DE102014109643A1 - Bipolartransistor und verfahren zum herstellen eines bipolartransistors - Google Patents

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Abstract

Ein Bipolartransistor weist eine Halbleiterstruktur mit einem Emitterbereich, einem Basisbereich und einem Kollektorbereich auf. Der Emitterbereich ist mit einem Emitterkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden. Ferner hat der Emitterbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp. Der Basisbereich ist mit einem Basiskontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden. Ferner hat der Basisbereich mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp. Der Kollektorbereich ist mit einem Kollektorkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden und hat mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp. Ferner weist der Kollektorbereich eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp auf, oder der Basisbereich weist eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen mit dem ersten Leitfähigkeitstyp auf.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Ausführungsformen betreffen bipolare Sperrschichtvorrichtungen und insbesondere einen Bipolartransistor und ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Heutzutage wird eine große Vielfalt von elektronischen Vorrichtungen in vielen verschiedenen Leistungs- und Spannungsbereichen verwendet. In derartigen elektronischen Vorrichtungen werden häufig Halbleitervorrichtungen verwendet, um verschiedene elektrische Schaltungen zu implementieren. Diese Halbleitervorrichtungen können einer Spannung von nur einigen Volt oder auch bis zu einigen tausend Volt widerstehen. In Vorrichtungen mit hoher Sperrspannung (z. B. einigen tausend Volt) werden häufig bipolare Leistungstransistoren verwendet, um solche großen Spannungen zu schalten. Bipolare Leistungstransistoren umfassen häufig eine schwache Dotierung der Kollektorzone, um deren Sperrfähigkeit zu implementieren. Der zweite Durchbruch kann zum Beispiel durch starke Begrenzung der Stromdichte in Durchlassrichtung (z. B. ungefähr 30 A/m2 für einen bipolaren Leistungstransistor mit einer Sperrspannung von 4,5 kV) vermieden werden. Die Erhöhung der Sperrspannung und/oder der maximalen Stromdichte von elektronischen Vorrichtungen ist ein ständiges Bestreben.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Es besteht ein Bedarf, ein verbessertes Konzept für einen Bipolartransistor bereitzustellen.
  • Solch einem Bedarf kann möglicherweise mit dem Gegenstand der Ansprüche entsprochen werden.
  • Eine Ausführungsform betrifft einen Bipolartransistor, der eine Halbleiterstruktur umfasst. Die Halbleiterstruktur umfasst einen Emitterbereich, einen Basisbereich und einen Kollektorbereich. Der Emitterbereich ist mit einem Emitterkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden. Ferner umfasst der Emitterbereich einen ersten Leitfähigkeitstyp. Der Basisbereich ist mit einem Basiskontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden. Ferner umfasst der Basisbereich mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp. Der Kollektorbereich ist mit einem Kollektorkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden. Ferner umfasst der Kollektorbereich mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp. Zusätzlich umfasst der Kollektorbereich eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, oder der Basisbereich umfasst eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  • Durch das Implementieren von Teilbereichen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps innerhalb des Kollektorbereichs oder des Basisbereichs werden Verarmungszonen in dem Kollektorbereich oder dem Basisbereich implementiert, welche einen Teil des elektrischen Feldes im Sperrzustand des Bipolartransistors entlasten. Deswegen kann die maximale Sperrspannung des Bipolartransistors erhöht werden und/oder die Dicke des Kollektorbereichs kann reduziert werden und/oder die Dotierungsmittelkonzentration des Kollektorbereichs kann erhöht werden, um den Widerstand des Bipolartransistors im Durchlasszustand zu reduzieren.
  • In einigen Ausführungsformen unterscheidet sich eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte des ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb einer Region des Kollektorbereichs oder des Basisbereichs, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließt, um weniger als 10 % von einer durchschnittlichen Dotierungsmitteldichte des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der Region des Kollektorbereichs oder des Basisbereichs, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließt. Auf diese Weise ist die Menge an freien Ladungsträgern von Elektronen und Löchern fast gleich, und in einem Sperrzustand des Bipolartransistors können sie sich fast gegenseitig kompensieren. Deswegen kann die Sperrspannung noch weiter erhöht werden.
  • Einige Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines Bipolartransistors. Das Verfahren umfasst das Herstellen einer Halbleiterstruktur, die einen Emitterbereich, der mit einem Emitterkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, einen Basisbereich, der mit einem Basiskontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, und einen Kollektorbereich, der mit einem Kollektorkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, umfasst. Der Emitterbereich umfasst einen ersten Leitfähigkeitstyp, der Basisbereich umfasst mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp und der Kollektorbereich umfasst mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp. Ferner umfasst der Kollektorbereich eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, oder der Basisbereich umfasst eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Zusätzlich umfasst das Verfahren das Herstellen des Emitterkontakts, des Basiskontakts und des Kollektorkontakts des Bipolartransistors.
  • Auf diese Weise kann ein vorgeschlagener Bipolartransistor mit geringem Aufwand hergestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Einige Ausführungsformen von Einrichtungen und/oder Verfahren werden im Folgenden nur als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in denen
  • eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Bipolartransistors zeigt;
  • , , schematische Querschnitte von möglichen Kollektorbereichen zeigen;
  • eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Bipolartransistors zeigt; und
  • ein Ablaufschaubild eines Verfahrens zum Herstellen eines Bipolartransistors zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen werden nun ausführlicher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen einige beispielhafte Ausführungsformen dargestellt werden. In den Abbildungen können die Stärken von Linien, Schichten und/oder Regionen zur Verdeutlichung übertrieben sein.
  • Während sich beispielhafte Ausführungsformen für verschiedene Modifikationen und alternative Ausbildungen eignen, werden dementsprechend Ausführungsformen davon in den Abbildungen beispielhaft gezeigt und werden hierin ausführlich beschrieben. Es sollte allerdings zu verstehen sein, dass keine Absicht besteht, beispielhafte Ausführungsformen auf die besonderen offenbarten Ausbildungen zu beschränken, sondern dass beispielhafte Ausführungsformen im Gegenteil dazu vorgesehen sind, alle Modifikationen, Entsprechungen und Alternativen abzudecken, die in den Schutzumfang der Offenbarung fallen. In der gesamten Beschreibung der Abbildungen betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente.
  • Es ist zu verstehen, dass, wenn sich auf ein Element als mit einem anderen Element „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezogen wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt sein kann oder dass Zwischenelemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind, wenn sich auf ein Element als mit einem anderen Element „direkt verbunden“ oder „direkt gekoppelt“ bezogen wird, keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Ausdrücke, die verwendet werden, um die Beziehung zwischen Elementen zu beschreiben, sollten in gleicher Weise (z. B. „zwischen“ versus „direkt zwischen“, „neben“ versus „direkt neben“ usw.) interpretiert werden.
  • Die hierin verwendete Terminologie ist nur für den Zweck vorgesehen, besondere Ausführungsformen zu beschreiben, und es ist nicht beabsichtigt, beispielhafte Ausführungsformen einzuschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „eine“ und „der, die, das“ dazu vorgesehen, auch die Pluralformen mit einzuschließen, es sei denn, im Zusammenhang wird deutlich etwas anderes angegeben. Es ist ferner zu verstehen, dass, wenn die Ausdrücke „umfassen“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ hierin verwendet werden, sie das Vorhandensein von erklärten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einer oder mehreren Eigenschaften, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen.
  • Soweit nicht anders definiert, haben alle hierin verwendeten Ausdrücke (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Ausdrücke) dieselbe Bedeutung, wie sie herkömmlicherweise von einem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet verstanden wird, zu dem beispielhafte Ausführungsformen gehören. Es ist ferner zu verstehen, dass Ausdrücke, z. B. diejenigen, die in herkömmlich verwendeten Wörterbüchern definiert sind, so interpretiert werden sollen, dass sie eine Bedeutung haben, die mit ihrer Bedeutung im Zusammenhang mit der betreffenden Technik übereinstimmt, und sie werden nicht idealisierend oder in einem übermäßig formalen Sinn interpretiert, es sei denn, es ist hierin ausdrücklich so definiert.
  • zeigt eine schematische Darstellung eines Bipolartransistors 100 gemäß einer Ausführungsform. Der Bipolartransistor 100 umfasst eine Halbleiterstruktur mit einem Emitterbereich 110, einem Basisbereich 120 und einem Kollektorbereich 130. Der Emitterbereich 110 ist mit einem Emitterkontakt 112 des Bipolartransistors 100 elektrisch verbunden. Ferner umfasst der Emitterbereich 110 einen ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. n-oder p-Dotierung). Der Basisbereich 120 ist mit einem Basiskontakt 122 des Bipolartransistors 100 elektrisch verbunden. Ferner umfasst der Basisbereich 120 mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. p- oder n-Dotierung). Der Kollektorbereich 130 ist mit einem Kollektorkontakt 132 des Bipolartransistors 100 elektrisch verbunden. Ferner umfasst der Kollektorbereich 130 mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. n- oder p-Dotierung). Zusätzlich umfasst der Kollektorbereich 130 eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140, die den zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. p- oder n-Dotierung) umfassen, wie in gezeigt. Alternativ (oder zusätzlich) umfasst der Basisbereich 120 eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (ähnlich den Teilbereichen, die im Kollektorbereich von gezeigt sind), die den ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. n- oder p-Dotierung) umfassen.
  • Durch das Implementieren von Teilbereichen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps innerhalb des Kollektorbereichs oder des Basisbereichs werden Verarmungszonen in dem Kollektorbereich oder dem Basisbereich implementiert, welche einen Teil des elektrischen Feldes im Sperrzustand des Bipolartransistors entlasten. Deswegen kann die maximale Sperrspannung des Bipolartransistors erhöht werden und/oder die Dicke des Kollektorbereichs kann reduziert werden und/oder die Dotierungsmittelkonzentration des Kollektorbereichs kann erhöht werden, um den Widerstand des Bipolartransistors im Durchlasszustand zu reduzieren.
  • Der Bipolartransistor 100 (auch bipolarer Sperrschichttransistor genannt) kann zum Beispiel ein npn-Transistor oder ein pnp-Transistor sein. Anders ausgedrückt, der Bipolartransistor 100 kann einen n-dotierten Emitterbereich, einen mindestens hauptsächlich p-dotierten Basisbereich und einen mindestens hauptsächlich n-dotierten Kollektorbereich umfassen oder umgekehrt.
  • Der Bipolartransistor 100 kann mit weiteren elektrischen Elementen auf demselben Halbleiterchip verbunden sein oder er kann mit externen elektronischen Vorrichtungen für verschiedene Anwendungen verbunden sein.
  • Die Halbleiterstruktur des Bipolartransistors 100 kann den Halbleiteranteil des Bipolartransistors 100 repräsentieren. Zusätzlich kann der Bipolartransistor 100 sowohl elektrische Kontakte (z. B. Emitterkontakt, Basiskontakt, Kollektorkontakt), die mit der Halbleiterstruktur elektrisch verbunden sind, als auch optional eine oder mehrere Metallschichten und eine oder mehrere Isolierschichten über der Halbleiterstruktur umfassen.
  • Die Halbleiterstruktur kann durch verschiedene Halbleiterverarbeitungstechnologien implementiert werden. Die Halbleiterstruktur kann zum Beispiel eine auf Siliziumkarbid basierte Halbleiterstruktur (z. B. mindestens der Emitterbereich, der Basisbereich und der Kollektorbereich umfassen Siliziumkarbid), eine auf Silizium basierte Halbleiterstruktur (z. B. mindestens der Emitterbereich, der Basisbereich und der Kollektorbereich umfassen Silizium), eine auf Galliumarsenid basierte Halbleiterstruktur (z. B. mindestens der Emitterbereich, der Basisbereich und der Kollektorbereich umfassen Galliumarsenid) oder eine auf Galliumnitrid basierte Halbleiterstruktur sein (z. B. mindestens der Emitterbereich, der Basisbereich und der Kollektorbereich umfassen Galliumnitrid). Im Allgemeinen können Teile der Halbleitervorrichtung auf einem beliebigen Halbleitermaterial der Gruppe IV oder Halbleiter-Verbundmaterialien der Gruppe IV-IV, III-V oder II-VI basieren, beispielsweise, aber nicht beschränkt auf Si, SiGe, SiC, GaAs, GaN, InP.
  • Der Emitterbereich 110 und der Kollektorbereich 130 umfassen den ersten Leitfähigkeitstyp, welcher eine p-Dotierung (z. B. verursacht durch Einbauen von Aluminiumionen oder Boronionen) oder eine n-Dotierung sein kann (z. B. verursacht durch Einbauen von Stickstoffionen, Phosphorionen oder Arsenionen). Demzufolge zeigt der zweite Leitfähigkeitstyp eine entgegengesetzte n-Dotierung bzw. p-Dotierung an. Anders ausgedrückt, der erste Leitfähigkeitstyp kann eine n-Dotierung anzeigen und der zweite Leitfähigkeitstyp kann eine p-Dotierung anzeigen oder umgekehrt.
  • Der Emitterbereich 110 ist eine Region des Halbleitersubstrats, die (z. B. durch einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt zwischen Halbleiter und Vorderseiten-Leistungsmetallisierung) mit einem Emitterkontakt 112 (z. B. Tungsten, Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metallkontakt) elektrisch verbunden ist und in Richtung des Basisbereichs 120 durch einen pn-Übergang begrenzt ist. In einem Betriebszustand des Bipolartransistors 110 emittiert der Emitterbereich 110 Ladungsträger durch den Basisbereich 120 hindurch zum Kollektorbereich 130. Der Emitterkontakt 112 kann eine Metallschicht in Kontakt mit dem Emitterbereich 110 zum elektrischen Verbinden des Emitterbereichs 110 mit einem anderen elektrischen Element auf demselben Halbleiterchip oder mit einer Kontaktfläche des Halbleiterchips sein, um eine Schnittstelle zum Verbinden des Emitterbereichs 110 mit einer externen elektronischen Vorrichtung bereitzustellen.
  • Der Basisbereich 120 ist eine Region des Halbleitersubstrats, die (z. B. durch einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt zwischen Halbleiter und Vorderseiten-Leistungsmetallisierung) mit einem Basiskontakt 122 (z. B. Tungsten, Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metallkontakt) elektrisch verbunden ist und in Richtung des Emitterbereichs 110 und des Kollektorbereichs 130 durch einen pn-Übergang begrenzt ist. In einem Betriebszustand des Bipolartransistors 100 steuert der Basisbereich 120 den Strom vom Emitterbereich 110 zum Kollektorbereich 130. Der Basiskontakt 122 kann eine Metallschicht in Kontakt mit dem Basisbereich 120 zum elektrischen Verbinden des Basisbereichs 120 mit einem anderen elektrischen Element auf demselben Halbleiterchip oder mit einer Kontaktfläche des Halbleiterchips sein, um eine Schnittstelle zum Verbinden des Basisbereichs 120 mit einer externen elektronischen Vorrichtung bereitzustellen.
  • Der Basisbereich 120 kann hauptsächlich den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wenn der Teil der Halbleiterstruktur, den der Basisbereich 120 belegt, eine Dotierung des zweiten Leitfähigkeitstyps auf mehr als 50 % des Volumens umfasst, während zum Beispiel gleichzeitig eingeschlossene Teilbereiche den anderen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  • Der Kollektorbereich 130 ist eine Region des Halbleitersubstrats, die (z. B. durch einen ohmschen Kontakt oder einen Schottky-Kontakt zwischen Halbleiter und Vorderseiten-Leistungsmetallisierung) mit einem Kollektorkontakt 132 (z. B. Tungsten, Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metallkontakt) elektrisch verbunden ist und in Richtung des Basisbereichs 120 durch einen pn-Übergang begrenzt ist. In einem Betriebszustand des Bipolartransistors 100 sammelt der Kollektorbereich 130 Ladungsträger, die durch den Emitterbereich 110 durch den Basisbereich 120 hindurch emittiert werden. Der Kollektorkontakt 132 kann eine Metallschicht in Kontakt mit dem Kollektorbereich 130 zum elektrischen Verbinden des Kollektorbereichs 130 mit einem anderen elektrischen Element auf demselben Halbleiterchip oder mit einer Kontaktfläche des Halbleiterchips sein, um eine Schnittstelle zum Verbinden des Kollektorbereichs 130 mit einer externen elektronischen Vorrichtung bereitzustellen.
  • Der Kollektorbereich 130 kann hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen, wenn der Anteil der Halbleiterstruktur, den der Kollektorbereich 130 belegt, eine Dotierung des ersten Leitfähigkeitstyps auf mehr als 50 % des Volumens umfasst, während gleichzeitig eingeschlossene Teilbereiche zum Beispiel den anderen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  • Der Kollektorbereich 130 oder der Basisbereich 120 umfassen eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 des jeweiligen anderen Leitfähigkeitstyps. Die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140, die der Kollektorbereich 130 enthält, umfasst zum Beispiel eine p-Dotierung, wenn der Kollektorbereich 130 eine n-Dotierung umfasst. Die Teilbereiche 140 der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 werden durch den Kollektorbereich 130 eingeschlossen oder davon umgeben (z. B. isoliert vom Basisbereich), wenn der Kollektorbereich 130 die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 umfasst, wie in gezeigt. Auf ähnliche Weise kann der Basisbereich 120 die Teilbereiche der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließen oder umgeben, wenn der Basisbereich 120 die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen umfasst. Aufgrund der unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen der Teilbereiche der Vielzahl von Teilbereichen 140 und des umgebenden Kollektorbereichs 130 oder Basisbereichs 120 entwickelt oder bildet sich ein pn-Übergang und demzufolge eine Verarmungszone zwischen den eingeschlossenen Teilbereichen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen und dem umgebenden Basisbereich 120 oder Kollektorbereich 130. Auf diese Weise können möglicherweise nur sehr wenige freie Ladungsträger in einem Sperrzustand des Bipolartransistors 100 verfügbar sein, so dass eine hohe Sperrspannung erhalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann eine gewünschte Sperrspannung mit einem dünneren Kollektorbereich 130 oder einer höheren Dotierungsmittelkonzentration innerhalb des Kollektorbereichs 130 erhalten werden, woraus ein niedrigerer Durchlasswiderstand resultiert.
  • Eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 kann nur im Kollektorbereich 130 oder nur im Basisbereich 120 implementiert werden. Es kann eine stärkere Wirkung durch Implementieren einer Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 innerhalb des Kollektorbereichs 130 und des Basisbereichs 120 erhalten werden. Anders ausgedrückt, der Kollektorbereich 130 kann eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 umfassen, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, und der Basisbereich 120 kann eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen umfassen, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Auf diese Weise kann ein Bipolartransistor mit einer sehr hohen Sperrspannung erhalten werden.
  • Allerdings kann eine Implementierung einer Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen in dem Kollektorbereich 130 und dem Basisbereich 120 den Durchlasswiderstand erhöhen, so dass eine Implementierung einer Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 innerhalb des Kollektorbereichs 130 ausreichend sein kann, um die Sperrspannung des Bipolartransistors 100 zu erhöhen, während gleichzeitig der Durchlasswiderstand niedrig gehalten wird. Anders ausgedrückt, der Basisbereich 120 kann lediglich den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen und der Kollektorbereich 130 kann die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 umfassen, wie in gezeigt. Ferner kann eine Schaltgeschwindigkeit oder eine andere Schaltcharakteristik (z. B. Stromfluss, nachdem die Vorrichtung ausgeschaltet ist) zum Beispiel aufgrund einer Änderung des Ladungsträgergleichgewichts im Basisbereich 120 beeinflusst werden.
  • Die Anzahl von Teilbereichen 140 der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140, die Platzierung der Teilbereiche 140, die Form der Teilbereiche 140, die Größe der Teilbereiche 140, das durch die Teilbereiche 140 belegte Volumen und/oder die Dotierungsmittelkonzentration innerhalb der Teilbereiche 140 kann in einem weiten Bereich variieren. Diese Parameter können zum Beispiel in Abhängigkeit von der Anwendung oder den gewünschten Eigenschaften des Bipolartransistors 100 (z. B. Sperrspannung, Durchlasswiderstand) ausgewählt werden.
  • Zum Beispiel unterscheidet sich optional eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte des ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb einer Region des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließt, um weniger als 10 % von einer durchschnittlichen Dotierungsmitteldichte des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der Region des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließt. Die Region des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließt, kann ein Volumen sein (z.B. ein Würfel, ein Quader oder eine Kugel), das alle Teilbereiche der Vielzahl von Teilbereichen enthält. Diese Region kann zum Beispiel ein Würfel oder ein Quader sein, der ein minimales Volumen umfasst, während er gleichzeitig alle Teilbereiche der Vielzahl von Teilbereichen einschließt. In dieser Region, welche die Vielzahl von Teilbereichen einschließt, liegen Regionen mit dem ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. der Kollektorbereich) und Regionen mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp (z. B. die Vielzahl von Teilbereichen). Deswegen berücksichtigt die durchschnittliche Dotierungsmitteldichte (z. B. über das minimale Volumen gemittelt, das alle Teilbereiche einschließt) des ersten Leitfähigkeitstyps das Volumenverhältnis zwischen Regionen des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps ebenso wie unterschiedliche Dotierungsmitteldichten innerhalb der Regionen des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps. Die durchschnittliche Dotierungsmitteldichte des ersten Leitfähigkeitstyps kann sich um weniger als 10 % (oder weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 5 % oder weniger als 1 %) von der durchschnittlichen Dotierungsmitteldichte des zweiten Leitfähigkeitstyps unterscheiden. Anders ausgedrückt, die Anzahl freier Ladungsträger des ersten Typs (z. B. Elektronen) unterscheidet sich um weniger als 10 % von der Anzahl freier Ladungsträger (z. B. Elektronenlöcher) innerhalb der Region des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 einschließt. Durch Implementieren der Vielzahl von Teilbereichen 140 innerhalb des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120 mit dem vorgeschlagenen Verhältnis von Volumen und Dotierungsmitteldichte kann die Anzahl freier Ladungsträger sehr gering gehalten werden. Deswegen kann die Sperrspannung deutlich erhöht werden.
  • Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte kann die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen weniger als 50 % des Volumens des Basisbereichs 120 oder des Kollektorbereichs 130 belegen, welches die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen enthält oder einschließt. Zum Beispiel kann das Volumen, das die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen enthält oder einschließt, ein Würfel oder ein Quader oder eine andere geometrische Form mit minimalem Volumen sein, während es gleichzeitig die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einschließt, wie vorstehend erwähnt. Die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen kann weniger als 50 % (oder weniger als 30 %, weniger als 20 % oder weniger als 10 %) dieses Volumens belegen oder verwenden. Auf diese Weise kann der Widerstand des Bipolartransistors 100 in einem Durchlasszustand des Bipolartransistors 100 niedrig gehalten werden, weil die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (z. B. können diese Bereiche möglicherweise nicht oder nur sehr schwach zum Stromfluss beitragen) nur ein sehr kleines Volumen belegt.
  • Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren vorstehend erwähnten Aspekten ist eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 höher als eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte einer Region des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120, die zwischen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen angeordnet ist. Die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 kann zum Beispiel mit einer durchschnittlichen Dotierungsmitteldichte des zweiten Leitfähigkeitstyps (z. B. über das durch die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen belegte Volumen gemittelt) implementiert werden, die höher ist als eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte des ersten Leitfähigkeitstyps (z. B. über das durch den Kollektorbereich zwischen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen belegte Volumen gemittelt) der Region des Kollektorbereichs, die zwischen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 angeordnet ist. Anders ausgedrückt, die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 kann mit einer höheren Dotierungsmitteldichte implementiert werden als die umgebenden Regionen des Kollektorbereichs 130 oder des Basisbereichs 120. Auf diese Weise kann es ausreichend sein, kleine Teilbereiche 140 zu implementieren, um die Anzahl freier Ladungsträger gering zu halten, weil die Verarmungszone, welche einen Teilbereich 140 umgibt, im Sperrzustand des Bipolartransistors 100 weit in den umgebenden Kollektorbereich 130 oder Basisbereich 120 reichen kann.
  • Die Teilbereiche der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen können mit verschiedenen Formen implementiert werden. Die Teilbereiche der Vielzahl von Teilbereichen können alle dieselbe Form umfassen (wobei z. B. Schwankungen bei der Fertigung vernachlässigt werden) oder können mindestens teilweise unterschiedliche Formen umfassen.
  • Ein Querschnitt von einem oder mehreren Teilbereichen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen kann zum Beispiel rechtwinkeliger Form, quadratischer Form, elliptischer Form oder kreisförmig sein oder eine andere geometrische Form umfassen. Zum Beispiel umfasst mindestens ein Teil (z. B. mehr als 30 %, mehr als 50 %, mehr als 80 % oder alle) der eingeschlossenen Teilbereiche 140 der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 eine vertikale Dimension (z. B. orthogonal zu einer Hauptfläche der Halbleiterstruktur), die größer als eine laterale Dimension (z. B. mindestens eine von zwei möglichen lateralen Dimensionen) in eine laterale Richtung ist (woraus z. B. vertikale Kolonnen oder vertikale Ebenen von Teilbereichen resultieren).
  • Eine Hauptfläche der Halbleiterstruktur kann eine Fläche der Halbleiterstruktur in Richtung von Metallschichten, Isolierschichten oder Passivierungsschichten über der Halbleiterstruktur sein. Verglichen mit einer im Wesentlichen vertikalen Kante (die z. B. aus dem Trennen der Halbleiterchips von anderen resultiert) der Halbleiterstruktur kann die Hauptfläche der Halbleiterstruktur eine im Wesentlichen horizontale Fläche sein. Die Hauptfläche der Halbleiterstruktur kann eine im Wesentlichen glatte Ebene sein (z. B. wobei eine Unebenheit der Halbleiterstruktur aufgrund des Herstellungsprozesses vernachlässigt wird). Anders ausgedrückt, die Hauptfläche der Halbleiterstruktur kann die Schnittstelle zwischen dem Halbleitermaterial und einer Isolierschicht, Metallschicht oder Passivierungsschicht über dem Halbleitersubstrat sein.
  • Ein Beispiel eines Kollektorbereichs 230 mit solchen kolonnenförmigen oder säulenförmigen Teilbereichen 240 ist in dem schematischen Querschnitt von gezeigt. Der Basisbereich kann über dem Kollektorbereich 230 angeordnet sein und eine Substratschicht des Kollektorbereichs oder ein Kollektorkontakt kann unter dem dargestellten Kollektorbereich 230 angeordnet sein. Auf diese Weise können die Teilbereiche 240 zu einer Stromflussrichtung von dem Emitterbereich durch den Basisbereich hindurch zum Kollektorkontakt ausgerichtet sein, um den Durchlasswiderstand niedrig zu halten.
  • Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen im Wesentlichen kugelförmig oder sphärisch geformt sein.
  • Ferner kann alternativ oder zusätzlich mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen einen im Wesentlichen (wobei z. B. Abweichungen aufgrund der Herstellung vernachlässigt werden) rechteckigen, quadratisch geformten oder elliptischen Querschnitt umfassen. Ein Beispiel für quadratisch geformte Teilbereiche 240 innerhalb des Kollektorbereichs 230 ist in gezeigt.
  • Die Teilbereiche können zusätzlich zu verschiedenen möglichen Querschnitten ebenfalls verschiedene mögliche Ausrichtungen umfassen (z. B. Querschnitt parallel zur Hauptfläche der Halbleiterstruktur). Zum Beispiel kann mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen eine im Wesentlichen rechteckige, kreisförmige oder elliptische Ausrichtung umfassen.
  • Der Kollektorbereich 130 kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Der Kollektorbereich 130 kann zum Beispiel eine Substratschicht mit der ersten Dotierungsmitteldichte und eine Spannungsblockierschicht mit einer zweiten Dotierungsmitteldichte umfassen. Die Spannungsblockierschicht kann zwischen der Substratschicht und dem Basisbereich 120 angeordnet sein, und die erste Dotierungsmitteldichte kann höher als die zweite Dotierungsmitteldichte sein. Aufgrund der niedrigen Dotierungsmitteldichte der Spannungsblockierschicht kann ein Bipolartransistor 100 mit hoher Sperrspannung bereitgestellt werden, weil nur wenige freie Ladungsträger in der Spannungsblockierregion verfügbar sein können. Aufgrund der hohen Dotierungsmitteldichte der Substratschicht kann ein guter Kontakt (z. B. ohmscher Kontakt) zu einer Metallschicht, welche den Kollektorkontakt 132 repräsentiert, bereitgestellt werden. Ferner kann die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 innerhalb der Spannungsblockierschicht liegen, so dass die Anzahl freier Ladungsträger innerhalb der Spannungsblockierschicht noch weiter reduziert werden kann.
  • Alternativ, zusätzlich oder optional zu einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte kann sich mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche 140 der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 140 von der Spannungsblockierschicht in die Substratschicht der Kollektorschicht 130 hinein erstrecken. Auf diese Weise kann die Dichte freier Ladungsträger in einer Region der Substratschicht in der Nähe der Spannungsblockierschicht reduziert werden, so dass das elektrische Feld in diesem Bereich der Substratschicht noch weiter reduziert werden kann.
  • Zusätzlich, alternativ oder optional zu einem oder mehreren vorstehend erwähnten Aspekten kann der Kollektorbereich 130 ferner eine Feldstoppschicht umfassen, die zwischen der Spannungsblockierschicht und der Substratschicht angeordnet ist. Die Feldstoppschicht kann eine dritte Dotierungsmitteldichte zwischen der ersten Dotierungsmitteldichte der Substratschicht und der zweiten Dotierungsmitteldichte der Spannungsblockierschicht umfassen. Auf diese Weise kann die Dichte freier Ladungsträger schon in der Feldstoppschicht verglichen mit der Substratschicht reduziert werden, so dass das elektrische Feld durch die Feldstoppschicht reduziert werden kann. Alternativ kann die Feldstoppschicht zum Beispiel einen Dotierungsmittelgradienten umfassen, oder sie kann aufeinanderfolgende Schichten mit ansteigender Dotierungsmittelkonzentration umfassen.
  • zeigt eine schematische Darstellung einer Spannungsblockierschicht 260 mit einer Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 240 über einer Feldstoppschicht 250. Die Substratschicht unter der Feldstoppschicht 250 ist nicht gezeigt. Alternativ, zusätzlich oder optional kann sich mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche 240 der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen 240 beispielsweise von der Spannungsblockierschicht 260 durch die Feldstoppschicht 250 hindurch in die Substratschicht erstrecken.
  • Der Emitterbereich 110, der Basisbereich 120 und der Kollektorbereich 130 können auf verschiedene Arten angeordnet werden. Der Basisbereich 120 trennt allerdings den Emitterbereich 110 vom Kollektorbereich 130, und ein pn-Übergang besteht zwischen dem Emitterbereich 110 und dem Basisbereich 120 ebenso wie zwischen dem Basisbereich 120 und dem Kollektorbereich 130.
  • Der Emitterbereich 110, der Basisbereich 120 und der Kollektorbereich 130 können zum Beispiel mindestens teilweise (z. B. in einer Region, die für mehr als 50 % des Stromflusses in einem Durchflusszustand des Bipolartransistors verwendet wird) in einer vertikal gestapelten Weise (oder alternativ in einer lateral gestapelten Weise) angeordnet sein. Anders ausgedrückt, der Emitterbereich 110, der Basisbereich 120 und der Kollektorbereich 130 können so angeordnet sein, dass mehr als 50 % (oder mehr als 70 % oder mehr als 90 %) des Stroms zwischen dem Emitterbereich 110 und dem Kollektorbereich 130 in eine vertikale Richtung fließt (orthogonal zur Hauptfläche der Halbleiterstruktur).
  • Der Emitterbereich 110, der Basisbereich 120 und der Kollektorbereich 130 können durch unterschiedliche Halbleiterschichten implementiert werden, die übereinander abgeschieden werden (z. B. epitaktisch). Alternativ können der Emitterbereich 110, der Basisbereich 120 und der Kollektorbereich 130 mindestens teilweise oder hauptsächlich innerhalb einer gemeinsamen Halbleiterschicht der Halbleiterstruktur hergestellt werden (z. B. durch Implantieren von Ionen unterschiedlicher Leitfähigkeitstypen).
  • zeigt eine schematische Darstellung eines Bipolartransistors 300 gemäß einer Ausführungsform. Die Struktur des Bipolartransistors 300 ist ähnlich dem in gezeigten Bipolartransistor. Der Emitterbereich 310 ist mit einem Emitterkontakt 312 des Bipolartransistors 300, der auf der ersten Seite 302 der Halbleiterstruktur angeordnet ist (z. B. der Hauptfläche), elektrisch verbunden. Ferner ist der Basisbereich 320 mit einem Basiskontakt 322 des Bipolartransistors 300 elektrisch verbunden, der auch auf der ersten Seite 302 der Halbleiterstruktur angeordnet ist. Zusätzlich ist der Kollektorbereich mit einem Kollektorkontakt 334 des Bipolartransistors 300 elektrisch verbunden, der auf einer zweiten Seite 304 der Halbleiterstruktur der ersten Seite 302 der Halbleiterstruktur gegenüberliegend angeordnet ist. In diesem Beispiel umfasst der Kollektorbereich wie schon erwähnt eine Spannungsblockierschicht 330, welche die Vielzahl von Teilbereichen 340 umfasst, und eine Substratschicht 332. Zum Beispiel umfasst der Emitterbereich 310 eine hohe n-Dotierung, umfasst der Basisbereich 320 eine p-Dotierung, umfasst die Spannungsblockierschicht 330 eine niedrige n-Dotierung, umfasst die Substratschicht 332 eine hohe n-Dotierung und umfasst die Vielzahl von Teilbereichen 340 eine p-Dotierung. Der Emitterbereich 310, der Basisbereich 320 und die Substratschicht 332 können eine sehr hohe Dotierungsmitteldichte in der Nähe des jeweiligen Metallkontaktes umfassen, um zum Beispiel einen guten ohmschen Kontakt zu implementieren (z. B. mit reduziertem Schottky-Effekt).
  • Einige Ausführungsformen betreffen einen Bipolartransistor, der eine Sperrspannung von mehr als 100 V, mehr als 500 V, mehr als 1000 V, mehr als 2000 V, mehr als 4000 V oder sogar noch mehr umfasst. Solch ein Bipolartransistor kann gemäß dem beschriebenen Konzept oder einer oder mehreren vorstehend beschriebenen Ausführungsformen implementiert werden.
  • Ein Leistungshalbleiter-Schalter kann zum Beispiel mit reduziertem Vorwärtsspannungsabfall (oder reduziertem Durchlasswiderstand) und erhöhter Sperrfähigkeit implementiert werden. Zu diesem Zweck kann ein Super-Übergang (eine Vielzahl von Teilbereichen) implementiert werden, um die Erhöhung der Dotierungsmittelkonzentration in der Kollektorzone (im Kollektorbereich) zu ermöglichen und um die statische und dynamische Robustheit der Vorrichtung zu erhöhen. Zu diesem Zweck können entgegengesetzt dotierte Bereiche (Vielzahl von Teilbereichen) in die leicht dotierte Kollektorzone eingebaut werden. Die Dotierungskonzentration kann zum Beispiel so ausgewählt werden, dass das laterale Integral der Dotierungskonzentration der p-dotierten und der n-dotierten Regionen im Wesentlichen gleich ist (z. B. sich um weniger als 10 % unterscheiden) und im Bereich der Durchbruchladung des jeweiligen Halbleitermaterials liegen (z. B. n-Dotierungskonzentration des Kollektorbereichs zwischen 5·1014 und 1017, bevorzugter in einem Bereich von 5·1015 und 5·1016 für eine Siliziumkarbidvorrichtung oder 1013 bis 1014 für eine 1200-V-Siliziumvorrichtung). Optional können die Kompensationsbereiche (die Vielzahl von Teilbereichen) in einem Abstand zur höher dotierten Kollektorzone (Substratschicht) liegen oder davon getrennt sein, oder sie können sich auch mindestens teilweise in die höher dotierte Zone erstrecken. Einige mögliche Strukturen oder Ausgestaltungsalternativen sind in bis gezeigt. Die bis stellen Beispiele eines Bipolartransistors mit Kolonnen oder Inseln des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ( und ) dar. Ferner kann ein Feldstopp an der Grenze zwischen Kollektor (Spannungsblockierschicht) und Substrat (Substratschicht) des Kollektors implementiert werden. Die Sperrfähigkeit kann beibehalten werden, weil die freien Verarmungszonen zwischen den p-dotierten und n-dotierten Kolonnen in einem Sperrzustand das elektrische Feld (mindestens teilweise) absorbieren oder reduzieren können. Deswegen kann zum Beispiel eine dünnere Kollektorzone oder eine höher dotierte Kollektorzone mit derselben Sperrfähigkeit implementiert werden. Zusätzlich kann der spezifische Widerstand der Kollektorzone und auf diese Weise der Spannungsabfall der Vorrichtung in einem Durchlasszustand aufgrund der höheren Dotierungsmittelkonzentration der Kollektorzone und/oder der reduzierten vertikalen Dimension oder Ausbreitung der leicht dotierten Zone reduziert werden.
  • Die p-dotierten und n-dotierten Kompensationskolonnen (Beispiel für die Vielzahl von Teilbereichen) können eine rechteckige (d. h. bandförmige) oder eine elliptische Ausrichtung umfassen, oder sie können als Kugeln innerhalb der Kollektorzone implementiert werden.
  • Der vorgeschlagene Halbleiterschalter umfasst auf dem Basisbereich kein Gateoxid zum Beispiel verglichen mit einem Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT, Isolated Gate Bipolar Transistor). Die Basiszone (der Basisbereich) kann direkt verbunden werden (z. B. mit einem Basiskontakt elektrisch verbunden werden). Deswegen können Zuverlässigkeitsprobleme zum Beispiel aufgrund der Stabilität des Oxids vermieden werden.
  • Ein Bipolartransistor oder ein Schalter kann mit verschiedenen Halbleitermaterialien (z. B. Siliziumkarbid, Galliumarsenid, Galliumnitrid oder Silizium) implementiert oder hergestellt werden.
  • Ein Aspekt ist die Implementierung eines bipolaren Leistungshalbleiter-Schalters, bei dem die Kollektorzone vollständig oder mindestens teilweise abwechselnde p- und n-Kolonnen oder auch unterschiedlich geformte Kompensationsbereiche umfasst (oder daraus besteht). Die freie Verarmungszone der Kolonnen nimmt zum Beispiel einen Teil des elektrischen Feldes in einem Sperrzustand auf.
  • Der Vorwärtsspannungsabfall des Transistors kann zum Beispiel durch eine große laterale Ausdehnung oder Erweiterung der stromführenden Bereiche weiter reduziert werden (Kollektorbereich, der die Vielzahl von Teilbereichen umgibt), verglichen zum Beispiel mit den Kompensationsbereichen (Vielzahl von Teilbereichen).
  • Ein pnp-Transistor kann analog durch Austauschen der vorstehend erwähnten Leitfähigkeitstypen implementiert werden.
  • Die Kollektorzone kann mit dem Feldstopp an der Grenze zum Substrat durch Epitaxie implementiert werden.
  • Optional können zusätzliche Kompensationsbereiche in die p-Basiszone des Transistors integriert werden, um zum Beispiel die Sperrfähigkeit des Transistors noch weiter zu erhöhen.
  • zeigt ein Ablaufschaubild eines Verfahrens 400 zum Herstellen eines Bipolartransistors gemäß einer Ausführungsform. Das Verfahren 400 umfasst das Herstellen 410 einer Halbleiterstruktur, die einen Emitterbereich, der mit einem Emitterkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, einen Basisbereich, der mit einem Basiskontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, und einen Kollektorbereich, der mit einem Kollektorkontakt des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, umfasst. Der Emitterbereich umfasst den ersten Leitfähigkeitstyp, der Basisbereich umfasst mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp und der Kollektorbereich umfasst mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp. Ferner umfasst der Kollektorbereich eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, oder der Basisbereich umfasst eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Ferner umfasst das Verfahren 400 das Herstellen 420 des Emitterkontakts, des Basiskontakts und des Kollektorkontakts des Bipolartransistors.
  • Auf diese Weise kann der Bipolartransistor einfach hergestellt werden. Optional können die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen durch eine maskierte Implantation (von Ionen des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in den Kollektorbereich oder den Basisbereich), eine maskierte Diffusion oder ein epitaktisches Füllen von Gräben hergestellt werden.
  • Die p-dotierten und n-dotierten Kolonnen können zum Beispiel durch eine maskierte Implantation in Kombination mit einem geeigneten nachfolgenden Hochtemperaturprozess, Schritten maskierter Diffusion oder einem epitaktischen Füllen von Gräben (z. B. für Siliziumkarbid-Vorrichtungen) hergestellt werden.
  • Für Halbleitersubstrate, die auf Siliziumkarbid basieren, kann das Verfahren 400 das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Spannungsblockierschicht des Kollektorbereichs über der Siliziumkarbid-Substratschicht des Kollektorbereichs und das Ätzen einer Vielzahl von Gräben in die Spannungsblockierschicht umfassen. Ferner kann das Verfahren 400 das Füllen der Vielzahl von Gräben mit Material umfassen, das den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, so dass die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen innerhalb der Vielzahl von Gräben erhalten wird. Zusätzlich kann das Verfahren das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der den Basisbereich repräsentiert, über der Spannungsblockierschicht und das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, der den Emitterbereich repräsentiert, über dem Basisbereich umfassen.
  • Optional kann das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Spannungsblockierschicht, das Ätzen von Gräben und das Füllen der Gräben mit Material, welches den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wiederholt werden, um zum Beispiel eine Spannungsblockierschicht mit beliebiger Dicke herzustellen
  • Zum Beispiel ist das Herstellen eines bipolaren npn-Sperrschichttransistors aus Siliziumkarbid mit Super-Übergangszonen (SJ, Super-Junction Zones) möglich. Die Kollektorzone kann epitaktisch auf das Substratmaterial aufgebracht werden und es können Gräben in diese Schicht geätzt werden. Danach können diese Gräben durch Epitaxie mit p-dotiertem Siliziumkarbid gefüllt werden. Diese Schritte können einmal oder mehrmals wiederholt werden, um eine Kollektorzone mit großer Dicke herzustellen. Danach können die p-Basis und der n-Emitter epitaktisch aufgebracht werden. Nachdem ein Graben zum Freilegen der Basiszone geätzt wurde, kann die Basiszone verbunden werden. Die Gräben können mit einem Isolator wieder gefüllt werden, und der Emitter kann mit Metallkontakten versehen werden. Danach kann die Vorderseiten-Metallisierung aufgebracht und strukturiert werden.
  • Für Halbleitersubstrate, die aus einem auf Siliziumkarbid basierten Substrat bestehen, kann das Verfahren 400 alternativ das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Spannungsblockierschicht des Kollektorbereichs über einer Siliziumkarbid-Substratschicht des Kollektorbereichs und das Ätzen einer Vielzahl von Gräben in die Spannungsblockierschicht umfassen. Ferner kann das Verfahren 400 das Herstellen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen durch eine geneigte Implantation der Vielzahl von Gräben mit Dotierungsmitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps oder eine Plasma-Abscheidungsdotierung der Vielzahl von Gräben mit Dotierungsmitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen. Ferner kann das Verfahren 400 das Füllen der Vielzahl von Gräben mit Material umfassen, das den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, so dass die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen innerhalb der Vielzahl von Gräben erhalten wird. Zusätzlich kann das Verfahren 400 das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und den Basisbereich über der Spannungsblockierschicht repräsentiert, und das Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und den Emitterbereich über dem Basisbereich repräsentiert, umfassen.
  • In einem Beispiel werden die Gräben, die durch Grabenätzen hergestellt werden, durch eine geneigte Implantation oder durch ein Plasma-Abscheidungsverfahren dotiert, und danach werden die Gräben mit dem jeweiligen Halbleitermaterial gefüllt. Zu diesem Zweck umfasst das zum Füllen verwendete Halbleitermaterial zum Beispiel denselben Dotierungstyp und optional auch fast dieselbe Dotierungskonzentration wie die epitaktisch abgeschiedene Kollektorzone, oder es kann relativ niedrig dotiert sein.
  • Kleine Kompensationsbereiche können unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens mit Siliziumkarbid-Material hergestellt werden, weil die Diffusionskonstante von Dotierungsmitteln in dem Siliziumkarbid-Material sehr gering ist.
  • Optional, alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Aspekte können die Kontaktbereiche (des Emitterbereichs, des Basisbereichs und/oder des Kollektorbereichs) für Metallabscheidung mit einer hochdosierten Implantation derselben Art implementiert werden wie der Bereich, der leitfähig werden soll, um zum Beispiel ohmsche Kontakte herzustellen.
  • Das Verfahren 400 kann einen oder mehrere weitere optionale Schritte umfassen, mit denen einer oder mehrere der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekte oder eine oder mehrere der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen implementiert wird/werden.
  • Ausführungsformen können ferner ein Computerprogramm bereitstellen, das einen Programmcode zum Ausführen von einem der vorstehenden Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einem Prozessor ausgeführt wird. Ein Fachmann auf diesem Gebiet würde ohne weiteres erkennen, dass Schritte von verschiedenen vorstehend beschriebenen Verfahren durch programmierte Computer ausgeführt werden können. Einige Ausführungsformen sind hierin ebenfalls dazu vorgesehen, Programmspeichervorrichtungen, z. B. digitale Datenspeichermedien abzudecken, die maschinenlesbar oder computerlesbar sind und von Maschinen ausführbare oder von Computern ausführbare Programme von Instruktionen codieren, wobei die Instruktionen einige oder alle Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren ausführen. Die Programmspeichervorrichtungen können z. B. aus digitalen Speichern, magnetischen Speichermedien, wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbändern, Festplatten oder optisch lesbaren digitalen Datenspeichermedien bestehen. Die Ausführungsformen sind ebenfalls dazu vorgesehen, Computer abzudecken, die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen, oder (feld-) programmierbare logische Anordnungen, ((F)PLAs (Field) Programmable Logic Arrays) oder feldprogrammierbare Gatteranordnungen ((F)PGAs, (Field) Programmable Gate Arrays), die programmiert sind, um die Schritte der vorstehend beschriebenen Verfahren auszuführen.
  • Die Beschreibung und Zeichnungen veranschaulichen nur die Prinzipien der Offenbarung. Es ist daher einzusehen, dass Fachleute auf diesem Gebiet in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu entwerfen, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt werden, die Prinzipien der Offenbarung verkörpern und im Geist und Schutzumfang der Erfindung eingeschlossen sind. Ferner sind die hierin vorgestellten Beispiele im Wesentlichen ausdrücklich nur zu pädagogischen Zwecken vorgesehen, um dem Leser das Verständnis der Prinzipien der Offenbarung und der von dem (den) Erfinder(n) beigetragenen Konzepte zur Förderung der Technik zu erleichtern, und sie sind als nicht beschränkt auf solch speziell vorgestellten Beispiele und Bedingungen aufzufassen. Darüber hinaus ist beabsichtigt, dass alle Aussagen hierin, in denen Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung ebenso wie spezielle Beispiele davon angeführt werden, deren Entsprechungen mit einschließen.
  • Funktionelle Blöcke, die mit „Mittel zum ...“ (Ausführen einer bestimmten Funktion) bezeichnet sind, sind als funktionelle Blöcke zu verstehen, die eine Schaltungsanordnung umfassen, die ausgestaltet ist, um jeweils eine bestimmte Funktion auszuführen. Deshalb kann ein „Mittel für etwas“ möglicherweise auch als ein „Mittel, das ausgestaltet ist, um oder das sich für etwas eignet“ verstanden werden. Ein Mittel, das ausgestaltet ist, um eine bestimmte Funktion auszuführen, impliziert deshalb noch nicht, dass solch ein Mittel notwendigerweise auch die Funktion (zu einem gegebenen Zeitpunkt) ausführt.
  • Funktionen von verschiedenen Elementen, die in den Abbildungen gezeigt sind, einschließlich beliebiger funktioneller Blöcke, die als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Sensorsignals“, „Mittel zum Erzeugen eines Übertragungssignals“ usw. gekennzeichnet sind, können durch die Verwendung zweckgebundener Hardware bereitgestellt werden, wie beispielsweise ein „Signallieferant“, „eine Signalverarbeitungseinheit“, „ein Prozessor“, „ein Steuergerät“ usw., sowie auch durch Hardware, die in der Lage ist, Software in Verbindung mit geeigneter Software auszuführen. Darüber hinaus kann jede beliebige Entität, die hierin als „Mittel“ beschrieben wird, als „ein oder mehrere Module“, „eine oder mehrere Vorrichtungen“, „eine oder mehrere Einheiten“ usw. implementiert sein bzw. diesen entsprechen. Wenn die Funktionen durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können sie durch einen einzelnen zweckgebundenen Prozessor, einen einzelnen gemeinsam genutzten Prozessor oder durch eine Vielzahl von einzelnen Prozessoren, von denen einige gemeinsam genutzt werden können, bereitgestellt werden. Darüber hinaus sollte die ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor“ oder „Steuergerät“ nicht so ausgelegt werden, dass sie sich ausschließlich auf Hardware bezieht, die in der Lage ist, Software auszuführen, und kann implizit ohne Einschränkung digitale Signalprozessor-Hardware (DSP, Digital Signal Processor), einen Netzwerkprozessor, eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (ASIC, Application Specific Integrated Circuit), eine feldprogrammierbare Gatter-Anordnung (FPGA, Field Programmable Gate Array), Festwertspeicher (ROM, Read Only Memory) zum Speichern von Software, Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM, Random Access Memory) und nicht-flüchtige Speicher mit einschließen. Weitere Hardware, herkömmlich und/oder kundenspezifisch, kann ebenfalls mit eingeschlossen sein.
  • Es sollte von den Fachleuten auf diesem Gebiet anerkannt werden, dass beliebige Blockdiagramme hierin konzeptionelle Ansichten von veranschaulichender Schaltungsanordnung repräsentieren, welche die Prinzipien der Offenbarung verkörpern. Gleichfalls ist einzusehen, dass beliebige Ablaufschaubilder, Ablaufdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, symbolischer Code und dergleichen verschiedene Prozesse repräsentieren, welche im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium repräsentiert werden können und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden, ob nun solch ein Computer oder Prozessor ausdrücklich gezeigt wird oder nicht.
  • Ferner werden die nachfolgenden Ansprüche hierdurch in die ausführliche Beschreibung mit aufgenommen, wobei jeder Anspruch für sich allein als eine eigene Ausführungsform gelten kann. Während jeder Anspruch für sich allein als eine eigene Ausführungsform gelten kann, sollte angemerkt werden – obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren weiteren Anspruch/Ansprüchen beziehen kann – dass weitere Ausführungsformen ebenfalls eine Kombination aus dem abhängigen Anspruch mit dem Gegenstand jedes weiteren abhängigen oder unabhängigen Anspruchs aufweisen können. Derartige Kombinationen werden hierin vorgeschlagen, es sei denn, es wird angegeben, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch Merkmale eines Anspruchs in einem beliebigen weiteren unabhängigen Anspruch enthalten sind, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht wird.
  • Es ist ferner darauf hinzuweisen, dass Verfahren, die in der Spezifikation oder in den Ansprüchen offenbart werden, durch eine Vorrichtung implementiert werden können, die Mittel zum Ausführen jedes der jeweiligen Schritte dieser Verfahren aufweist.
  • Ferner ist zu verstehen, dass die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen, die in der Spezifikation oder Ansprüchen offenbart sind, nicht dahingehend ausgelegt werden kann, dass sie in der spezifischen Reihenfolge sein sollen. Deswegen wird die Offenbarung von mehreren Schritten oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge beschränken, es sei denn, solche Schritte oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar. Ferner kann in einigen Ausführungsformen ein einzelner Schritt mehrere Teilschritte aufweisen oder in mehrere Teilschritte unterteilt werden. Solche Teilschritte können in der Offenbarung dieses einzelnen Schrittes enthalten oder ein Bestandteil davon sein, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird.

Claims (20)

  1. Bipolartransistor (100), umfassend eine Halbleiterstruktur, wobei die Halbleiterstruktur umfasst: einen Emitterbereich (110), der mit einem Emitterkontakt (112) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, wobei der Emitterbereich (110) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; einen Basisbereich (120), der mit einem Basiskontakt (122) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, wobei der Basisbereich (120) mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; und einen Kollektorbereich (130), der mit einem Kollektorkontakt (132) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, wobei der Kollektorbereich (130) mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; wobei der Kollektorbereich (130) eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, oder der Basisbereich (120) eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  2. Bipolartransistor (100) nach Anspruch 1, wobei sich eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte des ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb einer Region des Kollektorbereichs (130) oder des Basisbereichs (130), welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) einschließt, um weniger als 10 % von einer durchschnittlichen Dotierungsmitteldichte des zweiten Leitfähigkeitstyps innerhalb der Region des Kollektorbereichs (130) oder des Basisbereichs (120) unterscheidet, welche die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) einschließt.
  3. Bipolartransistor (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) weniger als 50 % eines Volumens des Basisbereichs (120) oder des Kollektorbereichs (130) belegt, welches die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) enthält.
  4. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) höher als eine durchschnittliche Dotierungsmitteldichte einer Region des Basisbereichs (120) oder des Kollektorbereichs (130) ist, die zwischen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) angeordnet ist.
  5. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche (140) der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) eine vertikale Dimension umfasst, die größer als eine laterale Dimension in eine laterale Richtung ist, oder mindestens ein Teil der eingeschlossen Teilbereiche (140) der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) im Wesentlichen kugelförmig ist.
  6. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche (140) der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) eine im Wesentlichen rechteckige, kreisförmige oder elliptische Ausrichtung umfasst.
  7. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Basisbereich (120) lediglich den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist und der Kollektorbereich (130) die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst.
  8. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kollektorbereich (130) eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, und der Basisbereich (120) eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  9. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kollektorbereich (130) eine Substratschicht mit einer ersten Dotierungsmitteldichte und eine Spannungsblockierschicht, die eine zweite Dotierungsmitteldichte umfasst, umfasst, wobei die Spannungsblockierschicht zwischen der Substratschicht und dem Basisbereich (120) angeordnet ist, wobei die erste Dotierungsmitteldichte höher als die zweite Dotierungsmitteldichte ist, wobei die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) innerhalb der Spannungsblockierschicht liegt.
  10. Bipolartransistor (100) nach Anspruch 9, wobei sich mindestens ein Teil der eingeschlossenen Teilbereiche (140) der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) vom Spannungsblockierbereich in den Substratbereich erstreckt.
  11. Bipolartransistor (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Kollektorbereich (130) ferner eine Feldstoppschicht umfasst, die zwischen der Spannungsblockierschicht und der Substratschicht angeordnet ist, wobei die Feldstoppschicht eine dritte Dotierungsmitteldichte zwischen der ersten Dotierungsmitteldichte und der zweiten Dotierungsmitteldichte umfasst.
  12. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Emitterbereich (110), der Basisbereich (120) und der Kollektorbereich (130) mindestens teilweise in einer vertikal gestapelten Weise angeordnet sind.
  13. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Emitterbereich (110), der Basisbereich (120) und der Kollektorbereich (130) mindestens teilweise innerhalb einer gemeinsamen Halbleiterschicht der Halbleiterstruktur hergestellt sind.
  14. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Emitterbereich (110) mit einem Emitterkontakt (112) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, der an einer ersten Seite der Halbleiterstruktur angeordnet ist, wobei der Basisbereich (120) mit einem Basiskontakt (122) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, der an der ersten Seite der Halbleiterstruktur angeordnet ist, wobei der Kollektorbereich (130) mit einem Kollektorkontakt (132) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, der an einer zweiten Seite der Halbleiterstruktur der ersten Seite der Halbleiterstruktur gegenüberliegend angeordnet ist.
  15. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, eine Sperrspannung von mehr als 500 V umfassend.
  16. Bipolartransistor (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterstruktur eine auf Siliziumkarbid basierte Halbleiterstruktur, eine auf Silizium basierte Halbleiterstruktur, eine auf Galliumarsenid basierte Halbleiterstruktur oder eine auf Galliumnitrid basierte Halbleiterstruktur ist.
  17. Verfahren (400) zum Herstellen eines Bipolartransistors (100), wobei das Verfahren umfasst: Herstellen (410) einer Halbleiterstruktur, die einen Emitterbereich (110), der mit einem Emitterkontakt (112) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, einen Basisbereich (120), der mit einem Basiskontakt (122) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, und einen Kollektorbereich (130), der mit einem Kollektorkontakt (132) des Bipolartransistors elektrisch verbunden ist, umfasst; wobei der Emitterbereich (110) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der Basisbereich (120) mindestens hauptsächlich einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, wobei der Kollektorbereich (130) mindestens hauptsächlich den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist; wobei der Kollektorbereich (130) eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, oder der Basisbereich (120) eine Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) umfasst, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen; und Herstellen (420) des Emitterkontakts (112), des Basiskontakts (122) und des Kollektorkontakts (132) des Bipolartransistors.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) durch eine maskierte Implantation, eine maskierte Diffusion oder ein epitaktisches Füllen von Gräben hergestellt wird.
  19. Verfahren (400) nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Halbleitersubstrat ein auf Siliziumkarbid basiertes Substrat ist, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden einer Siliziumkarbid-Spannungsblockierschicht des Kollektorbereichs (130) über einer Siliziumkarbid-Substratschicht des Kollektorbereichs (130); Ätzen einer Vielzahl von Gräben in die Spannungsblockierschicht; Füllen der Vielzahl von Gräben mit Material, das den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, so dass die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) innerhalb der Vielzahl von Gräben erhalten wird; Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der den Basisbereich (120) repräsentiert, über der Spannungsblockierschicht; und Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, der den Emitterbereich (110) repräsentiert, über der Basisschicht (120).
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das Halbleitersubstrat ein auf Siliziumkarbid basiertes Substrat ist, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden einer Siliziumkarbid-Spannungsblockierschicht des Kollektorbereichs (130) über einer Siliziumkarbid-Substratschicht des Kollektorbereichs (130); Ätzen einer Vielzahl von Gräben in die Spannungsblockierschicht; Herstellen der Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) durch eine geneigte Implantation der Vielzahl von Gräben mit Dotierungsmitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps oder eine Plasma-Abscheidungsdotierung der Vielzahl von Gräben mit Dotierungsmitteln des zweiten Leitfähigkeitstyps; Füllen der Vielzahl von Gräben mit Material, das den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, so dass die Vielzahl von eingeschlossenen Teilbereichen (140) innerhalb der Vielzahl von Gräben erhalten wird; Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist, der den Basisbereich (120) repräsentiert, über der Spannungsblockierschicht; und Abscheiden einer Siliziumkarbid-Schicht, die den ersten Leitfähigkeitstyp aufweist, der den Emitterbereich (110) repräsentiert, über dem Basisbereich (120).
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