht 162 eines komplementären, zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die Kompensationsstruktur 160 wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches 170 auskleidet, die sich zwischen Halbleitermesas 150 längs einer vertikalen Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche 101 des Halbleiterteiles 100 erstrecken. Die Superübergangstruktur 180 ist leicht bzw. schwach p-lastig.
  • Eine Sockelschicht 128 des ersten Leitfähigkeitstyps grenzt direkt an die Superübergangstruktur 180 in dem Halbleiterteil 100 an. An einer Zwischenfläche zwischen der Sockelschicht 128 und der p-lastigen Superübergangstruktur 180 in einem Abstand d2 zu der ersten Oberfläche 101 ändert sich ein Vorzeichen der lateralen Kompensationsrate längs der vertikalen Richtung.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 12A hat eine Superübergangstruktur 180, die einen ersten Abschnitt 181 mit einer Kompensationsstruktur 160, wie oben beschrieben, und einen zweiten Abschnitt 182, der durch p-dotierte Kompensationszonen 192 gebildet ist, die direkt an die zweite Kompensationsschicht 162 angrenzen und sich von einem Boden der Kompensationstrenches 170 weiter in den Halbleiterteil 100 erstrecken, aufweist. Die p-dotierten Kompensationszonen 192 können durch eine Implantation durch den Boden des Kompensationstrenches 170 gebildet sein.
  • Mit anderen Worten, die Sockelschicht 128 kann Kompensationszonen 192 des zweiten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Projektion der Kompensationstrenches 170 aufweisen, wobei die Kompensationszonen 192 direkt an die zweite Kompensationsschicht 162 angrenzen und sich das Vorzeichen der lateralen Kompensationsrate in der Sockelschicht ändert.
  • Die 12B und 12C zeigen das sich ergebende vertikale Kompensationsratenprofil und das sich ergebende vertikale elektrische Feldprofil.
  • Die Kompensationsstruktur 160 der Halbleitervorrichtung 500 von 13 wird lediglich in dem ersten Abschnitt 181 der Superübergangstruktur 180 gebildet, wo die zweite Kompensationsschicht 162 die erste Kompensationsschicht 161 und die n-Typ-Halbleitermesas 150 überkompensiert. Die n-Typ-Halbleitermesas 150 liefern den n-lastigen zweiten Abschnitt 182.
  • Beispielsweise kann nach Bildung der Kompensationstrenches 170 eine vertikale Maske 177 vorgesehen werden, die Seitenwandteile der Kompensationstrenches 170 oder Teile von zuvor abgeschiedenen Schichten der Kompensationsstruktur 160 in dem zweiten Abschnitt 182 bedeckt. Die folgenden Schichten der Kompensationsstruktur 160 sind ausschließlich auf den freiliegenden Seitenwandteilen der Kompensationstrenches 170 oder auf den freiliegenden Teilen der noch abgeschiedenen bzw. aufgetragenen Schichten in dem ersten Abschnitt 181 gebildet, beispielsweise durch Aufwachsen von diesen durch Epitaxie oder durch chemische Dampfabscheidung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die vertikale Maske 177 nach Auftragung bzw. Abscheidung der ersten Kompensationsschicht 161 und vor Auftragung bzw. Abscheidung oder Endfertigung der zweiten Kompensationsschicht 162 vorgesehen, so dass eine nahe benachbarte bzw. angrenzende Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps durch die Superübergangstruktur 180 in der vertikalen Richtung einen Pfad niedrigen Widerstandes für den Einschaltstrom liefert.
  • Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können Tiefenveränderungen der Kompensationstrenches 170, wie dies in den 9A bis 9C veranschaulicht ist, mit sich ändernden Fremdstoffkonzentrationen in den Mesaabschnitten 151, 152, wie dies im Zusammenhang mit den 5A bis 5C erläutert ist, kombiniert werden. Eine derartige Kombination kann eine Änderung eines Vorzeichens in ungefähr bzw. nahezu der Mitte der Halbleitervorrichtung und eine Änderung zu sogar mehr n-Last an dem Ende der flacheren Kompensationstrenches vorsehen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausführungen für die gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Es ist daher beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (26)

  1. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500), umfassend: eine Superübergangstruktur (180), die in einem Halbleiterteil (100) gebildet ist, wobei die Superübergangstruktur (180) eine Kompensationsstruktur (160) aufweist, die eine erste Kompensationsschicht (161) eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Kompensationsschicht (162) eines komplementären, zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Kompensationsstruktur (160) wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches (170) auskleidet, die sich zwischen Halbleitermesas (150) längs einer vertikalen Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterteiles (100) erstrecken, wobei ein Vorzechen einer lateralen Kompensationsrate sich längs der vertikalen Richtung innerhalb der Superübergangstruktur (180) ändert.
  2. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Steuerstruktur (200) zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Superübergangstruktur (180), wobei die Steuerstruktur aufweist: (i) Bodyzonen (115) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die strukturell mit der zweiten Kompensationsschicht (162) verbunden sind, und (ii) Sourcezonen (110) des ersten Leitfähigkeitstyps, die strukturell von der ersten Kompensationsschicht (161) durch die Bodyzonen (115) getrennt sind, und Gateelektroden (210), wobei jede Gateelektrode (210) kapazitiv mit einer der Bodyzonen (115) gekoppelt ist.
  3. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 2, bei der die Bodyzonen (115) in einer vertikalen Projektion der Kompensationstrenches (170) vorgesehen sind.
  4. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Gateelektroden (210) in Gatetrenches (205) vorgesehen sind, die sich von der ersten Oberfläche (101) in die Halbleitermesas (150) erstrecken.
  5. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Kompensationsstruktur (160) eine intrinsische Schicht (165) zwischen den ersten und zweiten Kompensationsschichten (161, 162) aufweist.
  6. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiterhin umfassend eine dielektrische Auskleidung (171), die die Kompensationsstruktur (160) in den Kompensationstrenches (170) bedeckt, wobei jeder Kompensationstrench (170) einen Luftspalt (179) in durch die dielektrische Auskleidung (171) ausgekleideten Teilen umfasst.
  7. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die erste Kompensationsschicht (161) der Kompensationsstruktur (160) enger zu der Halbleitermesa (150) als die zweite Kompensationsschicht (162) ist.
  8. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein erster Abschnitt (181) der Superübergangstruktur (180), ausgerichtet zu der ersten Oberfläche (101), einen Überschuss an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps hat, und bei der ein zweiter Abschnitt (182), ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche (102), einen Überschuss an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps hat.
  9. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 8, bei der sich der erste Abschnitt (181) über wenigstens ein Drittel und höchstens zwei Drittel einer vertikalen Ausdehnung der Superübergang-Struktur (180) erstreckt, und bei der sich der zweite Abschnitt (182) über einen verbleibenden Abschnitt der Superübergangstruktur (180) erstreckt.
  10. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 8 oder 9, bei der in dem ersten Abschnitt (181) in einer vertikalen Ausdehnungseinheit eine Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps eine Menge an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps um wenigstens 2 % überschreitet, und in dem zweiten Abschnitt (182) eine Menge an Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps eine Menge an Fremdstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps in einer vertikalen Ausdehnungseinheit um wenigstens 2 % überschreitet.
  11. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der sich der erste Abschnitt (181) über 40 % bis 60 % einer vertikalen Ausdehnung der Superübergangstruktur (180) erstreckt und bei der sich der zweite Abschnitt (182) über einen verbleibenden Teil der vertikalen Ausdehnung der Superübergangstruktur (180) erstreckt.
  12. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei der in dem ersten Abschnitt (181) die zweite Kompensationsschicht (162) mehr Fremdstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps als in dem zweiten Abschnitt (182) enthält.
  13. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der die Superübergangstruktur (180) die Kompensationsstruktur (160) in dem ersten Abschnitt (181) und eine säulenförmige Struktur in dem zweiten Abschnitt (182) umfasst, wobei der säulenartige Abschnitt erste Kompensationszonen des ersten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Projektion der Halbleitermesas (150) und zweite Kompensationszonen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Projektion der Kompensationstrenches (170) aufweist.
  14. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 13, bei der die ersten Kompensationszonen strukturell mit der ersten Kompensationsschicht (161) verbunden sind und bei der die zweiten Kompensationszonen strukturell mit der zweiten Kompensationsschicht (162) verbunden sind.
  15. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der ein erster Mesaabschnitt (151) der Halbleitermesa (150), ausgerichtet zu der ersten Oberfläche (101), eine höhere Nettofremdstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps oder eine niedrigere Nettofremdstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps als ein zur zweiten Oberfläche (102) ausgerichteter zweiter Mesaabschnitt (152) hat.
  16. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 15, bei der einer der ersten und zweiten Mesaabschnitte (151, 152) einen intrinsischen Abschnitt aufweist.
  17. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 15 oder 16, bei der in den Halbleitermesas (150) eine Konzentration von Fremdstoffen des zweiten Typs graduell abnimmt oder eine Konzentration von Fremdstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps graduell zunimmt mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche (101) oder beides.
  18. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der der erste Mesaabschnitt (151) einen ersten stark dotierten Teil ausgerichtet zu dem zweiten Mesaabschnitt (152) umfasst und bei der der zweite Mesaabschnitt (152) einen zweiten stark dotierten Teil ausgerichtet zu dem ersten Mesaabschnitt (151) umfasst.
  19. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 18, bei der der erste stark dotierte Teil in dem ersten Mesaabschnitt (151) direkt an den zweiten stark dotierten Teil in dem zweiten Mesaabschnitt (152) angrenzt.
  20. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der laterale Querschnittsflächen der Kompensationstrenches parallel zu der ersten Oberfläche (101) mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche (101) abnehmen.
  21. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 20, bei der die lateralen Querschnittsflächen graduell abnehmen.
  22. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 21, bei der die Halbleitermesa (150) Fremdstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps enthält.
  23. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei der die zweiten Mesaabschnitte (152) Wasserstoff oder Gitterstörungen, verursacht durch Strahlung mit Wasserstoff, enthalten.
  24. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500), umfassend: eine Superübergangstruktur (180), die in einem Halbleiterteil (100) gebildet ist, wobei die Superübergangstruktur (180) eine Kompensationsstruktur (106) umfasst, die eine erste Kompensationsschicht (161) eines ersten Leitfähigkeitstyps und eine zweite Kompensationsschicht (162) eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, wobei die Kompensationsstruktur (160) wenigstens Seitenwandteile von Kompensationstrenches (170) auskleidet, die sich zwischen Halbleitermesas (150) längs einer vertikalen Richtung senkrecht zu einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterteiles (100) erstrecken, und eine Sockelschicht (128) des ersten Leitfähigkeitstyps, die direkt an die Superübergangstruktur (180) in dem Halbleiterteil (100) angrenzt, wobei ein Vorzeichen einer lateralen Kompensationsrate sich längs der vertikalen Richtung innerhalb eines vertikalen Abschnitts ändert, der aus der Superübergangstruktur (180) und der Sockelschicht (128) besteht.
  25. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 24, bei der sich das Vorzeichen der lateralen Kompensationsrate an der Zwischenfläche zwischen der Superübergangstruktur (180) und der Sockelschicht (128) ändert.
  26. Superübergang-Halbleitervorrichtung (500) nach Anspruch 24 oder 25, bei der die Sockelschicht (128) Fremdstoffzonen des zweiten Leitfähigkeitstyps in der vertikalen Projektion der Kompensationstrenches (170) aufweist, wobei die Fremdstoffzonen direkt an die zweite Kompensationsschicht (162) angrenzen und das Vorzeichen der lateralen Kompensationsrate sich in der Sockelschicht (128) ändert.
DE102014105964.6A 2013-05-01 2014-04-29 Halbleitervorrichtung mit einer Superübergangsstruktur, die auf einer Kompensationsstruktur mit Kompensationsschichten beruht und einen Kompensationsrate-Gradienten hat Withdrawn DE102014105964A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/874,895 2013-05-01
US13/874,895 US9070580B2 (en) 2013-05-01 2013-05-01 Semiconductor device with a super junction structure based on a compensation structure with compensation layers and having a compensation rate gradient

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014105964A1 true DE102014105964A1 (de) 2014-11-06

Family

ID=51727567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014105964.6A Withdrawn DE102014105964A1 (de) 2013-05-01 2014-04-29 Halbleitervorrichtung mit einer Superübergangsstruktur, die auf einer Kompensationsstruktur mit Kompensationsschichten beruht und einen Kompensationsrate-Gradienten hat

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9070580B2 (de)
CN (1) CN104134686B (de)
DE (1) DE102014105964A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016102733B4 (de) 2015-03-05 2021-11-18 Infineon Technologies Americas Corp. Bipolares Halbleiterbauelement mit einer Tief-Ladungsausgeglichenen-Struktur

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9275862B2 (en) * 2013-05-10 2016-03-01 Infineon Technologies Austria Ag Compensation devices
JP6054272B2 (ja) * 2013-09-13 2016-12-27 株式会社東芝 半導体装置
DE102015106979B4 (de) * 2015-05-05 2023-01-12 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterwafer und Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen in einem Halbleiterwafer
DE102016115558B4 (de) * 2016-08-22 2020-06-04 Ernst-Abbe-Hochschule Jena Transistorbauelement mit hoher lawinen-robustheit
US10002920B1 (en) 2016-12-14 2018-06-19 General Electric Company System and method for edge termination of super-junction (SJ) devices
JP6817895B2 (ja) * 2017-05-24 2021-01-20 株式会社東芝 半導体装置
DE102019114312A1 (de) 2019-05-28 2020-12-03 Infineon Technologies Ag Siliziumcarbid-vorrichtung mit kompensationsgebiet und herstellungsverfahren
EP3916761A1 (de) * 2020-05-27 2021-12-01 Infineon Technologies Austria AG Verfahren zur herstellung einer superjunction-vorrichtung

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19840032C1 (de) 1998-09-02 1999-11-18 Siemens Ag Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dazu
ATE416479T1 (de) 1998-12-18 2008-12-15 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauelement
DE10057612B4 (de) 2000-11-21 2012-03-08 Infineon Technologies Ag Vertikales Halbleiterbauelement mit vertikalem Randabschluss
US6828609B2 (en) 2001-11-09 2004-12-07 Infineon Technologies Ag High-voltage semiconductor component
US7276423B2 (en) * 2003-12-05 2007-10-02 International Rectifier Corporation III-nitride device and method with variable epitaxial growth direction
DE102004037153B4 (de) 2004-07-30 2011-09-15 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleiterbauteils
US7285823B2 (en) * 2005-02-15 2007-10-23 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Superjunction semiconductor device structure
JP4696986B2 (ja) 2006-03-17 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 スーパージャンクション構造を有する半導体装置の製造方法
US7411266B2 (en) * 2006-05-30 2008-08-12 Semiconductor Components Industries, L.L.C. Semiconductor device having trench charge compensation regions and method
KR101279574B1 (ko) 2006-11-15 2013-06-27 페어차일드코리아반도체 주식회사 고전압 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP4564509B2 (ja) * 2007-04-05 2010-10-20 株式会社東芝 電力用半導体素子
DE102007030755B3 (de) 2007-07-02 2009-02-19 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement mit einem einen Graben aufweisenden Randabschluss und Verfahren zur Herstellung eines Randabschlusses
US7960781B2 (en) * 2008-09-08 2011-06-14 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor device having vertical charge-compensated structure and sub-surface connecting layer and method
JP4844605B2 (ja) 2008-09-10 2011-12-28 ソニー株式会社 半導体装置
IT1397574B1 (it) 2008-12-29 2013-01-16 St Microelectronics Rousset Dispositivo a semiconduttore di potenza di tipo multi-drain e relativa struttura di terminazione di bordo
US7943989B2 (en) 2008-12-31 2011-05-17 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Nano-tube MOSFET technology and devices
US7910486B2 (en) * 2009-06-12 2011-03-22 Alpha & Omega Semiconductor, Inc. Method for forming nanotube semiconductor devices
US8084811B2 (en) * 2009-10-08 2011-12-27 Monolithic Power Systems, Inc. Power devices with super junctions and associated methods manufacturing
US8466510B2 (en) 2009-10-30 2013-06-18 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Staggered column superjunction
US7892924B1 (en) 2009-12-02 2011-02-22 Alpha And Omega Semiconductor, Inc. Method for making a charge balanced multi-nano shell drift region for superjunction semiconductor device
JP5718627B2 (ja) 2010-03-15 2015-05-13 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US9318549B2 (en) * 2013-02-18 2016-04-19 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device with a super junction structure having a vertical impurity distribution

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016102733B4 (de) 2015-03-05 2021-11-18 Infineon Technologies Americas Corp. Bipolares Halbleiterbauelement mit einer Tief-Ladungsausgeglichenen-Struktur

Also Published As

Publication number Publication date
CN104134686A (zh) 2014-11-05
CN104134686B (zh) 2017-04-12
US20140327069A1 (en) 2014-11-06
US9070580B2 (en) 2015-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014119465B3 (de) Halbleitervorrichtung mit streifenförmigen trenchgatestrukturen, transistormesas und diodenmesas
DE102014105964A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer Superübergangsstruktur, die auf einer Kompensationsstruktur mit Kompensationsschichten beruht und einen Kompensationsrate-Gradienten hat
DE102017108738B4 (de) SiC-HALBLEITERVORRICHTUNG MIT EINEM VERSATZ IN EINEM GRABENBODEN UND HERSTELLUNGSVERFAHREN HIERFÜR
DE102015103070B4 (de) Leistungshalbleitervorrichtung mit trenchgatestrukturen mit zu einer hauptkristallrichtung geneigten längsachsen und herstellungsverfahren
DE102018103973B4 (de) Siliziumcarbid-halbleiterbauelement
DE102014113214B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate mit mesaabschnitten zwischen zelltrenchstrukturen und verfahren zur herstellung
DE102015103072B4 (de) Halbleitervorrichtung mit grabenstruktur einschliesslich einer gateelektrode und einer kontaktstruktur fur ein diodengebiet
DE102013105567B4 (de) Halbleiterdiode und halbleitervorrichtung mit trenchstrukturen und verfahren zur herstellung
DE102014117719B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mittels elektrochemischen Ätzens, Halbleitervorrichtung und Superjunction-Halbleitervorrichtung
DE102016111998A1 (de) Ausbilden von Elektrodengräben unter Verwendung eines gerichteten Ionenstrahls und Halbleitervorrichtung mit Graben-Elektrodenstrukturen
DE102014100883B4 (de) Halbleitervorrichtungen mit einer Superübergangsstruktur, die eine vertikale Fremdstoffverteilung hat
DE102014101937A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Superübergang-Halbleitervorrichtung und Halbleitervorrichtung
DE102013107632A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mittels Ionenimplantation und Halbleitervorrichtung
DE102014101847A1 (de) Super-Junction-Halbleitervorrichtung mit einer nominalen Durchbruchsspannung in einem Zellbereich
DE102014112371A1 (de) Halbleitervorrichtung mit regelmässig angeordneten feldelektrodenstrukturen in einem zellgebiet und abschlussstrukturen in einem randgebiet
DE102019108062B4 (de) Siliziumcarbid-vorrichtung mit graben-gatestruktur und herstellungsverfahren
DE102014105986A1 (de) Superjunction-Struktur-Halbleitervorrichtung basierend auf einer Kompensationsschichten enthaltenden Kompensationsstruktur und einer Füllstruktur
DE102018127797A1 (de) Einen siliziumcarbid-körper enthaltende halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE102013106902A1 (de) Superjunction-Halbleitervorrichtung mit einem Zellgebiet und einem Randgebiet
DE102014115321B4 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung mittels einer Ausrichtungsschicht
DE102014101859B4 (de) Superjunction-Halbleitervorrichtung mit Überkompensationszonen und Verfahren zu deren Herstellung
DE102013113540B4 (de) Transistorzellenanordnung mit halbleiterdiode
DE102014105788B4 (de) Halbleitervorrichtung mit einer superjunction-struktur mit kompensationsschichten und einer dielektrischen schicht
DE102014110497A1 (de) Superjunction-halbleitervorrichtung und herstellungsverfahren
DE112017003957T5 (de) Halbleiterelement

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee