DE102015017270B3 - Leistungshalbleitertransistor mit einer vollständig verarmten Kanalregion - Google Patents

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Abstract

Leistungshalbleitertransistor (1), der einen mit einem ersten Lastanschluss (11) gekoppelten Halbleiterkörper (10) umfasst, wobei der Transistor (1) zudem Folgendes aufweist:- eine Halbleiter-Drift-Region (100), die im Halbleiterkörper (10) umfasst ist und Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist;- einen ersten Graben (13-1), der sich entlang einer vertikalen Richtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt, wobei der erste Graben (13-1) eine erste Steuerelektrode (131-1) aufweist, die durch einen ersten Isolator (132-1) vom Halbleiterkörper (10) elektrisch isoliert ist, wobei der erste Graben (13-1) durch zwei erste Grabenseitenwände (133-1) seitlich begrenzt und durch einen ersten Grabenboden (134-1) vertikal begrenzt ist;- eine erste Source-Region (101-1), die zu einer der ersten Grabenseitenwände (133-1) seitlich angrenzend angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist;- eine erste Halbleiterkanalregion (102-1), die im Halbleiterkörper (10) umfasst und zu derselben ersten Grabenseitenwand (133-1) wie die erste Source-Region (101-1) seitlich angrenzend angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterkanalregion (102-1) Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist und die erste Source-Region (101-1) von der Drift-Region (100) isoliert; und- eine Führungszone (103) mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die- mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist und sich von diesem ausgehend tiefer als der erste Grabenboden (134-1) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt,- von der ersten Halbleiterkanalregion (102-1) getrennt und zu der anderen der zwei ersten Grabenseitenwände (133-1) und/oder zu einer von zweiten Grabenseitenwände (133-2) eines zweiten Grabens (13-2) angrenzend angeordnet ist,- sich in einem tiefer als der erste Grabenboden (134-1) angeordneten Plateauabschnitt (1033) seitlich zur ersten Halbleiterkanalregion (102-1) erstreckt; und die- wenigstens eine Öffnung (1033a, 1033b, 1033c) aufweist, die in erster seitlicher Richtung (X) mit der ersten Halbleiterkanalregion (102-1) überlappt.

Description

  • FACHGEBIET
  • Diese Beschreibung betrifft Ausführungsformen eines Leistungshalbleitertransistors und ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleitertransistors. Insbesondere betrifft diese Beschreibung Ausführungsformen eines Leistungshalbleitertransistors, z.B. einen IGBT, der eine vollständig verarmte Kanalregion aufweist und entsprechende Herstellungsverfahren.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Konsumenten- und Industrieanwendungen wie z. B. das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine beruhen auf Halbleitervorrichtungen. Zum Beispiel wurden Bipolartransistoren mit isolierter Gateelektrode (IGBTs), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Schaltern in Netzteilen und Leistungswandlern.
  • Beispielsweise umfasst ein solcher Leistungshalbleitertransistor eine Vielzahl von MOS-Steuerköpfen, wobei jeder Steuerkopf zumindest eine Graben-Gate-Elektrode und eine Source-Region und eine daran angrenzend angeordnete Kanalregion aufweisen kann. Um den Transistor in einen leitfähigen Zustand, während dessen ein Laststrom in einer Vorwärtsrichtung geleitet werden kann, zu versetzen, kann die Gate-Elektrode mit einem Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs aufweist, bereitgestellt sein, um einen Inversionskanal innerhalb der Kanalregion herbeizuführen. Um den Transistor in einen Sperrzustand, während dessen eine Vorwärtsspannung gesperrt sein kann und der Fluss des Laststroms in der Vorwärtsrichtung vermieden wird, zu versetzen, kann die Gate-Elektrode mit einem Steuersignal, das eine Spannung innerhalb eines zweiten Bereichs aufweist, der sich vom ersten Bereich unterscheidet, bereitgestellt sein, um eine Verarmungsregion an einem pn-Übergang, der an einem Übergang zwischen der Kanalregion und einer Drift-Region des Transistors ausgebildet ist, herbeizuführen, wobei die Verarmungsregion auch als „Raumladungszone“ bezeichnet wird und sich hauptsächlich in die Drift-Region des Transistors ausdehnen kann. Die Kanalregion wird in diesem Zusammenhang auch als eine „Body-Region“ bezeichnet, in der der Inversionskanal durch das Steuersignal herbeigeführt werden kann, um den Transistor in den leitfähigen Zustand zu versetzen. Ohne den Inversionskanal bildet die Kanalregion mit der Drift-Region einen blockierenden pn-Übergang aus.
  • Die Druckschrift DE 10 2011 052 731 A1 beschreibt einen Feldeffekttransistor. Zwei benachbarte Gräben mit Gate-Elektroden begrenzen ein Mesagebiet, in dem eine Halbleiter-Zone vorgesehen ist, die p-dotiert ist und u.a. als „geklemmte Körperzone“ bezeichnet wird. Zur jeweils anderen Seite der Gräben hin ist die übliche Source-Body-Dotierung implementiert. Die Körperzone ist über ein n-Gebiet an Source angeschlossen; so werde eine Polydiode ausgebildet. Das n-Gebiet ist von den Trench-Elektroden isoliert. Das p-Gebiet, also die sog. „geklemmte Körperzone“ soll potentialfrei sein.
  • Die Druckschrift US 6049108 A (wie auch die hierzu parallele EP 0 746 030 A2 ) offenbart einen Trench-Gate basierten MOSFET. Der prinzipielle Aufbau der dortigen Zellen entspricht zunächst der Üblichkeit, wobei zusätzlich neben einer laststromführenden Zelle ein stark p-dotiertes Gebiet vorgesehen ist. Hierzu führt die Druckschrift aus, dass es sich bei diesem Gebiet um ein Diffusionsgebiet handelt, das eine Schutzfunktion übernimmt. Das Gebiet soll die Trench-Ecken vor zu hohen Feldstärken schützen.
  • Die DE 10 2004 015 921 A1 betrifft ein mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, welches einen Halbleiterkörper mit einer ersten Anschlusszone und einer zweiten Anschlusszone, eine zwischen den beiden Anschlusszonen ausgebildete Kanalzone, eine Steuerelektrode sowie eine Mehrzahl von Kompensationszonen umfasst. Das Halbleiterbauelement weist ferner zusätzliche Dotierzonen auf, die in räumlicher Nähe zu den Kompensationszonen oder damit verschmolzen angeordnet sind. Die zusätzlichen Dotierzonen sind, gegebenenfalls über eine Seriendiode, mit der ersten Anschlusszone verbunden.
  • Während der Zeit, in der das von der Gate-Elektrode bereitgestellte Steuersignal eine Spannung innerhalb des zweiten Bereichs aufweist, soll der Transistor üblicherweise nicht in den leitfähigen Zustand übergehen. Eine ungesteuerte Änderung des Zustands kann zu einer Fehlfunktion oder sogar einer Zerstörung des Transistors führen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Leistungshalbleitertransistor einen mit einem ersten Lastanschluss gekoppelten Halbleiterkörper, wobei der Transistor zudem Folgendes aufweist: eine Halbleiter-Drift-Region, die im Halbleiterkörper umfasst ist und Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; einen ersten Graben, der sich entlang einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei der erste Graben eine erste Steuerelektrode umfasst, die durch einen ersten Isolator vom Halbleiterkörper elektrisch isoliert ist, wobei der erste Graben durch zwei erste Grabenseitenwände seitlich begrenzt ist und durch einen ersten Grabenboden vertikal begrenzt ist; eine erste Source-Region, die zu einer der ersten Grabenseitenwände seitlich angrenzend angeordnet ist und begrenzt ist; eine erste Source-Region, die zu einer der ersten Grabenseitenwände seitlich angrenzend angeordnet ist und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelt ist; eine erste Halbleiterkanalregion, die im Halbleiterkörper umfasst und zu derselben ersten Grabenseitenwand wie die erste Source-Region seitlich angrenzend angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterkanalregion Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist und die erste Source-Region von der Drift-Region isoliert; einen zweiten Graben, der sich entlang einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei der zweite Graben durch zwei zweite Grabenseitenwände seitlich begrenzt ist und durch einen zweiten Grabenboden vertikal begrenzt ist; eine Führungszone, die mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelt ist und sich tiefer als der erste Grabenboden in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei die Führungszone von der ersten Halbleiterkanalregion getrennt und zu jeder aus der anderen der zwei ersten Grabenseitenwände und einer der zweiten Grabenseitenwände angrenzend angeordnet ist, wobei sich die Führungszone in einem tiefer als der erste Grabenboden angeordneten Abschnitt seitlich in die Richtung der ersten Halbleiterkanalregion erstreckt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Leistungshalbleitertransistor einen Halbleiterkörper, der mit einem ersten Lastanschluss gekoppelt ist, wobei der Transistor zudem Folgendes umfasst: eine Halbleiter-Drift-Region, die im Halbleiterkörper umfasst ist und Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; ein Grabenpaar, das sich entlang einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei jeder Graben eine durch einen Isolator vom Halbleiterkörper elektrisch isolierte Steuerelektrode aufweist und jeder Graben durch zwei Grabenseitenwände seitlich begrenzt und durch einen Grabenboden vertikal begrenzt ist; Source-Regionen, die zu einer entsprechenden äußeren der Grabenseitenwände des Grabenpaares seitlich angrenzend angeordnet sind und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelt sind; Halbleiterkanalregionen, die im Halbleiterkörper umfasst und zu der entsprechenden selben äußeren Grabenseitenwand wie die Source-Regionen seitlich angrenzend angeordnet sind, wobei die Halbleiterkanalregionen Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen und die Source-Regionen von der Drift-Region isolieren; und eine Führungszone, die mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelt ist und sich tiefer als die Grabenböden in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei die Führungszone von den Halbleiterkanalregionen getrennt und zu jeder der Grabeninnenseitenwände des Grabenpaares angrenzend angeordnet ist, wobei sich die Führungszone in einem tiefer als die Grabenböden angeordneten Bereich seitlich in die Richtung jeder der Halbleiterkanalregionen erstreckt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Leistungshalbleitertransistors das Bereitstellen eines Halbleiterkörpers, der mit einem ersten Lastanschluss gekoppelt ist, wobei das Verfahren zudem das Ausbilden der folgenden Komponenten umfasst: einer Halbleiter-Drift-Region, die im Halbleiterkörper umfasst ist und Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; eines ersten Grabens, der sich entlang einer vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei der erste Graben eine vom Halbleiterkörper durch einen ersten Isolator elektrisch isolierte Steuerelektrode aufweist, wobei der erste Graben durch zwei erste Grabenseitenwände seitlich begrenzt und durch einen ersten Grabenboden vertikal begrenzt ist; einer ersten Source-Region, die zu einer der ersten Grabenseitenwände seitlich angrenzend angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist; einer ersten Halbleiterkanalregion, die im Halbleiterkörper umfasst und zu derselben ersten Grabenseitenwand wie die erste Source-Region seitlich benachbart angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterkanalregion Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist und die erste Source-Region von der Drift-Region isoliert; eines zweiten Grabens, der sich entlang der vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei der zweite Graben durch zwei zweite Grabenseitenwände seitlich begrenzt und durch einen zweiten Grabenboden vertikal begrenzt ist; einer Führungszone, die mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelt ist und sich tiefer als der erste Grabenboden in den Halbleiterkörper erstreckt, wobei die Führungszone von der ersten Halbleiterkanalregion getrennt und zu jeder aus der anderen der zwei ersten Grabenseitenwände und einer der zweiten Grabenseitenwände angrenzend angeordnet ist, wobei sich die Führungszone in einem tiefer als der erste Grabenboden angeordneten Abschnitt seitlich in die Richtung der ersten Halbleiterkanalregion erstreckt.
  • Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung werden durch das Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und die Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Bauteile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen liegt das Augenmerk auf der Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung. Darüber hinaus bezeichnen gleiche Bezugszahlen in den Figuren übereinstimmende Bauteile. In den Zeichnungen ist/sind:
    • 1 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5A-B eine schematische Veranschaulichung von Abschnitten zweier horizontaler Querschnitte eines Leistungshalbleitertransistors gemäß mehreren Ausführungsformen; und
    • 6 eine schematische Veranschaulichung von einem Abschnitt eines horizontalen Querschnitts einer Führungszone eines Leistungshalbleitertransistors zusammen mit Beispielen für Dotierstoffkonzentrationsprofile gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen veranschaulichend konkrete Ausführungsformen gezeigt werden, in welchen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie z. B. „oberste/r/s“, „unterste/r/s“, „untere/r/s“ „vordere/r/s“, „hinter“, „rückseitige/r/s“, „vorderste/r/s“, „hinterste/r/s“, „unterhalb“, „oberhalb“ etc. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in vielen unterschiedlichen Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keinesfalls einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Detailbeschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinn aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird von den beiliegenden Ansprüchen definiert.
  • Nun wird detailliert auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, für welche ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt werden. Jedes Beispiel wird erklärend bereitgestellt und ist nicht als Einschränkung der Erfindung gedacht. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben wurden, in oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu liefern. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Varianten umfasst. Die Beispiele werden unter Verwendung spezifischer Sprache verwendet, welche nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Patentansprüche einschränkend aufgefasst werden soll. Die Zeichnungen sind nicht skaliert und dienen lediglich Veranschaulichungszwecken. Der Klarheit halber wurden, solange nicht anders angegeben, in den unterschiedlichen Zeichnungen dieselben Elemente oder Fertigungsschritte mit denselben Bezugssymbolen bezeichnet.
  • Der Begriff „horizontal“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterregion, wie des unten erwähnten Halbleiterkörpers, ist. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Nacktchips sein. Zum Beispiel können sowohl die erste seitliche Richtung X als auch die zweite seitliche Richtung Y, die unten erwähnt werden, horizontale Richtungen sein, wobei die erste seitliche Richtung X und die zweite seitliche Richtung Y senkrecht aufeinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht auf die horizontale Fläche, d. h. parallel zur Normalenrichtung der Fläche des Halbleiterwafers, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die unten erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine vertikale Richtung sein, die sowohl auf die erste seitliche Richtung X als auch die zweite seitliche Richtung Y senkrecht ist.
  • In dieser Beschreibung kann n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet werden, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet werden kann. Alternativ dazu können entgegengesetzte Dotierungsverhältnisse eingesetzt werden, sodass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Ferner kann der Begriff „Dotierstoffkonzentration“ innerhalb dieser Beschreibung eine durchschnittliche Dotierstoffkonzentration beziehungsweise eine mittlere Dotierstoffkonzentration einer spezifischen Halbleiterregion oder Halbleiterzone wie z. B. einer Halbleiterregion innerhalb eines Grabens betreffen. Daher kann z. B. eine Aussage, die besagt, dass eine spezifische Halbleiterregion eine bestimmte, im Vergleich zu einer Dotierstoffkonzentration einer anderen Halbleiterregion höhere oder niedrigere Dotierstoffkonzentration aufweist, angeben, dass sich die jeweiligen mittleren Dotierstoffkonzentrationen der Halbleiterregionen voneinander unterscheiden.
  • Im Kontext der vorliegenden Beschreibung sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Regionen, Zonen, Bereichen oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen unterschiedlichen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Bereich oder Teil einer Halbleitervorrichtung besteht. Ferner soll, im Kontext der vorliegenden Beschreibung, der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung besteht, wobei z. B. ein Übergang zwischen zwei Elementen, die in Kontakt miteinander sind, möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder Ähnliches umfasst.
  • Konkrete, in dieser Beschreibung beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen Leistungshalbleitertransistor (nachfolgend einfach als „Transistor“ bezeichnet), der innerhalb eines Leistungswandlers oder eines Netzteils verwendet werden kann. Beispielsweise kann der Transistor eine oder mehrere Leistungshalbleiterzellen wie z. B. eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gate-Dioden(MGD)-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder abgeleitete Versionen davon umfassen. Solche Diodenzellen und solche Transistorzellen können in ein Leistungshalbleitermodul integriert sein.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitertransistor“ soll, wie in dieser Beschreibung verwendet, einen Halbleitertransistor auf einem einzelnen Chip mit hohen Spannungsblockierungs- und/oder hohen Stromführungsfähigkeiten beschreiben. Anders gesagt ist ein solcher Leistungshalbleitertransistor für hohen Strom, üblicherweise im Amperebereich, z. B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, üblicherweise über 5 V oder über 15 V oder noch üblicher 400 V oder höher, z. B. bis zu einigen 1000 Volt, ausgelegt.
  • Jede der 1 bis 4 und 6 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleitertransistors 1 (nachfolgend einfach als „Transistor“ bezeichnet) gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die veranschaulichten vertikalen Querschnitte der 1 bis 4 und 6 können zu einer Ebene, die durch eine vertikale Richtung Z und eine dazu senkrechte erste seitliche Richtung X definiert ist, parallel sein. 5A-B veranschaulichen schematisch Abschnitte von zwei horizontalen Querschnitten eines Transistors 1 gemäß mehreren Ausführungsformen, wobei die horizontalen Querschnitte zu einer Ebene parallel sein können, die durch die erste seitliche Richtung X und eine zweite seitliche Richtung Y, die zu jeder der ersten seitlichen Richtung X und der vertikalen Richtung Z senkrecht ist, definiert ist.
  • Nachfolgend werden Merkmale der Ausführungsformen gemäß 1 bis 6 ausführlicher erklärt werden.
  • Der Transistor 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, der mit einem ersten Lastanschluss 11 gekoppelt ist. Der Halbleiterkörper 10 kann zudem mit einem zweiten Lastanschluss 12 gekoppelt sein. Ein erster Graben 13-1 und ein zweiter Graben 13-2 erstrecken sich entlang einer vertikalen Richtung Z in den Halbleiterkörper 10, wobei der erste Graben 13-1 entlang der ersten seitlichen Richtung X durch zwei erste Grabenseitenwände 133-1 seitlich begrenzt ist und durch einen ersten Grabenboden 134-1 vertikal begrenzt ist. Analog dazu ist der zweite Graben 13-2 entlang der ersten seitlichen Richtung X durch zwei zweite Grabenseitenwände 133-2 seitlich begrenzt und durch einen zweiten Grabenboden 134-2 vertikal begrenzt.
  • Der erste Graben 13-1 und der zweite Graben 13-2 können ein Paar von angrenzenden Gräben ausbilden, wobei eine der jeweiligen zwei Grabenseitenwände 133-1, 133-2 eine Grabenaußenseitenwand ausbildet (z.B. in 1 die linke der ersten zwei Grabenseitenwände 133-1 und der rechte der zweiten zwei Grabenseitenwände 133-2) und wobei die andere der jeweiligen zwei Grabenseitenwände 133-1, 133-2 eine Grabeninnenseitenwand ausbildet (z.B. in 1 die rechte der zwei ersten Grabenseitenwände 133-1 und die linke der zwei zweiten Grabenseitenwände 133-2).
  • Der erste Graben 13-1 kann eine erste Steuerelektrode 131-1 und einen ersten Isolator 132-1 umfassen, der die erste Steuerelektrode 131-1 vom Halbleiterkörper 10 elektrisch isoliert. Analog dazu kann der zweite Graben 13-2 eine zweite Steuerelektrode 131-2 und einen zweiten Isolator 132-2 umfassen, der die zweite Steuerelektrode 131-2 vom Halbleiterkörper 10 elektrisch isoliert.
  • Die erste Steuerelektrode 131-1 und die zweite Steuerelektrode 131-2 können miteinander elektrisch verbunden sein. Zudem können beide der ersten Steuerelektrode 131-1 und der zweiten Steuerelektrode 131-2 mit einem Steueranschluss (nicht gezeigt) elektrisch verbunden sein, um ein Steuersignal zu empfangen. Beispielsweise kann ein solches Steuersignal erzeugt werden, indem eine Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Steueranschluss angelegt wird, der mit jeder der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 elektrisch verbunden ist.
  • Der Transistor 1 kann zudem eine im Halbleiterkörper 10 umfasste Halbleiter-Drift-Region 100, eine erste Source-Region 101-1, die zu einer der ersten Grabenseitenwände 133-1 seitlich angrenzend angeordnet ist, und eine erste Halbleiterkanalregion 102-1, die ebenfalls im Halbleiterkörper 10 umfasst und zur selben ersten Grabenseitenwand 133-1 wie die erste Source-Region 101-1 seitlich angrenzend angeordnet ist, umfassen. Die eine der ersten Grabenseitenwände 133-1 kann die äußere erste Grabenseitenwand des Grabenpaares 13-1, 13-2 sein.
  • Die Halbleiter-Drift-Region 100 (nachfolgend auch als „Drift-Region“ bezeichnet) weist Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps auf. Beispielsweise ist die Halbleiter-Drift-Region 100 eine schwach dotierte n-Region (n--Region). Beispielsweise liegt die Dotierstoffkonzentration der Halbleiter-Drift-Region 100 im Bereich von 1010 cm-3 bis 1017cm-3oder im Bereich von 1012 cm-3 bis 5*1014 cm-3.
  • Die erste Source-Region 101-1 kann auch eine Halbleiterregion sein, die Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps umfasst. Beispielsweise ist eine erste Source-Region 101-1 eine hoch dotierte n-Region (n+-Region). Die Dotierstoffkonzentration der ersten Source-Region 101-1 kann in einem Bereich von 1019cm-3 bis 1021 cm-3 liegen. Die erste Source-Region 101-1 ist elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste Source-Region 101-1 eine Metall-Source-Region.
  • Die erste Halbleiterkanalregion 102-1 (nachfolgend auch als „erste Kanalregion“ bezeichnet) weist Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf, der zum ersten Leitfähigkeitstyp komplementär ist, und isoliert die erste Source-Region 101-1 von der Drift-Region 100. Beispielsweise ist die erste Halbleiterkanalregion 102-1 eine p-dotierte Region. Beispielsweise liegt die Dotierstoffkonzentration der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 innerhalb des Bereichs von 1011 cm-3 bis 1018cm-3.
  • Wie in jeder der 1 bis 5 schematisch veranschaulicht, kann der Transistor 1 auch eine zweite Source-Region 101-2 und eine zweite Halbleiterkanalregion 102-2 umfassen, die zu der äußeren der zwei zweiten Grabenseitenwände 133-2 angrenzend angeordnet ist. Das oben bezüglich der Dotierstofftypen und der Dotierstoffkonzentration der ersten Source-Region 101-1 und der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 Gesagte kann gleichermaßen auf die zweite Source-Region 101-2 und die zweite Halbleiterkanalregion 102-2 zutreffen.
  • Die erste Steuerelektrode 131-1, die innerhalb des ersten Grabens 13-1 umfasst ist, kann sich entlang der vertikalen Richtung Z tiefer als die erste Halbleiterkanalregion 102-1 erstrecken. Beispielsweise weisen die erste Halbleiterkanalregion 102-1 und die erste Steuerelektrode 131-1 einen gemeinsamen vertikalen Ausdehnungsbereich entlang der vertikalen Richtung Z auf, der 100 % des vertikalen Gesamterstreckungsbereichs der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 beträgt. Zudem weisen die erste Source-Region 101-1 und die erste Steuerelektrode 131-1 einen gemeinsamen vertikalen Ausdehnungsbereich entlang der vertikalen Richtung Z auf, der zumindest 25 % des vertikalen Gesamtausdehnungsbereichs der ersten Source-Region 101-1 beträgt. Die Proportionen können auf die zweite Steuerelektrode 131-2, die zweite Source-Region 101-2 und die zweite Halbleiterkanalregion 102-2 gleichermaßen zutreffen.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel weisen die erste Source-Region 101-1 und die erste Steuerelektrode 131-1 einen gemeinsamen vertikalen Ausdehnungsbereich entlang der vertikalen Richtung Z auf, der mehr als 0 nm und z.B. weniger als 1 µm beträgt.
  • Beispielsweise ist der erste Lastanschluss 11 auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet und umfasst eine erste Metallisierungsschicht. Der zweite Lastanschluss 12 kann auf einer Rückseite des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein und kann eine zweite Metallisierungsschicht umfassen. Der Halbleiterkörper 10 kann zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein.
  • Der Halbleiterkörper 10 kann dazu konfiguriert sein, einen Laststrom in einer Vorwärtsrichtung, z.B. in der vertikalen Richtung Z, zwischen den Lastanschlüssen 11 und 12 zu führen. Zu diesem Zweck kann die erste Steuerelektrode 131-1 dazu konfiguriert sein, als Reaktion auf den Empfang eines Steuersignals, einen Inversionskanal herbeizuführen, um zumindest einen Teil des Laststroms innerhalb der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 zu führen. In Reaktion auf den Empfang eines solchen Steuersignals kann der Transistor 1 dazu konfiguriert sein, um die erste Halbleiterkanalregion 102-1 mit Bezug auf die mobilen Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps gleichzeitig zu verarmen.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Lastanschluss 11 ein Source-Anschluss (auch als „Emitteranschluss“ bezeichnet) und der zweite Lastanschluss 12 ist ein Drain-Anschluss (auch als „Kollektoranschluss“ bezeichnet) und der Steueranschluss (nicht veranschaulicht), der mit der ersten Steuerelektrode 131-1 elektrisch verbunden ist, ist ein Gate-Anschluss.
  • Die Drift-Zone 100, die erste Source-Region 101-1, die erste Halbleiterkanalregion 102-1 und die erste Steuerelektrode 131-1 können dazu konfiguriert sein, einen MOS-Steuerkopf des Transistors 1, z.B. einen Trench-Gate-MOS-Leistungssteuerkopf, auszubilden.
  • Beispielsweise kann, um den Transistor 1 in einen leitfähigen Zustand, in dem ein Laststrom zwischen den Lastanschlüssen 11, 12 in einer Vorwärtsrichtung (z.B. in der vertikalen Richtung Z) geführt werden kann, zu versetzen, die erste Steuerelektrode 131-1 mit einem Steuersignal bereitgestellt sein, das eine Spannung innerhalb eines ersten Bereichs aufweist, um den Inversionskanal innerhalb einer ersten Halbleiterkanalregion 102-1 herbeizuführen. Beispielsweise wird die Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der ersten Steuerelektrode 131-1 angelegt. In einer Ausführungsform ist das elektrische Potential der ersten Steuerelektrode 131-1 größer als das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11, wenn die angelegte Spannung innerhalb des ersten Bereichs ist.
  • Um den Transistor 1 in einen Sperrzustand zu versetzen, in dem eine zwischen dem zweiten Lastanschluss 12 und dem ersten Lastanschluss 11 in derselben Richtung wie die Vorwärtsrichtung angelegte Spannung gesperrt werden kann und der Fluss des Laststroms in der Vorwärtsrichtung verhindert wird, kann die Steuerelektrode 131-1 mit dem Steuersignal bereitgestellt sein, das eine Spannung innerhalb des sich vom ersten Bereich unterscheidenden zweiten Bereichs aufweist, um eine Verarmungsregion an einem durch einen Übergang zwischen der Halbleiterkanalregion 102-1 und der Halbleiter-Drift-Region 100 des Transistors 1 ausgebildeten pn-Übergang herbeizuführen. Beispielsweise wird die Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und der ersten Steuerelektrode 131-1 angelegt. In einer Ausführungsform ist das elektrische Potential der ersten Steuerelektrode 131-1 gleich oder geringer als das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11, wenn die angelegte Spannung innerhalb des zweiten Bereichs ist.
  • Beispielsweise kann die Struktur, wie sie in jeder der 1 bis 6 schematisch veranschaulicht ist, benutzt werden, um eine oder mehrere Transistorzellen eines IGBT, eines RC-IGBT, eines MOSFET und dergleichen auszubilden. In einer Ausführungsform ist der Transistor 1 eines aus einem IGBT, einem RC-IGBT oder einem MOSFET.
  • Das oben über die erste Steuerelektrode 131-1, die erste Halbleiterkanalregion 102-1 und die erste Source-Region 101-1 Gesagte kann wiederum gleichermaßen auf die zweite Halbleiterkanalregion 102-2, die zweite Source-Region 101-2 und die zweite Steuerelektrode 131-2 zutreffen.
  • Es versteht sich, dass der Halbleiterkörper 10 weitere Halbleiterregionen umfassen kann, z.B. eine Drift-Region und/oder eine Feldstoppregion und weitere Regionen, die üblicherweise innerhalb von Leistungshalbleitertransistorstrukturen eingesetzt sind. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper 10 über eine oder mehrere dotierte Regionen des ersten und/oder zweiten Leitfähigkeitstyps mit dem zweiten Lastanschluss 12 gekoppelt sein. Jedoch wird in dieser Beschreibung das Augenmerk auf die oben beschriebenen nahe dem ersten Lastanschluss 11 angeordneten Komponenten gelegt.
  • Es versteht sich zudem, dass der erste Graben 13-1 und der zweite Graben 13-2 laterale und vertikale Abmessungen aufweisen kann, die im Wesentlichen identisch zueinander sind. Somit können sich der erste Graben 13-1 und der zweite Graben 13-2 gleichermaßen entlang der vertikalen Richtung Z und gleichermaßen entlang der ersten seitlichen Richtung X erstrecken. Dasselbe gilt für die erste Steuerelektrode 131-1 und die zweite Steuerelektrode 131-2 und für den ersten und zweiten Isolator 132-1, 132-2.
  • Der Transistor 1 kann zudem eine Führungszone 103, die mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist, umfassen. Beispielsweise ist die Führungszone 103 von einer ersten Halbleiterkanalregion 102-1 getrennt und von der zweiten Halbleiterkanalregion 102-2 getrennt und zu jeder der anderen der zwei ersten Grabenseitenwände 133-1 und der zwei zweiten Grabenseitenwände 133-2 angrenzend angeordnet. Beispielsweise kann die Führungszone 103 zu jeder der Grabeninnenseitenwände 133-1 und 133-2 des ersten Grabens 13-1 und des zweiten Grabens 13-2 angrenzend angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform ist die Führungszone 103 eine zusammenhängende Halbleiterzone. Beispielsweise umfasst die Führungszone 103 Dotierstoffe desselben Typs wie die Halbleiterkanalregionen 102-1 und 102-2. Somit kann die Führungszone 103 Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen. Z.B. kann die Führungszone 103 eine p-dotierte Region sein, wobei ihre Dotierstoffkonzentration entlang der vertikalen Richtung Z schwanken kann, was nachfolgend noch näher erklärt wird.
  • Beispielsweise bildet die Führungszone 103 den Übergang zwischen den Grabeninnenseitenwänden 133-1 und 133-2. Mit anderen Worten kann die in den vertikalen Querschnitten in jeder der 1 bis 4 schematisch veranschaulichte Führungszone 103 die von der inneren der ersten zwei Grabenseitenwände 133-1 und der inneren der zweiten Grabenseitenwand 133-2 des Grabenpaares 13-1, 13-2 seitlich begrenzte Region abdecken bzw. füllen.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind die Halbleiterkanalregionen 102-1 und 102-2 vollständig verarmte Zonen. Beispielsweise werden die Halbleiterkanalregionen 102-1 und 102-2 vollständig verarmt, indem die Steuerelektroden 131-1 und 131-2 auf eine z.B. mit Bezug auf die Spannung des ersten Lastanschlusses 11 geeignete Spannung eingestellt werden. Gelegentlich werden solche vollständig verarmten Zonen auch als „vollständig verarmbare Zonen“ bezeichnet. Wenn beispielsweise der Transistor 1 in den leitfähigen Zustand versetzt ist, z.B. durch Anlegen einer positiven Spannung zwischen den Steuerelektroden 131-1 und 131-2 und dem ersten Lastanschluss 11 (z.B. elektrisches Potential der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 ist größer als das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11), werden die Kanalregionen 102-1 und 102-2 vollständig verarmt und es sind signifikant weniger mobile Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps, z.B. Löcher, innerhalb der Kanalregionen 102-1 und 102-2 vorhanden. Beispielsweise soll die Formulierung „signifikant weniger mobile Ladungsträger des zweiten Leitfähigkeitstyps“ in dieser Beschreibung beschreiben, dass die Menge an mobilen Ladungsträgern des zweiten Leitfähigkeitstyps weniger als 10 % der Menge an mobilen Ladungsträgern des ersten Leitfähigkeitstyps beträgt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Transistor 1 dazu konfiguriert, um die Kanalregionen 102-1 und 102-2 vollständig zu verarmen, wenn eine zwischen den Steuerelektroden 131-1 und 131-2 und dem ersten Lastanschluss 11 angelegte Spannung innerhalb des ersten Bereichs ist, z.B. innerhalb eines Bereichs von -3 V bis +3 V. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist der Transistor 1 dazu konfiguriert, um die Kanalregionen 102-1 und 102-2 vollständig zu verarmen, wenn ein zwischen den Steuerelektroden 131-1 und 131-2 und dem ersten Lastanschluss 11 angelegtes elektrisches Feld innerhalb eines ersten Bereichs, z.B. innerhalb eines Bereichs von -10 MV/cm bis +10 MV/cm oder innerhalb eines Bereichs von -6 MV/cm bis +6 MV/cm, ist.
  • Die Führungszone 103 kann einen Kontaktabschnitt 1031 aufweisen, der mit dem ersten Lastanschluss und einem unterhalb des Kontaktabschnitts 1031 angeordneten Stababschnitt 1032 elektrisch verbunden ist. Der Stababschnitt 1032 kann eine Dotierstoffkonzentration innerhalb des Bereichs von 1015 cm-3 bis 1019 cm-3 aufweisen.
  • Zudem kann ein mittlerer Abstand entlang der ersten seitlichen Richtung X zwischen den Grabeninnenseitenwänden 133-1 und 133-2 innerhalb des Bereichs von 3 nm bis 80 nm sein.
  • Im Folgenden werden Merkmale von beispielhaften Ausführungsformen der Führungszone 103 dargelegt.
  • Gemäß einer Ausführungsform erstreckt sich die Führungszone 103 entlang der vertikalen Richtung Z tiefer als der erste Grabenboden 134-1 in den Halbleiterkörper 10.
  • Zudem erstreckt sich die Führungszone 103 in dem tiefer als der erste Grabenboden 134-1 angeordneten Abschnitt seitlich zur ersten Halbleiterkanalregion 102-1. Zudem kann die Führungszone 103 einen Abschnitt umfassen, der tiefer als der zweite Grabenboden 134-2 angeordnet ist und der sich seitlich zur zweiten Halbleiterkanalregion 102-2 erstrecken kann. Nachfolgend wird der Abschnitt der Führungszone 103, der tiefer als zumindest einer aus dem ersten Grabenboden 134-1 und dem zweiten Grabenboden 134-2 angeordnet ist und sich seitlich zu zumindest einer aus der ersten Halbleiterkanalregion 102-2 und der zweiten Halbleiterkanalregion 102-2 erstreckt, als ein Plateauabschnitt 1033 bezeichnet.
  • Beispielsweise ist die Führungszone 103 dazu konfiguriert, um das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11 zu seinen seitlichen Extremitäten 1033-1 und zu seiner vertikalen Extremität 1033-2 zu führen. Dabei kann das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses 11 nahe einem Boden der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 und/oder dem Boden einer zweiten Halbleiterkanalregion 102-2 geführt werden. Natürlich kann sich das elektrische Potential, da die elektrische Leitfähigkeit der Führungszone 103 endlich ist, geringfähig im Wert verändern, wenn es zu den Extremitäten 1033-1, 1033-2 geführt wird. In einer Ausführungsform ist eine integrale Dotierstoffkonzentration entlang der vertikalen Richtung Z des Plateauabschnitts 1033 der Führungszone 103 z.B. in einem Bereich von 1012cm-2 bis 1015 cm-2, und beginnt z.B. auf einem Tiefenniveau von einem aus dem ersten und zweiten Grabenboden 134-1, 134-2. Zudem werden optionale Aspekte beispielhafter Dotierstoffprofile der Führungszone 103 mit Bezug auf 6 erläutert.
  • Der erste Gaben 13-1 und der Plateauabschnitt 1033 können einen gemeinsamen seitlichen Ausdehnungsbereich aufweisen, der zumindest 75 % der Gesamtausdehnung des ersten Grabenbodens 134-1 entlang der ersten seitlichen Richtung X beträgt.
  • Analog dazu können der Plateauabschnitt 1033 und der zweite Graben 13-2 einen gemeinsamen seitlichen Ausdehnungsbereich aufweisen, der zumindest 75 % der Gesamtausdehnung des zweiten Grabenbodens 134-2 entlang der ersten seitlichen Richtung X beträgt. Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 5A-B im Detail erklärt wird, können die gemeinsamen seitlichen Ausdehnungsbereiche sogar größer als 75 % sein. Beispielsweise kann sich der Plateauabschnitt 1033 seitlich sogar über die äußeren der Grabenseitenwände 133-1 und 133-2 hinaus erstrecken.
  • Wie in 1 schematisch veranschaulicht kann die Führungszone 103 im vertikalen Querschnitt des Transistors 1 die gesamte Fläche zwischen der inneren der ersten zwei Grabenseitenwände 133-1 und der inneren der zweiten zwei Grabenseitenwände 133-2 bedecken. Beispielsweise kann der durch die Grabeninnenseitenwände 133-1, 133-2 seitlich begrenzte Teil der Führungszone 103 durch den Kontaktabschnitt 1031 und den Stababschnitt 1032 gebildet sein, wobei der Stababschnitt 1032 und der Kontaktabschnitt 1031 im vertikalen Querschnitt des Transistors 1 die gesamte Fläche zwischen dem ersten Graben 13-1 und dem zweiten Graben 13-2 bedecken können.
  • Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der ersten seitlichen Richtung X zwischen den Grabeninnenseitenwänden 131-1 und 133-2 weniger als 100 nm, weniger als 70 nm, weniger als 50 nm oder sogar weniger als 40 nm. Der Abstand kann auch als „Mesa-Breite“ entlang der ersten seitlichen Richtung X bezeichnet werden. Diese Mesa-Breite kann weniger als 50 % der Gesamtausdehnung des ersten Grabens 13-1 entlang der ersten seitlichen Richtung X (d.h. der Grabenbreite), weniger als 40 %, weniger als 30 % oder sogar weniger als 25 % betragen.
  • Zudem kann die Führungszone 103 durch die Halbleiter-Drift-Region 100 von jeder der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 und der zweiten Halbleiterkanalregion 102-2 getrennt sein. Somit sind die Halbleiterkanalregionen 102-1 und 102-2 gemäß einer Ausführungsform nicht in Kontakt mit der Führungszone 103.
  • Beispielsweise beträgt die Dicke des Plateauabschnitts 1033 entlang der vertikalen Richtung Z weniger als 1000 nm, weniger als 500 nm oder weniger als 100 nm, weniger als 50 nm oder sogar weniger als 40 nm. Die Dicke des Plateauabschnitts 1033 kann in Abhängigkeit von der mittleren Dotierstoffkonzentration im Plateauabschnitt 1033 ausgewählt werden, um eine spezifische integrale Dotierstoffkonzentration entlang der vertikalen Richtung Z zu erreichen. Beispielsweise kann eine vergleichsweise hohe Dotierstoffkonzentration einen vergleichsweise schlanken Plateauabschnitt 1033 ermöglichen. Eine vergleichsweise niedrige Dotierstoffkonzentration kann einen vergleichsweise dicken Plateauabschnitt 1033 ergeben.
  • Beispielsweise ist der Kontaktabschnitt 1031 in Kontakt mit einem ersten Lastanschluss und weist eine vertikale Gesamtausdehnung auf, die weniger als 25 % der Gesamtausdehnung des ersten Grabens 13-1 entlang der vertikalen Richtung Z beträgt. Beispielsweise erstreckt sich der Kontaktabschnitt 1031 zumindest so tief wie die Source-Regionen 101-1, 101-2 entlang der vertikalen Richtung Z. Der Stababschnitt 1032 kann unterhalb des Kontaktabschnitts 1031 angeordnet sein und den Kontaktabschnitt 1031 mit dem Plateauabschnitt 1033 koppeln. Beispielsweise können sich der Kontaktabschnitt 1031 und/oder der erste und zweite Source-Abschnitt 101-1 und 101-2 in das Material des ersten Lastanschlusses 11 entlang einer Richtung parallel zur vertikalen Richtung Z für mehr als 0 nm oder für mehr als den mittleren Abstand entlang der ersten seitlichen Richtung X zwischen den Grabeninnenseitenwänden 133-1 und 133-2 erstrecken.
  • Nun näher auf die in 2 schematisch veranschaulichte Ausführungsform eingehend kann der Transistor 1 eine Vielzahl von Grabenpaaren 13-1, 13-2 umfassen, die zueinander entlang der ersten seitlichen Richtung X seitlich angrenzend angeordnet sind. Die Grabeninnenseitenwände von jedem Grabenpaar können durch die jeweilige Führungszone 103 seitlich miteinander gekoppelt sein, z.B. durch den jeweiligen Kontaktabschnitt 1031 und den jeweiligen Stababschnitt 1032.
  • Die Kontaktabschnitte 1031 können mit dem ersten Lastanschluss 11, der wie oben angegeben eine vorderseitige Metallisierungsschicht umfassen kann, elektrisch gekoppelt sein.
  • Zu den äußeren Grabenseitenwänden eines jeden Grabenpaares 13-1, 13-2 angrenzend kann die erste und zweite Source-Region 101-1 und 101-2 und die erste und zweite Halbleiterkanalregion 102-1 und 102-2 angeordnet sein. Wie in 2 veranschaulicht können angrenzende Grabenpaare die erste Source-Region 101-1 bzw. die zweite Source-Region 101-2 und die erste Halbleiterkanalregion 102-1 bzw. die zweite Halbleiterkanalregion 102-2 miteinander teilen. Die Gräben 13-1, 13-2 von allen Grabenpaaren können die im Wesentlichen selbe Konfiguration aufweisen, z.B. dieselbe Grabentiefe, dieselbe Grabenbreite und im Wesentlichen identische räumliche Abmessungen mit Bezug auf die Steuerelektroden 131-1, 131-2 und den Isolator 132-1, 132-2.
  • Beispielsweise können sich, wie in 2 veranschaulicht, die Stababschnitte 1032 entlang der vertikalen Richtung Z bis zu den Gräben 13-1, 13-2 erstrecken. Die Plateauabschnitte 1033 können in Kontakt mit den jeweiligen Isolatoren 132-1, 132-2 stehen und sich entlang der ersten seitlichen Richtung X von einer der äußeren Grabenseitenwände zu der anderen der äußeren Grabenseitenwände des jeweiligen Grabenpaares 13-1, 13-2 erstrecken.
  • Beispielsweise können angrenzende Plateauabschnitte 1033 durch die Drift-Region 100 voneinander isoliert sein, so dass ein von der ersten Halbleiterkanalregion 102-1 bzw. der zweiten Halbleiterkanalregion 102-2 beginnender Pfad entlang der vertikalen Richtung Z die Führungszone 103 nicht durchquert.
  • Wie in 2 zudem veranschaulicht, können die Steuerelektroden 131-1 und 131-2 eine Gesamtausdehnung entlang der vertikalen Richtung Z aufweisen, die größer als die Gesamtausdehnung entlang der ersten seitlichen Richtung X ist. Aber in anderen Fällen können die Breiten der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 vergrößert werden.
  • Beispielsweise können gemäß der in 3 schematisch veranschaulichten Ausführungsform die Breiten der Steuerelektroden 131-1, 131-2, d.h. die Gesamtausdehnungen entlang der ersten seitlichen Richtung X größer als die Gesamtausdehnungen entlang der vertikalen Richtung Z sein. In einer Ausführungsform sind die Breiten der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 z.B. innerhalb des Bereichs von 50 nm bis 5000 nm. Beispielsweise können solche vergrößerten Breiten der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 einen niedrigeren ohmschen Widerstand der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 ergeben. Auch wenn die Breiten der Steuerelektroden 131-1 und 131-2 vergrößert sind, können die Abstände zwischen den seitlichen Extremitäten des Plateauabschnitts 1033 der Führungszone 103 und der Halbleiterkanalregionen 102-1, 102-2 klein gehalten werden, z.B. sind die Abstände nicht größer als mit der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform verglichen, die Steuerelektroden 131-1 und 131-2 mit einer vergleichsweise schmalen Breite von z.B. 50 nm bis 250 nm aufweisen kann.
  • Gemäß den in 4 schematisch veranschaulichten Ausführungsformen können sich die Stababschnitte 1032 entlang der vertikalen Richtung Z weiter als die angrenzenden Grabenböden 134-1, 134-2 erstrecken und demgemäß können die Plateauabschnitte 1033 von jedem aus dem ersten Grabenboden 134-1 und dem zweiten Grabenboden 134-2 des jeweiligen Grabenpaares 13-1, 13-2 räumlich beabstandet angeordnet sein. Beispielsweise sind die Gräben 13-1 und 13-2 von jedem Grabenpaar auch durch die Drift-Region 100 von ihrem zugeordneten Plateauabschnitt 1033 isoliert. Beispielsweise beträgt ein Abstand entlang der vertikalen Richtung Z zwischen den Grabenböden 134-1 und 134-2 und dem Plateauabschnitt 1033 weniger als 500 nm, weniger als 200 nm, weniger als 100 nm oder sogar weniger als 50 nm.
  • 5A-B veranschaulichen schematisch Abschnitte von zwei horizontalen Querschnitten des Transistors 1 gemäß mehreren Ausführungsformen. 5A veranschaulicht schematisch einen Abschnitt in einer Tiefe Z1 (vgl. 2-4), der in einem Bereich liegt, den jede der Source-Regionen 101-1, 101-2, die Kontaktabschnitte 1033 der Führungszonen 103, die Steuerelektroden 131-1, 131-2 und die Isolatoren 132-1, 132-2 gemein haben.
  • Wie veranschaulicht kann die Periodizität der Komponenten des Transistors 1 entlang der ersten seitlichen Richtung X auf verschiedene Arten umgesetzt werden. Es sollte sich jedoch verstehen, dass in einer beispielhaften Ausführungsform des Transistors 1 nur ein Periodizitätstyp gewählt werden kann; d.h. die Periodizität der seitlichen Anordnung der Komponenten muss sich nicht notwendigerweise ändern, aber kann für die Ausführungsform konstant bleiben. Nichtsdestoweniger zeigt 5A zu Zwecken einer simplen Veranschaulichung verschiedene Möglichkeiten in einer gemeinsamen Zeichnung.
  • Beispielsweise kann gemäß einer ersten Ausführungsform, wie sie im linken Teil von 5A gezeigt ist, der erste Graben 13-1, der die erste Steuerelektrode 131-1 und den ersten Isolator 132-1 aufweist, seitlich durch die erste Source-Region 101-1 auf einer Seite und die Kontaktregion 1031 der Führungszone 103 auf der anderen Seite benachbart sein.
  • Gemäß einer zweiten Ausführungsform, wie sie im rechten Teil von 5A gezeigt ist, kann jedoch ein Graben, der eine durch einen Isolator gegen den Halbleiterkörper 10 elektrisch isolierte Steuerelektrode umfasst, auch durch eine jeweilige Source-Region auf jeder Seite seitlich benachbart sein. Innerhalb der vorliegenden Beschreibung wird eine in einem solchen Graben umfasste Steuerelektrode als dritte Steuerelektrode 131-3 bezeichnet und Source-Regionen, die an einen solchen Graben angrenzen, werden als dritte Source-Regionen 101-3 bezeichnet und der entsprechende Isolator wird als der dritte Isolator 132-3 bezeichnet. Es sollte sich verstehen, dass die dritten Source-Regionen 101-3, der dritte Isolator 132-3 und die dritte Steuerelektrode 131-3 ansonsten dieselben Merkmale wie die erste und zweite Source-Region 101-1, 101-2, wie oben beschrieben, aufweisen können, z.B. Merkmale bezüglich der räumlichen Abmessungen, Dotierstoffkonzentrationen, Dotierstofftypen und der elektrischen Verbindung mit dem ersten Lastanschluss 11. Demgemäß kann die dritte Steuerelektrode 131-3 mit weiteren Steuerelektroden elektrisch verbunden sein. Zudem können unterhalb der dritten Source-Regionen 101-3 dritte Halbleiterkanalregionen (nicht veranschaulicht) angeordnet sein.
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform, wie sie im rechten Teil von 5A gezeigt ist, kann ein Graben, der eine durch einen Isolator gegen den Halbleiterkörper 10 elektrisch isolierte Steuerelektrode aufweist, auch durch zwei Kontaktabschnitte 1031 von Führungszonen 103 seitlich benachbart sein. Innerhalb dieser Beschreibung wird eine solche Steuerelektrode als vierte Steuerelektrode 131-4 bezeichnet und ein solcher Isolator wird als vierter Isolator 132-4 bezeichnet. Es sollte sich verstehen, dass das mit Bezug auf die erste, zweite und dritte Steuerelektrode 131-1 bis 131-3 und mit Bezug auf den ersten, zweiten und dritten Isolator 132-1 bis 132-3 Gesagte gleichermaßen auf die vierte Steuerelektrode 131-4 und den vierten Isolator 131-4 zutreffen kann.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann sich die seitliche Nachbarschaftsbeziehung der Source-Regionen, Steuerelektroden und Kontaktabschnitte von den in 5A veranschaulichten beispielhaften Möglichkeiten unterscheiden. Um nur zwei Beispiele anzuführen, kann eine Gruppe aus mehreren zueinander seitlich angrenzend angeordneten Steuerelektrodengräben durch zwei Source-Regionen seitlich flankiert sein, wobei zwischen jeweils zwei Gräben der Gruppe von Gräben, die zueinander benachbart sind, ein Kontaktabschnitt einer Führungszone bereitgestellt sein kann. Oder eine Gruppe aus mehreren Steuerelektrodengräben, die zueinander seitlich angrenzend angeordnet sind, kann durch zwei Kontaktabschnitte einer Führungszone seitlich flankiert sein, wobei zwischen jeweils zwei Gräben der Gruppe von Gräben, die zueinander benachbart sind, eine Source-Region bereitgestellt sein kann. Jedoch sind noch weitere Variationen der Periodizität der seitlichen Anordnung der Gräben einschließlich einer jeweiligen Steuerelektrode, der Source-Regionen und der Kontaktabschnitte der Führungszone möglich.
  • Nun im Detail auf 5B Bezug nehmend, die Abschnitte von horizontalen Querschnitten von mehreren Ausführungsformen des Transistors 1 auf einer tieferen Ebene Z2 (vgl. 2-4) schematisch veranschaulicht, werden nun beispielhafte Konfigurationen (A) bis (D) der Plateauabschnitte 1033 der Führungszonen 103 dargelegt. Es soll sich verstehen, dass innerhalb einer beispielhaften Ausführungsform des Transistors 1, eine der unten beschriebenen Varianten (A) bis (D) gewählt werden kann; d.h. die Konfigurationen von allen oder den meisten von allen Plateauabschnitten 1033 innerhalb der Ausführungsform können im Wesentlichen zueinander identisch sein. Zudem soll es sich verstehen, dass die unten beschriebenen Varianten (A) bis (D) nicht notwendigerweise mit den verschiedenen Periodizitätstypen der seitlichen Anordnung der Source-Regionen, Kontaktabschnitte und Steuerelektroden, die mit Bezug auf 5A erläutert wurden, verbunden sind; vielmehr können die beispielhaften Konfigurationen (A) bis (D) der Plateauabschnitte 1033 von einer gewählten Periodizität unabhängig sein. Nichtsdestoweniger sind die beispielhaften Konfigurationen (A) bis (D) der Plateauabschnitte 1033 in einer gemeinsamen Zeichnung 5B abgebildet, die 5A gegenübergestellt ist, um beispielhafte seitliche Ausdehnungen der Plateauabschnitte 1033 mit Bezug auf eine oder mehrere der oberhalb dieser angeordneten Source-Regionen klarer zu veranschaulichen.
  • Jeder Plateauabschnitt 1033 kann mit dem zugeordneten Kontaktabschnitt 1031 durch den Stababschnitt 1032 gekoppelt sein.
  • Gemäß Variante (A) kann der Plateauabschnitt 1033 eine oder mehrere Öffnungen 1033a unterhalb der Source-Region (101-1, 101-2 und/oder 101-3) umfassen. Beispielsweise kann eine solche Öffnung 1033a eine rechteckige Form bzw. im waagerechten Querschnitt eine kreisförmige Form aufweisen. Solche Öffnungen 1033a können auch eine andere Form als die in 5B veranschaulichten aufweisen, wie etwa eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken oder eine mehreckige Form, um einige zu nennen. Wie veranschaulicht können die eine oder die mehreren Öffnungen 1033a des Plateauabschnitts 1033 voneinander räumlich versetzt sein, so dass es Regionen unterhalb der Source-Region (101-1, 101-2 und/oder 101-3) gibt, die durch den Plateauabschnitt 1033 bedeckt sind. Beispielsweise ist gemäß Variante (A) die Dotierstoffkonzentration entlang jeder der ersten seitlichen Richtung X und der zweiten seitlichen Richtung Y, mit Ausnahme der Öffnungen 1033a, die durch die Drift-Region 100 gefüllt sein können, im Wesentlichen konstant.
  • Gemäß Variante (B) kann der Plateauabschnitt 1033 unterhalb der Source-Region (101-1, 101-2 und/oder 101-3) vollständig unterbrochen sein. Diese Unterbrechung 1033b des Plateauabschnitts 1033 kann z.B. durch die Drift-Region 100 gefüllt sein.
  • Gemäß Variante (C) kann der Plateauabschnitt 1033 in der Region unterhalb der Source-Region (101-1, 101-2 und/oder 101-3) eine oder mehrere Öffnungen 1033a, die durch die Drift-Region 100 bedeckt sein können, und eine oder mehrere Regionen 1033c, die im Vergleich zum restlichen Teil des Plateauabschnitts 1033 eine lokal reduzierte Dotierstoffkonzentration aufweisen, umfassen. Beispielsweise beträgt die Dotierstoffkonzentration von der einen oder den mehreren Regionen 1033c z.B. weniger als 50 %, 25 % oder sogar weniger als 10 % der Dotierstoffkonzentration der restlichen Teile des Plateauabschnitts 1033.
  • Gemäß Variante (D) weist der Plateauabschnitt 1033 unterhalb der Source-Region (101-1, 101-2 und/oder 101-3) keine Öffnungen, aber die Region 1033c mit der im Vergleich zu den restlichen Teilen der Plateauabschnitte 1033 geringeren lokal reduzierten Dotierstoffkonzentration auf. Somit können angrenzende Grabenpaare 13-1, 13-2 einen gemeinsamen Plateauabschnitt 1033 aufweisen.
  • Gemäß noch einer weiteren Variante, die nicht in 5B veranschaulicht ist, kann die Dotierstoffkonzentration des Plateauabschnitts 1033 entlang der ersten seitlichen Richtung X im Wesentlichen konstant sein, sogar beim Durchqueren von zwei oder mehr angrenzenden Grabenpaaren 13-1, 13-2. Somit können die Führungszonen 103 von zwei oder mehr Grabenpaaren 13-1, 13-2 einen gemeinsamen Plateauabschnitt 1033 aufweisen, der nicht unterbrochen ist bzw. keine Änderung der Dotierstoffkonzentration entlang der ersten seitlichen Richtung X aufweist, wenn die Region unterhalb der Source-Region (101-1, 101-2 und/oder 101-3) durchschritten wird. Ein solcher gemeinsamer Plateauabschnitt kann eine Plateauschicht ausbilden.
  • Beispielsweise können die Plateauabschnitte 1033 der Führungszonen 103, im Gegensatz zu den schematischen Veranschaulichungen der vertikalen Querschnitte in 2 bis 4, auch durch eine zusammenhängende Plateauschicht, die unterhalb der Source-Regionen (101-1, 101-2 und/oder 101-3) nicht durch die Drift-Region 100 unterbrochen ist, ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Dotierstoffkonzentration der Plateauschicht in jeder aus der ersten seitlichen Richtung X und der zweiten seitlichen Richtung Y im Wesentlichen konstant.
  • Beispielsweise können die Öffnungen 1033a an den oberhalb davon angeordneten Source-Regionen (101-1, 101-2 und/oder 101-3) seitlich ausgerichtet sein. Somit kann die Breite von einer oder mehreren der Öffnungen 1033a in der ersten und/oder zweiten seitlichen Richtung X, Y dieselbe als die Breite von einer aus der oberhalb davon angeordneten Source-Region in der ersten und/oder zweiten seitlichen Richtung X, Y sein. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Breite von einer oder mehreren der Öffnungen 1033a in der ersten und/oder zweiten seitlichen Richtung X, Y kleiner und/oder größer als die Breite der oberhalb davon angeordneten Source-Region in der ersten und/oder zweiten seitlichen Richtung X, Y sein.
  • Zudem kann, unter Bezugnahme auf Variante (B), die Breite der Unterbrechung 1033b in der ersten seitlichen Richtung X die Breite der oberhalb davon angeordneten Source-Region in der ersten seitlichen Richtung X übersteigen, z.B. um mehr als 20 nm, 50 nm, 100 nm, 200 nm. Es wird angemerkt, dass die vertikale Ausrichtung der Öffnungen 1033a an den oberhalb davon angeordneten Source-Regionen seitliche Verschiebungen in der ersten und/oder zweiten seitlichen Richtung X, Y aufweisen kann, z.B. aufgrund von Ausrichtungsfehlern in der Herstellung.
  • 6 veranschaulicht beispielhafte Ausführungsformen der Führungszone 103 schematisch. Wie oben erklärt wurde, kann die Führungszone 103 den Kontaktabschnitt 1031, den Stababschnitt 1032 und den Plateauabschnitt 1033 umfassen. Wie zudem unter Bezugnahme auf 5B erklärt wurde, kann es sein, dass der Plateauabschnitt 1033 nicht notwendigerweise unterhalb der ersten Source-Regionen 101-1, 101-2 und/oder 101-3 unterbrochen wird, was bedeutet, dass angrenzende Führungszonen 103 einen gemeinsamen Plateauabschnitt 1033, z.B. die Plateauschicht, aufweisen können.
  • Der Kontaktabschnitt 1031 kann mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sein und sich entlang der vertikalen Richtung Z bis zu einer Tiefe Za erstrecken, die z.B. weniger als 20 % der Gesamtausdehnung des benachbarten Grabens 13-1 (oder Graben 13-2) betragen kann. Beispielsweise können sich die benachbarten Gräben 13-1, 13-2 (in 6 nicht gezeigt) entlang der vertikalen Richtung Z bis zu einer Tiefe Zt erstrecken.
  • Der Stababschnitt 1032 koppelt den Kontaktabschnitt 1031 mit dem Plateauabschnitt 1033. Wie mit Bezug auf 3 und 4 erklärt wurde, erstreckt sich der Stababschnitt 1032 zumindest so weit wie oder sogar weiter als der benachbarte Graben 13-1 und/oder 13-2. Somit kann die Tiefe, bis zu der sich der Stababschnitt 1032 hinunter erstreckt (die in 6 mit Zb bezeichnet ist), gleich oder größer als das Tiefenniveau Zt sein.
  • Der Plateauabschnitt 1033 kann sich entlang der vertikalen Richtung 1033 bis zu einem Tiefenniveau Zc hinunter erstrecken. Wie oben erklärt wurde, kann die Dicke des Plateauabschnitts 1033, d.h. die Differenz zwischen Zc und Zb, weniger als 1000 nm betragen.
  • Nachfolgend sollen beispielhafte Profile der Dotierstoffkonzentration CC der Führungszone 103 entlang der vertikalen Richtung Z mit Bezug auf die in 6 veranschaulichten Varianten (1) bis (4) dargelegt werden.
  • Beispielsweise kann die Dotierstoffkonzentration des Kontaktabschnitts 1031 gemäß allen Varianten (1) bis (4) entlang zumindest 80 % der Gesamtausdehnung des Kontaktabschnitts 1031 entlang der vertikalen Richtung Z im Wesentlichen konstant sein und kann CC1 betragen, wobei CC1 höher als 1016 cm-3, z.B. innerhalb eines Bereichs von 1018cm-3 bis 1021 cm-3, sein kann. An einem Übergang vom Kontaktabschnitt 1031 zum Stababschnitt 1032 entlang der vertikalen Richtung Z kann die Dotierstoffkonzentration CC auf ein Niveau CC2 sinken, das z.B. im Bereich von 1011 cm-3 bis 1019 cm-3 liegen kann, wobei CC1 zumindest eine Größenordnung größer als CC2 sein kann. Beispielsweise bleibt die Dotierstoffkonzentration des Stababschnitts 1032 entlang zumindest 20 % der Gesamtausdehnung des Stababschnitts 1032 entlang der vertikalen Richtung Z im Wesentlichen konstant auf dem Niveau CC2, z.B. bis die Grabenböden 134-1 und/oder 134-2 der benachbarten Gräben 13-1 und/oder 13-2 erreicht sind.
  • Gemäß den Varianten (1) bis (3) bleibt die Dotierstoffkonzentration des Stababschnitts 1032 im Wesentlichen konstant, bis der Übergang zum Plateauabschnitt 1033 erreicht ist, der, wie oben erklärt wurde, noch unterhalb der Grabenböden 134-1, 134-2 sein kann.
  • Beispielsweise erhöht sich gemäß Variante (1) die Dotierstoffkonzentration beim Übergang zum Plateauabschnitt 1033 auf ein Niveau CC3, das innerhalb eines Bereichs von 1016 cm-3 bis 1019 cm-3 liegen kann. Beispielsweise ist die Dotierstoffkonzentration des Plateauabschnitts 1033 entlang zumindest 50 % der Gesamtausdehnung des Plateauabschnitts entlang der vertikalen Richtung Z im Wesentlichen konstant. Gemäß einem anderen Beispiel kann die Dotierstoffkonzentration des Plateauabschnitts 1033 entlang der vertikalen Richtung Z eine schwankende Konzentration, z.B. im Wesentlichen eine Gaußsche Charakteristik oder eine konstante Dotierung und eine im Wesentlichen Gaußsche Charakteristik hin zur Drift-Region 100 und/oder dem Stababschnitt 1032, aufweisen. Beispielsweise weist der Plateauabschnitt (1033) eine Dotierstoffkonzentration auf, die entlang der vertikalen Richtung (Z) um einen Faktor von zumindest zehn schwankt.
  • Bezugnehmend auf Variante (2) kann die Dotierstoffkonzentration des Plateauabschnitts 1033 entlang zumindest 80 % der Gesamtausdehnung des Plateauabschnitts 1033 entlang der vertikalen Richtung Z allmählich steigen, z.B. bis zum Wert CC3, beginnend vom Wert CC2 beim Übergang zum Plateauabschnitt 1033.
  • Gemäß Variante (3) kann die Dotierstoffkonzentration der Führungszone auf das Niveau CC3 beim Übergang zwischen dem Stababschnitt 1032 und dem Plateauabschnitt 1033 steigen und sich dann entlang der vertikalen Richtung Z allmählich vermindern.
  • Gemäß Variante (4) erstreckt sich der Stababschnitt 1032 weiter entlang der vertikalen Richtung Z als die benachbarten Gräben 13-1 und/oder 13-2. Beispielsweise weist die Dotierstoffkonzentration des Stababschnitts 1032 in der Region des Stababschnitts 1032, der tiefer als der benachbarte Graben 13-1 und/oder 13-2 angeordnet ist, einen Gaußschen Verlauf auf, wie in 6 schematisch veranschaulicht. Zudem kann auch die Dotierstoffkonzentration des Plateauabschnitts 1033 entlang der vertikalen Richtung Z einen Gaußschen Verlauf aufweisen.
  • Gemäß aller Varianten kann die Dotierstoffkonzentration des Plateauabschnitts 1033, ausgenommen der oben mit Bezug auf 5B erwähnten gegebenenfalls umfassten Öffnungen 1033a, Regionen 1033c mit der lokal reduzierten Dotierstoffkonzentration und/oder Unterbrechungen 1033b, entlang der ersten seitlichen Richtung X im Wesentlichen konstant sein, z.B. entlang zumindest 80 % der Gesamtausdehnung des Plateauabschnitts 1033 entlang der ersten seitlichen Richtung X.
  • Die in 1 bis 6 schematisch veranschaulichten und oben beschriebenen Ausführungsformen umfassen die Erkenntnis, dass das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses, während eines Sperrzustands eines Transistors mit einer vollständig verarmten Kanalregion durch den Plateauabschnitt, in eine Richtung hin zu einem Boden einer angrenzenden Kanalregion geführt werden kann, so dass eine Spannungsdifferenz entlang einer seitlichen Richtung zwischen der Führungszone und der Kanalregion reduziert werden kann. Dadurch kann das Risiko des Durchschaltens gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen reduziert werden. Beispielsweise können Ladungsträger während eines Übergangs vom leitfähigen Zustand in den Sperrzustand, der durch die entsprechende Änderung der Spannung zwischen der Steuerelektrode und dem ersten Lastanschluss herbeigeführt werden kann, effektiv zum ersten Lastanschluss abgezogen werden, auch wenn die Steuerelektrode noch auf einem geringfügig positiven Potential ist, z.B. während des Beginns des Abschalteverfahrens. Beispielsweise kann der oben erwähnte Plateauabschnitt eine Schwankung des Abstands entlang der ersten seitlichen Richtung zwischen der Führungszone und der Source-Region einkalkulieren, da ungeachtet des Abstands der Abstand zwischen dem Boden der Kanalregion und dem Plateauabschnitt gering gehalten werden kann.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um zusätzliche Ausführungsformen auszubilden, solange die Merkmale nicht explizit als alternativ zueinander beschrieben werden.
  • Vorangehend wurden Ausführungsformen erläutert, welche einen Leistungshalbleitertransistor sowie Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleitertransistors betreffen. Zum Beispiel basieren diese Ausführungsformen auf Silizium (Si). Dementsprechend kann eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht, z. B. die Halbleiterregionen 10 100, 101-1, 101-2, 101-3, 102-1, 102-2, 103, 1031, 1032, 1033 beispielhafter Ausführungsformen, eine monokristalline Si-Region oder Si-Schicht sein. In anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silizium zum Einsatz kommen.
  • Es versteht sich jedoch, dass die Halbleiterregionen 10, 100, 101-1, 101-2, 101-3, 102-1, 102-2, 103, 1031, 1032, 1033 aus einem beliebigen Halbleitermaterial bestehen können, das zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Beispiele solcher Materialien umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien wie z. B. Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien wie z. B. Siliziumcarbid (SiC) oder Siliziumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie z. B. Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AIInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) sowie binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie z. B. Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um einige zu nennen. Die zuvor erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei unterschiedliche Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial ausgebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silizium-Siliziumcarbid (SixC1-x) sowie Silizium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleitervorrichtungsanwendungen werden derzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumliche Bezugsbegriffe wie z. B. „unter“, „unterhalb“, „untere/r/s“, „über“, „oberhalb“, „obere/r/s“ und Ähnliches werden zwecks der einfacheren Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen der jeweiligen Vorrichtung zusätzlich zu den in den Figuren dargestellten, unterschiedlichen Orientierungen beinhalten. Ferner werden Begriffe wie z. B. „erste/r/s“, „zweite/r/s“ und Ähnliches ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte etc. zu beschreiben, und sollen nicht einschränkend sein. In der gesamten Beschreibung betreffen gleiche Begriffe gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“, „verfügend über“ und Ähnliches, welche das Vorhandensein erwähnter Elemente oder Merkmale angeben, offene Begriffe, welche zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel „ein/e/r“ und „der/die/das“ sollen sowohl die Mehrzahl als auch die Einzahl umfassen, solange der Kontext nicht klar etwas Anderes vorgibt.

Claims (20)

  1. Leistungshalbleitertransistor (1), der einen mit einem ersten Lastanschluss (11) gekoppelten Halbleiterkörper (10) umfasst, wobei der Transistor (1) zudem Folgendes aufweist: - eine Halbleiter-Drift-Region (100), die im Halbleiterkörper (10) umfasst ist und Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; - einen ersten Graben (13-1), der sich entlang einer vertikalen Richtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt, wobei der erste Graben (13-1) eine erste Steuerelektrode (131-1) aufweist, die durch einen ersten Isolator (132-1) vom Halbleiterkörper (10) elektrisch isoliert ist, wobei der erste Graben (13-1) durch zwei erste Grabenseitenwände (133-1) seitlich begrenzt und durch einen ersten Grabenboden (134-1) vertikal begrenzt ist; - eine erste Source-Region (101-1), die zu einer der ersten Grabenseitenwände (133-1) seitlich angrenzend angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; - eine erste Halbleiterkanalregion (102-1), die im Halbleiterkörper (10) umfasst und zu derselben ersten Grabenseitenwand (133-1) wie die erste Source-Region (101-1) seitlich angrenzend angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterkanalregion (102-1) Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist und die erste Source-Region (101-1) von der Drift-Region (100) isoliert; und - eine Führungszone (103) mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps, die - mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist und sich von diesem ausgehend tiefer als der erste Grabenboden (134-1) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt, - von der ersten Halbleiterkanalregion (102-1) getrennt und zu der anderen der zwei ersten Grabenseitenwände (133-1) und/oder zu einer von zweiten Grabenseitenwände (133-2) eines zweiten Grabens (13-2) angrenzend angeordnet ist, - sich in einem tiefer als der erste Grabenboden (134-1) angeordneten Plateauabschnitt (1033) seitlich zur ersten Halbleiterkanalregion (102-1) erstreckt; und die - wenigstens eine Öffnung (1033a, 1033b, 1033c) aufweist, die in erster seitlicher Richtung (X) mit der ersten Halbleiterkanalregion (102-1) überlappt.
  2. Transistor (1) nach Anspruch 1, wobei die Führungszone (103) einen Kontaktabschnitt (1031), einen Stababschnitt (1032) und den Plateauabschnitt (1033) umfasst und wobei: - der Kontaktabschnitt (1031) in Kontakt mit dem ersten Lastanschluss (11) ist; - der Stababschnitt (1032) und der Kontaktabschnitt (1031) in einem vertikalen Querschnitt des Transistors (1) entlang der gesamten ersten Grabenseitenwand (133-1) und/oder der zweiten Grabenseitenwand (133-2) angrenzend angeordnet sind, wobei der Stababschnitt (1032) den Kontaktabschnitt (1031) mit dem Plateauabschnitt (1033) koppelt; und - der Plateauabschnitt (1033) unter dem ersten Grabenboden (134-1) angeordnet ist und sich seitlich zur ersten Halbleiterkanalregion (102-1) erstreckt, wobei der erste Graben (13-1) und der Plateauabschnitt (1033) einen gemeinsamen seitlichen Ausdehnungsbereich aufweisen, der zumindest 50 % der Gesamtausdehnung des ersten Grabens (13-1) entlang der ersten seitlichen Richtung (X) beträgt.
  3. Transistor (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Plateauabschnitt (1033) die wenigstens eine Öffnung (1033a, 1033b, 1033c) aufweist.
  4. Transistor (1) nach Anspruch 3, wobei der Plateauabschnitt (1033) neben der wenigstens einen Öffnung (1033a) weitere Öffnungen aufweist, die in einer zweiten seitlichen Richtung (Y) zueinander versetzt angeordnet sind.
  5. Transistor (1) nach Anspruch 4, wobei Teilabschnitte der ersten Halbleiterkanalregion (102-1) in der ersten seitlichen Richtung (X) mit dem Plateauabschnitt (1033) und nicht mit der wenigstens einen bzw. der Vielzahl von Öffnungen (1033a) überlappen.
  6. Transistor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Führungszone (103) in dem Plateauabschnitt (1033) unterhalb des ersten Grabens (13-1) eine zusammenhängende Verbindung des zweiten Leitfähigkeitstyps ausbildet, die mit mindestens der ersten Halbleiterkanalregion (102-1) und einer weiteren, in erster seitlicher Richtung (X) zur ersten Halbleiterkanalregion (102-1) versetzten Halbleiterkanalregion (102-2), in erster seitlicher Richtung (X) überlappt.
  7. Transistor (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Transistor (1) eine Vielzahl von Transistorzellen aufweist, von der jede mindestens eine Source-Region (101-1, 101-2) und mindestens eine Halbleiterkanal-Region (102-1, 102-2) aufweist, wobei die Führungszone (103) mit dem Plateauabschnitt (1033) unterhalb des ersten Grabens (13-1) eine zusammenhängende Verbindung des zweiten Leitfähigkeitstyps ausbildet, die mit den Halbleiterkanal-Regionen (102-1, 102-2) von mindestens 50% der Transistorzellen in erster seitlicher Richtung (X) überlappt.
  8. Transistor (1) nach Anspruch 7, wobei die Führungszone (103) neben der wenigstens einen Öffnung eine Vielzahl weiterer Öffnungen aufweist, wobei sämtliche Öffnungen in dem Plateauabschnitt (1033) unterhalb des ersten Grabens (13-1) angeordnet sind, und wobei sämtliche Öffnungen in seitlichen Richtungen (X, Y) an die Source-Regionen (102-1, 102-2) ausgerichtet sind.
  9. Transistor (1) nach Anspruch 7, wobei die Führungszone (103) neben der wenigstens einen Öffnung eine Vielzahl weiterer Öffnungen aufweist, wobei sämtliche Öffnungen in dem Plateauabschnitt (1033) unterhalb des ersten Grabens (13-1) angeordnet sind, und wobei sämtliche Öffnungen in seitlichen Richtungen (X, Y) nicht mit den Source-Regionen (102-1, 102-2) überlappen.
  10. Transistor (1) nach Anspruch 7, wobei die Führungszone (103) neben der wenigstens einen Öffnung eine Vielzahl weiterer Öffnungen aufweist, wobei sämtliche Öffnungen in dem Plateauabschnitt (1033) unterhalb des ersten Grabens (13-1) angeordnet sind, und wobei eine erste der Öffnungen in seitlichen Richtungen (X, Y) an eine erste Teilmenge der Source-Regionen (102-1, 102-2) ausgerichtet sind, und wobei zweite der Öffnungen mit einer zweiten Teilmenge der Source-Regionen (102-1, 102-2) nicht überlappen.
  11. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die wenigstens eine Öffnung bzw. die Vielzahl von Öffnungen (1033a, 1033b, 1033c) entweder - durch die Halbleiter-Drift-Region (100) gefüllt sind; oder - eine lokal reduzierte Dotierstoffkonzentration aufweisen, die weniger als 50 % der Dotierstoffkonzentration der restlichen Teile des Plateauabschnitts (1033) beträgt.
  12. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Plateauabschnitt (1033) abgesehen von der wenigstens einen Öffnung bzw. der Vielzahl von Öffnungen (1033a, 1033b, 1033c) eine in erster und zweiter seitlicher Richtung (X, Y) im Wesentlichen konstante Dotierstoffkonzentration aufweist.
  13. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Führungszone (103) dazu konfiguriert ist, um das elektrische Potential des ersten Lastanschlusses (11) zu seinen seitlichen Extremitäten (1033-1) und zu seiner vertikalen Extremität (1033-2) zu führen.
  14. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der erste Graben (13-1) und die Führungszone (103) unterhalb des ersten Grabenbodens (134-1) einen gemeinsamen seitlichen Ausdehnungsbereich aufweisen, der zumindest 75 % der Gesamtausdehnung des ersten Grabenbodens (134-1) entlang einer ersten seitlichen Richtung (X) beträgt.
  15. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiter umfassend den zweiten Graben (13-2), der sich entlang der vertikalen Richtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt, wobei der zweite Graben (13-2) durch zwei zweite Grabenseitenwände (133-2) seitlich begrenzt und durch einen zweiten Grabenboden (134-2) vertikal begrenzt ist, wobei ein Abstand entlang der ersten seitlichen Richtung (X) zwischen einer der ersten Grabenseitenwände (133-1) und einer der zweiten Grabenseitenwände (133-2) weniger als 100 nm beträgt.
  16. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Führungszone (103) in dem tiefer als der erste Grabenboden (134-1) angeordneten Plateauabschnitt (1033) entweder mit dem ersten Graben (13-1) in Kontakt oder entlang der vertikalen Richtung (Z) vom ersten Grabenboden (134-1) räumlich versetzt angeordnet ist.
  17. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Drift-Region (100) die Führungszone (103) von der ersten Kanalregion (102-1) trennt.
  18. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei eine Dicke der Führungszone (103) in dem tiefer als der erste Grabenboden (134-1) angeordneten Plateauabschnitt (1033) weniger als 1000 nm entlang der vertikalen Richtung (Z) beträgt.
  19. Transistor (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Führungszone (103) eine zusammenhängende Halbleiterzone ist.
  20. Leistungshalbleitertransistor (1), der einen mit einem ersten Lastanschluss (11) gekoppelten Halbleiterkörper (10) umfasst, wobei der Transistor (1) zudem Folgendes aufweist: - eine Halbleiter-Drift-Region (100), die im Halbleiterkörper (10) umfasst ist und Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist; - einen ersten Graben (13-1), der sich entlang einer vertikalen Richtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstreckt, wobei der erste Graben (13-1) eine erste Steuerelektrode (131-1) aufweist, die durch einen ersten Isolator (132-1) vom Halbleiterkörper (10) elektrisch isoliert ist, wobei der erste Graben (13-1) durch zwei erste Grabenseitenwände (133-1) seitlich begrenzt und durch einen ersten Grabenboden (134-1) vertikal begrenzt ist; - einen zweiten Graben (13-2), wobei der zweite Graben (13-2) durch zwei zweite Grabenseitenwände (133-2) seitlich begrenzt und durch einen zweiten Grabenboden (134-2) vertikal begrenzt ist; - eine Mesa-Region zwischen dem ersten Graben (13-1) und dem zweiten Graben (13-2), wobei die Mesa-Region umfasst: - eine erste Source-Region (101-1), die zu einer der ersten Grabenseitenwände (133-1) seitlich angrenzend angeordnet und mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist; - eine erste Halbleiterkanalregion (102-1), die zu derselben ersten Grabenseitenwand (133-1) wie die erste Source-Region (101-1) seitlich angrenzend angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterkanalregion (102-1) Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist und die erste Source-Region (101-1) von der Drift-Region (100) isoliert; und - einen Plateauabschnitt (1033) einer zusammenhängenden Führungszone (103) mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei der Plateauabschnitt (1033) - sich unterhalb sowohl des ersten als auch des zweiten Grabenbodens (134-1, 134-2) erstreckt und tiefer als die erste Halbleiterkanalregion (102-1) angeordnet ist, - wenigstens eine Öffnung (1033a, 1033b, 1033c) aufweist, die in erster seitlicher Richtung (X) mit der ersten Source-Region (101-1) überlappt
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