DE102015102569A1 - Halbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Ein hier offenbartes Halbleiterbauelement (10) ist versehen mit: einer Source-Elektrode (70); einer Gate-Elektrode (80); einer Drain-Elektrode (90); einem ersten Gebiet (20) einer ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an einer Oberseite des Halbleitersubstrats (11) freiliegt; einem zweiten Gebiet (30) einer zweiten Leitfähigkeitsart; einem dritten Gebiet (40) der ersten Leitfähigkeitsart; und einem vierten Gebiet (50) der ersten Leitfähigkeitsart. Das vierte Gebiet (50) umfasst: ein erstes Drift-Gebiet (52), das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt; ein zweites Drift-Gebiet (54), das eine Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart hat, die höher als die des ersten Drift-Gebiets (52) ist, und das an das erste Drift-Gebiet (52) angrenzt; und ein Drift-Gebiet geringer Konzentration (58), das eine Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart hat, die geringer als die des ersten Drift-Gebiets (52) ist. Das erste Drift-Gebiet (52) steht weiter zu einer Seite des zweiten Gebiets (30) vor als das zweite Drift-Gebiet (54).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die JP 2012-209459 A offenbart zum Beispiel ein Halbleiterbauelement mit horizontalem MISFET (MISFET, dt. Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor). Dieses Halbleiterbauelement umfasst ein n-leitendes Drift-Gebiet, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an einer Oberseite eines Halbleitersubstrats freiliegt, und das auf Seiten einer Oberseite eines n-leitenden Aktivgebiets eine geringere n-Verunreinigungskonzentration als das n-leitende Aktivgebiet hat. Dementsprechend wird ein Stromfluss unterdrückt, der sich zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs in einem Oberseitengebiet des Halbleitersubstrats konzentriert.
  • Allerdings zeigt der Stromfluss in dem Halbleiterbauelement der JP 2012-209459 A die Tendenz, sich zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs in der Umgebung der Oberseite des n-leitenden Aktivgebiets zu konzentrieren. Durch den Stromfluss, der sich in der Umgebung der Oberseite des n-leitenden Aktivgebiets konzentriert, kommt es leicht zu einem lokalen Aufheizen des Halbleiterbauelements.
  • Die Erfindung sieht ein Halbleiterbauelement vor, das dazu imstande ist, das lokale Aufheizen zu unterdrücken.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Eine erste Ausgestaltung einer hier beschriebenen Technik ist ein Halbleiterbauelement. Das Halbleiterbauelement umfasst: eine Source-Elektrode (Source, dt. Quelle); eine Gate-Elektrode (Gate, dt. Steuerelektrode); eine Drain-Elektrode (Drain, dt. Abfluss); ein Halbleitersubstrat; ein erstes Gebiet einer ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an einer Oberseite des Halbleitersubstrats freiliegt, und das mit der Source-Elektrode Kontakt eingeht; ein zweites Gebiet einer zweiten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt, das an das erste Gebiet angrenzt, und das der Gate-Elektrode über eine Gate-Isolierschicht zugewandt ist; ein drittes Gebiet der ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt, und das mit der Drain-Elektrode Kontakt eingeht; und ein viertes Gebiet der ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt, das zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet ausgebildet ist und das Folgendes umfasst: ein erstes Drift-Gebiet, das zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt; ein zweites Drift-Gebiet, das eine Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart hat, die höher als die des ersten Drift-Gebiets ist, und das an das erste Drift-Gebiet angrenzt, das zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet positioniert ist; und ein Drift-Gebiet geringer Konzentration, das eine Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart hat, die geringer als die des ersten Drift-Gebiets ist, und das zwischen dem zweiten Gebiet und dem zweiten Drift-Gebiet ausgebildet ist, wobei das erste Drift-Gebiet und das zweite Drift-Gebiet beide an das dritte Gebiet angrenzen und das erste Drift-Gebiet weiter als das zweite Drift-Gebiet zu einer Seite des zweiten Gebiets vorsteht.
  • Mit der obigen Ausgestaltung kann ein lokales Erhitzen unterdrückt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterbauelements des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 2 zeigt schematisch den Zustand zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements des ersten Ausführungsbeispiels;
  • 3 ist eine Kurve, die schematisch eine Verteilung des Mittelwerts der Dotierstoffmenge zeigt, und eine Kurve, die schematisch eine elektrische Feldstärke im ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • 4 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Halbleiterbauelements des zweiten Ausführungsbeispiels;
  • 5 zeigt eine Querschnittansicht V-V des Halbleiterbauelements in 4;
  • 6 zeigt eine Querschnittansicht VI-VI des Halbleiterbauelements in 4;
  • 7 zeigt eine Querschnittansicht VII-VII des Halbleiterbauelements in 4; und
  • 8 zeigt schematisch den Zustand zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements in 4.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • - Erstes Ausführungsbeispiel -
  • Wie in 1 gezeigt ist, hat ein Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels ein Halbleitersubstrat 11, das hauptsächlich aus Si ausgebildet ist. Das Halbleitersubstrat 11 hat eine Rückseitenschicht 12, eine eingebettete Isolierschicht 14, die auf Seiten einer Oberseite (einer oberen Seite in 1) der Rückseitenschicht 12 ausgebildet ist, und eine Halbleiterschicht 16, die auf Seiten einer Oberseite der eingebetteten Isolierschicht 14 ausgebildet ist. Die Oberseite des Halbleitersubstrats 11 ist mit einer Gate-Isolierschicht 60, einer LOCOS-Oxidschicht 62 (LOCOS, dt. lokale Oxidation von Silizium), einer Source-Elektrode 70, einer Gate-Elektrode 80, einer Drain-Elektrode 90, einer Metallverdrahtung (nicht gezeigt) und dergleichen versehen. Das Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels ist ein horizontaler n-Kanal-MOSFET (MOSFET, dt. Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor).
  • In der Halbleiterschicht 16 sind ein n-leitendes Source-Gebiet 20, ein p-leitendes Body-Gebiet 30 (Body, dt. Körper), ein n-leitendes Drain-Gebiet 40 und ein n-leitendes Drift-Gebiet 50 vorgesehen. Das Source-Gebiet 20, das Body-Gebiet 30, das Drain-Gebiet 40 und das Drift-Gebiet 50 sind in einem Bereich ausgebildet, der an einer Oberseite der Halbleiterschicht 16 freiliegt. Das Drift-Gebiet 50 ist zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem Drain-Gebiet 40 vorgesehen.
  • Das Source-Gebiet 20 ist in einem Gebiet ausgebildet, das an einer Oberseite der Halbleiterschicht 16 freiliegt. Das Source-Gebiet 20 hat eine höhere n-Verunreinigungskonzentration als das Drift-Gebiet 50. Die Oberseite des Source-Gebiets 20 geht mit der Source-Elektrode 70 Kontakt ein.
  • Das Body-Gebiet 30 hat ein Gebiet hoher Konzentration 34, das eine hohe p-Verunreinigungskonzentration hat, und ein Gebiet geringer Konzentration 32, das eine geringere p-Verunreinigungskonzentration als das Gebiet hoher Konzentration 34 hat. Das Body-Gebiet 30 grenzt an das Source-Gebiet 20 an. Das Body-Gebiet 30 ist bis zu einer Tiefe ausgebildet, die eine Oberseite der eingebetteten Isolierschicht 14 erreicht. Das Body-Gebiet 30 ist der Gate-Elektrode 80 über die Gate-Isolierschicht 60 zugewandt. Das Body-Gebiet 30 geht mit der Source-Elektrode 70 Kontakt ein.
  • Das Drift-Gebiet 50 grenzt an das Body-Gebiet 30 und das Drain-Gebiet 40 an. Das Drift-Gebiet 50 ist durch das Body-Gebiet 30 vom Source-Gebiet 20 getrennt. Das Drift-Gebiet 50 hat ein erstes Drift-Gebiet 52, ein zweites Drift-Gebiet 54, ein drittes Drift-Gebiet 56 und ein Drift-Gebiet geringer Konzentration 58. Ein Zusammenhang zwischen einer n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 52, einer n-Verunreinigungskonzentration N2 in dem zweiten Drift-Gebiet 54, einer n-Verunreinigungskonzentration N3 in dem dritten Drift-Gebiet 56 und einer n-Verunreinigungskonzentration N4 in dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 58 ist N4 < N1 < N2 < N3.
  • Das erste Drift-Gebiet 52 ist in einem Bereich ausgebildet, der zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem Drain-Gebiet 40 an einer Oberseite der Halbleiterschicht 16 freiliegt. Das erste Drift-Gebiet 52 grenzt an das Drain-Gebiet 40 an. Das erste Drift-Gebiet 52 steht weiter zur Seite des Body-Gebiets 30 als das zweite Drift-Gebiet 52 vor. Das erste Drift-Gebiet 52 grenzt an das Body-Gebiet 30 an.
  • Das zweite Drift-Gebiet 54 ist unterhalb des ersten Drift-Gebiets 52 vorgesehen und grenzt an das erste Drift-Gebiet 52 an. In diesem Fall bedeutet "unterhalb" eine Seite fern von der Oberseite des Halbleitersubstrats 11. Das gleiche gilt nachstehend in der Beschreibung. Das zweite Drift-Gebiet 54 grenzt auch an das Drain-Gebiet 40 an. Das zweite Drift-Gebiet 54 steht weiter zu einer Seite des Body-Gebiets 30 als das dritte Drift-Gebiet 56 vor. Dabei ist zu beachten, dass sich das zweite Drift-Gebiet 54 mit dem Body-Gebiet 30 nicht in Kontakt befindet.
  • Das dritte Drift-Gebiet 56 ist unterhalb des zweiten Drift-Gebiets 54 vorgesehen und grenzt an das zweite Drift-Gebiet 54 an. Das dritte Drift-Gebiet 56 grenzt auch an das Drain-Gebiet 40 an. Das dritte Drift-Gebiet 56 befindet sich mit dem Body-Gebiet 30 ebenfalls nicht in Kontakt.
  • Das Drift-Gebiet geringer Konzentration 58 ist zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem zweiten Drift-Gebiet 54 und zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem dritten Drift-Gebiet 56 ausgebildet.
  • Das Drain-Gebiet 40 hat ein Gebiet hoher Konzentration 44, das eine hohe n-Verunreinigungskonzentration hat, und ein Gebiet geringer Konzentration 42, das eine geringere n-Verunreinigungskonzentration als das Gebiet hoher Konzentration 44 hat. Das Drain-Gebiet 40 ist bis in eine Tiefe ausgebildet, die an eine Oberseite der eingebetteten Isolierschicht 14 angrenzt. Das Drain-Gebiet 40 grenzt an das Drift-Gebiet 50 an. Die Oberseite des Drain-Gebiets 40 geht mit der Drain-Elektrode 90 Kontakt ein.
  • In diesem Ausführungsbeispiel grenzen das erste Drift-Gebiet 52, das zweite Drift-Gebiet 54 und das dritte Drift-Gebiet 56 an das Gebiet geringer Konzentration 42 des Drain-Gebiets 40 an. Das Gebiet geringer Konzentration 42 hat eine höhere n-Verunreinigungskonzentration als das erste Drift-Gebiet 52, das zweite Drift-Gebiet 54 und das dritte Drift-Gebiet 56. Dabei ist zu beachten, dass das Gebiet geringer Konzentration 42 auch eine geringere n-Verunreinigungskonzentration als ein beliebiges oder sämtliche des ersten Drift-Gebiets 52, des zweiten Drift-Gebiets 54 und des dritten Drift-Gebiets 56 haben kann.
  • Wie in 1 gezeigt ist, ist die Gate-Isolierschicht 60 über einer Gesamt-heit der Oberseite des Body-Gebiets 30 und der Oberseite eines Teils des Drift-Gebiets 50 ausgebildet. Die LOCOS-Oxidschicht 62 ist auf einer Oberseite des anderen Teils des Drift-Gebiets 50 ausgebildet, in dem die Gate-Isolierschicht 60 nicht ausgebildet ist. Die Gate-Elektrode 80 ist über einer Gesamtheit der Oberseite der Gate-Isolierschicht 60 und der Oberseite eines Teils der LOCOS-Oxidschicht 62 ausgebildet. Wie oben beschrieben wurde, ist die Gate-Elektrode 80 über die Gate-Isolierschicht 60 einem Gebiet des Body-Gebiets 30 zwischen dem Source-Gebiet 20 und dem ersten Drift-Gebiet 52 zugewandt.
  • Als Nächstes wird unten eine Arbeitsweise des Halbleiterbauelements 10 dieses Ausführungsbeispiels beschrieben. Zwischen der Source-Elektrode 70 und der Drain-Elektrode 90 wird eine Spannung (d. h. eine Durchlassspannung für das Halbleiterbauelement 10) aufgebracht, sodass die Drain-Elektrode 90 eine positive Elektrode sein kann, und auf die Gate-Elektrode 80 wird ein vorbestimmtes elektrisches Einschaltpotential aufgebracht, sodass das Halbleiterbauelement 10 eingeschaltet wird. Das heißt, dass zwischen dem Source-Gebiet 20 und dem Drift-Gebiet 50 in der Umgebung der Oberseite des Body-Gebiets 30 ein (nicht gezeigter) n-leitender Kanal ausgebildet wird und sich Träger (Elektronen) vom Source-Gebiet 20 über den Kanal zu dem Drift-Gebiet 50 und dem Drain-Gebiet 40 bewegen. Dementsprechend fließt von der Drain-Elektrode 90 zur Source-Elektrode 70 ein Strom.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird ausführlich eine Aktion von Elektronen zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements 10 beschrieben. Die Elektronen, die durch den Kanal gegangen sind, werden in das erste Drift-Gebiet 52 eingeführt. Wie oben beschrieben wurde, ist das erste Drift-Gebiet 52 in einem Bereich zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem Drain-Gebiet 40 ausgebildet, der an einer Oberseite der Halbleiterschicht 16 freiliegt. Mit anderen Worten ist das erste Drift-Gebiet 52 an einer Stelle nahe dem Kanal ausgebildet, der in dem Body-Gebiet 30 ausgebildet ist. Das erste Drift-Gebiet 52 grenzt an das Body-Gebiet 30 an. Die n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 52 ist höher als die n-Verunreinigungskonzentration N4 in dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 58. In dem ersten Drift-Gebiet 52, das verglichen mit dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 58, das eine geringe n-Verunreinigungskonzentration hat, eine hohe n-Verunreinigungskonzentration hat, fließen die Elektronen leicht (d. h. ihr Widerstand ist gering). Daher werden die meisten Elektronen, die durch den n-leitenden Kanal gegangen sind, nicht in das Drift-Gebiet geringer Konzentration 58, sondern in das erste Drift-Gebiet 52 eingeführt.
  • Einige der in das erste Drift-Gebiet 52 eingeführten Elektronen gehen durch das erste Drift-Gebiet 52 und werden in das Drain-Gebiet 40 eingeführt. Andererseits werden die in das erste Drift-Gebiet 52 eingeführten Elektronen teilweise in das zweite Drift-Gebiet 54 eingeführt, das an das erste Drift-Gebiet 52 angrenzt. Wie oben beschrieben wurde, ist die n-Verunreinigungskonzentration N2 in dem zweiten Drift-Gebiet 54 höher als die n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 52. Daher fließen die Elektronen in dem zweiten Drift-Gebiet 54 verglichen mit dem ersten Drift-Gebiet 52 leicht (d. h. ihr Widerstand ist gering). Somit werden die anderen Elektronen, die in das erste Drift-Gebiet 52 eingeführt wurden, in das zweite Drift-Gebiet 54 eingeführt.
  • Entsprechend gehen einige der in das zweite Drift-Gebiet 54 eingeführten Elektronen durch das zweite Drift-Gebiet 54 hindurch und werden in das Drain-Gebiet 40 eingeführt. Die anderen Elektronen, die in das zweite Drift-Gebiet 54 eingeführt wurden, werden in das dritte Drift-Gebiet 56 eingeführt, das an das zweite Drift-Gebiet 54 angrenzt. Die in das dritte Drift-Gebiet 56 eingeführten Elektronen gehen durch das dritte Drift-Gebiet 56 hindurch und werden in das Drain-Gebiet 40 eingeführt.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden in dem Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels Elektronen, die zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs durch den n-leitenden Kanal hindurchgegangen sind, in dem ersten Drift-Gebiet 52, dem zweiten Drift-Gebiet 54 und dem dritten Drift-Gebiet 56 verteilt und in das Drain-Gebiet 40 eingeführt. Dementsprechend ist die Konzentration eines elektrischen Felds an der Grenzfläche zwischen dem Drift-Gebiet 50 und dem Drain-Gebiet 40 entspannt. Darüber hinaus wird ein Weg, durch den ein Strom zum Zeitpunkt des Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements 10 fließt, in einen oberen Weg und einen unteren Weg, d. h. in einer Vertikalrichtung, verteilt. Somit kann ein lokales Erhitzen des Halbleiterbauelements 10 unterdrückt werden.
  • Die Kurve 104 von 3 zeigt schematisch eine Verteilung des Mittelwerts der Dotierstoffmenge in der Halbleiterschicht 16 zwischen dem Source-Gebiet 20 und dem Drain-Gebiet 40 in der Tiefenrichtung. Die Kurve 100 von 3 zeigt schematisch eine elektrische Feldstärke zwischen der Halbleiterschicht 16 zwischen dem Source-Gebiet 20 und dem Drain-Gebiet 40, wenn das Halbleiterbauelement 10 ausgeschaltet ist. Wie oben beschrieben wurde, sind das zweite Drift-Gebiet 54 und das dritte Drift-Gebiet 56, die n-Verunreinigungskonzentrationen haben, so in dem Drift-Gebiet 50 angeordnet, dass sie nahe an der Seite des Drain-Gebiets 40 liegen. Wie in der Kurve 104 gezeigt ist, zeigt das Drift-Gebiet 50 daher allmählich größere Mittelwerte der Dotierstoffmenge in der Tiefenrichtung, wenn sich das Gebiet näher auf der Seite des Drain-Gebiets 40 befindet. Da der Mittelwert der Dotierstoffmenge wie oben beschrieben verteilt ist, ist das elektrische Feld in der Halbleiterschicht 16 verteilt, wie in der Kurve 100 gezeigt ist, wenn das Halbleiterbauelement 10 ausgeschaltet ist.
  • Die Kurve 102 von 3 zeigt schematisch eine elektrische Feldstärke der Halbleiterschicht 16 zwischen dem Source-Gebiet 20 und dem Drain-Gebiet 40, wenn das Halbleiterbauelement 10 eines Vergleichsbeispiels ausgeschaltet ist. In dem Halbleiterbauelement des Vergleichsbeispiels ist der Mittelwert der n-Verunreinigungskonzentration (Dotierstoffmenge) in dem Drift-Gebiet 50 in der Tiefenrichtung konstant. In dem Fall, dass der Mittelwert der Dotierstoffmenge wie oben beschrieben verteilt ist, ist das elektrische Feld verteilt, wie in der Kurve 102 gezeigt ist, wenn das Halbleiterbauelement ausgeschaltet ist.
  • Wie der Vergleich der Kurve 100 und der Kurve 102 bescheinigt, konzentriert sich das elektrische Feld in dem Halbleiterbauelement des Vergleichsbeispiels verglichen mit dem Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels leicht im Grenzgebiet zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem Drift-Gebiet 50. Das heißt, dass in dem Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels die Konzentration des elektrischen Felds in der Halbleiterschicht 16 unterdrückt wird. Dies liegt daran, dass, wie in der Kurve 104 gezeigt ist, die Dotierstoffmenge in dem Drift-Gebiet 50 allmählich zunimmt, wenn das Gebiet näher auf der Seite des Drain-Gebiets 40 liegt. Daher ist in dem Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels die Stehspannung hoch.
  • Darüber hinaus grenzt in dem Halbleiterbauelement 10 dieses Ausführungsbeispiels das erste Drift-Gebiet 52 an das Body-Gebiet 30 an. Daher ist verglichen mit dem Fall, in dem das erste Drift-Gebiet 52 nicht an das Body-Gebiet 30 angrenzt, ein Widerstand, bis die Träger nach dem Durchgang durch den Kanal in das erste Drift-Gebiet 52 eingeführt werden, gering. Daher ist ein Verlust zum Zeitpunkt des Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements 10 gering.
  • In dem oben genannten Beispiel beträgt die n-Verunreinigungskonzentration N4 in dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 58 zum Beispiel weniger als 1 × 1015 Atome/cm3. Die n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 52 beträgt zum Beispiel 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr und weniger als 1 × 1016 Atome/cm3. Die n-Verunreinigungskonzentration N2 in dem zweiten Drift-Gebiet 54 beträgt zum Beispiel 1 × 1016 Atome/cm3 oder mehr und weniger als 1 × 1017 Atome/cm3. Die n-Verunreinigungskonzentration N3 in dem dritten Drift-Bereich 56 beträgt zum Beispiel 1 × 1017 Atome/cm3 oder mehr.
  • Der Aufbau und die Arbeitsweise des Bauelements 10 dieses Ausführungsbeispiels sind oben beschrieben. Das Source-Gebiet 20 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Beispiel eines "ersten Bereichs". Das Body-Gebiet 30 ist ein Beispiel eines "zweiten Bereichs". Der Drain-Bereich 40 ist ein Beispiel eines "dritten Bereichs". Der Drift-Bereich 50 ist ein Beispiel eines "vierten Bereichs".
  • - Zweites Ausführungsbeispiel -
  • Unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 wird unten beruhend auf den Unterschieden zum ersten Ausführungsbeispiel ein Halbleiterbauelement 200 des zweiten Ausführungsbeispiels beschreiben. Die Gestaltung des Halbleiterbauelements 200 dieses Ausführungsbeispiels ist im Wesentlichen identisch zu der des Bauelements im ersten Ausführungsbeispiel. Dabei ist zu beachten, dass der Aufbau eines Drift-Gebiets 250 in dem Halbleiterbauelement 200 dieses Ausführungsbeispiels vom ersten Ausführungsbeispiel verschieden ist.
  • Wie in 4 gezeigt ist, hat das Drift-Gebiet 250 dieses Ausführungsbeispiels auch ein erstes Drift-Gebiet 252, zweite Drift-Gebiete 254a und 254b, dritte Drift-Gebiete 256a und 256b und ein Drift-Gebiet geringer Konzentration 258. In diesem Ausführungsbeispiel beträgt ein Zusammenhang zwischen einer n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 252, einer n-Verunreinigungskonzentration N2 in den zweiten Drift-Gebieten 254a und 254b, einer n-Verunreinigungskonzentration N3 in den dritten Drift-Gebieten 256a und 256b und eine n-Verunreinigungskonzentration N4 in dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 258 ebenfalls N4 < N1 < N2 < N3. Dabei ist zu beachten, dass sich dieses Ausführungsbeispiel von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass, wie in den 4 bis 7 gezeigt ist, auf beiden Seiten des ersten Drift-Gebiets 252 die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b vorgesehen sind, auf einer Seite des zweiten Drift-Gebiets 254a das dritte Drift-Gebiet 256b vorgesehen ist und auf einer Seite des zweiten Drift-Gebiets 254b das dritte Drift-Gebiet 256b vorgesehen ist. Die "Seite" meint die horizontale Seite auf einer Ebene, die zur Oberseite des Halbleitersubstrats 11 parallel ist. Das Gleiche gilt in der folgenden Beschreibung. In 4 sind die Darstellungen einer Gate-Isolierschicht, einer LOCOS-Oxidschicht, verschiedener Elektroden und dergleichen weggelassen.
  • Wie in den 4 und 5 gezeigt ist, ist das erste Drift-Gebiet 252 in einem Bereich ausgebildet, der zwischen einem Body-Gebiet 30 und einem Drain-Gebiet 40 auf der Oberseite der Halbleiterschicht 16 freiliegt. Das erste Drift-Gebiet 252 grenzt an das Drain-Gebiet 40 an. Das erste Drift-Gebiet 252 steht weiter als das zweite Drift-Gebiet 252 zur Seite des Body-Gebiets 30 vor. Das erste Drift-Gebiet 252 grenzt an das Body-Gebiet 30 an.
  • Wie in 4 gezeigt ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel auf einer Seite des ersten Drift-Gebiets 252 das zweite Drift-Gebiet 254a und auf der anderen Seite das zweite Drift-Gebiet 254b vorgesehen. Die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b grenzen an das erste Drift-Gebiet 252 an. Wie in den 4 und 6 gezeigt ist, grenzen die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b auch an das Drain-Gebiet 40 an. Die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b stehen weiter als die dritten Drift-Gebiete 256a und 256b zur Seite des Body-Gebiets 30 vor. Dabei ist zu beachten, dass die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b nicht an das Body-Gebiet 30 angrenzen.
  • Wie in 4 gezeigt ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel das dritte Drift-Gebiet 256a auf einer Seite entgegengesetzt zu einer Seite des zweiten Drift-Gebiets 254a vorgesehen, die mit dem ersten Drift-Gebiet 252 Kontakt eingeht. Entsprechend ist das dritte Drift-Gebiet 256b auf einer Seite entgegengesetzt zu einer Seite des zweiten Drift-Gebiets 254b vorgesehen, die mit dem ersten Drift-Gebiet 252 Kontakt eingeht. Die dritten Drift-Gebiete 256a und 256b grenzen jeweils an die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b an. Wie in den 4 und 7 gezeigt ist, grenzen die dritten Drift-Gebiete 256a und 256b auch an das Drain-Gebiet 40 an. Das dritte Drift-Gebiet 56 befindet sich mit dem Body-Gebiet 30 ebenfalls nicht in Kontakt.
  • Auch in diesem Ausführungsbeispiel hat das Drift-Gebiet geringer Konzentration 258 eine geringere n-Verunreinigungskonzentration als das erste Drift-Gebiet 252. Das Drift-Gebiet geringer Konzentration 258 ist zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem Drain-Gebiet 40 ausgebildet.
  • Die Bewegung von Elektronen zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements 200 dieses Ausführungsbeispiels wird unten ausführlich unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden die Elektronen, die durch den n-leitenden Kanal gegangen sind, in das erste Drift-Gebiet 252 eingeführt. Wie oben beschrieben wurde, ist das erste Drift-Gebiet 252 in einem Bereich ausgebildet, der an der Oberseite der Halbleiterschicht 16 zwischen dem Body-Gebiet 30 und dem Drain-Gebiet 40 ausgebildet ist (siehe 5). Das heißt, das erste Drift-Gebiet 252 ist an einer Stelle nahe an dem in dem Body-Gebiet 30 ausgebildeten Kanal ausgebildet. Das erste Drift-Gebiet 252 grenzt an das Body-Gebiet 30 an. Die n-Verunreinigungskonzentration N1 des ersten Drift-Gebiets 252 ist höher als die n-Verunreinigungskonzentration N4 des Drift-Gebiets geringer Konzentration 258. Daher fließen die Elektronen in dem ersten Drift-Gebiet 252 verglichen mit dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 258 leicht (d. h. der Widerstand ist gering). Somit werden die meisten der durch den Kanal gegangenen Elektronen nicht in das Drift-Gebiet geringer Konzentration 258, sondern in das erste Drift-Gebiet 252 eingeführt.
  • Einige der in das erste Drift-Gebiet 252 eingeführten Elektronen gehen durch das erste Drift-Gebiet 252 hindurch und werden in das Drain-Gebiet 40 eingeführt. Andererseits werden die anderen Elektronen, die in das erste Drift-Gebiet 252 eingeführt wurden, in die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b eingeführt, die an das erste Drift-Gebiet 252 angrenzen. Wie oben beschrieben wurde, ist die n-Verunreinigungskonzentration N2 in den zweiten Drift-Gebieten 254a und 254b höher als die n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 252. Daher fließen die Elektronen in den zweiten Drift-Gebieten 254a und 254b verglichen mit dem ersten Drift-Gebiet 252 leicht. Daher werden die anderen Elektronen, die in das erste Drift-Gebiet 252 eingeführt wurden, in die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b eingeführt.
  • Auf ähnliche Weise gehen einige der in die zweiten Drift-Bereiche 254a und 254b eingeführten Elektronen durch die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b hindurch und werden in das Drain-Gebiet 40 eingeführt. Die anderen Elektronen, die in die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b eingeführt wurden, werden in die dritten Drift-Gebiete 256a und 256b eingeführt, die an die zweiten Drift-Gebiete 254a und 254b angrenzen. Die Elektronen, die in die dritten Drift-Gebiete 256a und 256b eingeführt wurden, gehen durch die dritten Drift-Gebiete 256a und 256b hindurch und werden in das Drain-Gebiet 40 eingeführt.
  • Wie oben beschrieben wurde, werden in dem Halbleiterbauelement 200 dieses Ausführungsbeispiels die Elektronen, die beim Einschaltvorgang durch den Kanal gegangen sind, in dem ersten Drift-Gebiet 252, den zweiten Drift-Gebieten 254a und 254b und den dritten Drift-Gebieten 256a und 256b verteilt und bewegen sich in die Richtung der Drain-Elektrode 90. Dementsprechend wird ein Weg, durch den zum Zeitpunkt des Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements 200 ein Strom fließt, in der Horizontalrichtung verteilt, und ein lokales Erhitzen des Halbleiterbauelements 200 kann unterdrückt werden.
  • In den oben genannten Beispielen beträgt die n-Verunreinigungskonzentration N4 in dem Drift-Gebiet geringer Konzentration 258 zum Beispiel weniger als 1 × 1015 Atome/cm3. Die n-Verunreinigungskonzentration N1 in dem ersten Drift-Gebiet 252 beträgt zum Beispiel 1 × 1015 Atome/cm3 oder mehr und weniger als 1 × 1016 Atome/cm3. Die n-Verunreinigungskonzentration N2 in den zweiten Drift-Gebieten 254a und 254b beträgt zum Beispiel 1 × 1016 Atome/cm3 oder mehr und weniger als 1 × 1017 Atome/cm3. Die n-Verunreinigungskonzentration N3 in den dritten Drift-Gebieten 256a und 256b beträgt zum Beispiel 1 × 1017 Atome/cm3 oder mehr.
  • Es sind oben zwar bestimmte Beispiele der in dieser Beschreibung offenbarten Technologie beschrieben worden, doch sind diese Beispiele lediglich darstellend und stellen keine Beschränkung des Schutzumfangs der Patentansprüche dar. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technologie umfasst auch verschiedene Änderungen und Abwandlungen der oben beschriebenen Beispiele. Zum Beispiel können die folgenden Abwandlungen vorgenommen werden.
  • - Abwandlung 1 -
  • Die ersten Drift-Gebiete 52 und 252 grenzen zwar in jedem der obigen Ausführungsbeispiele an das Body-Gebiet 30 an, doch sind sie nicht darauf beschränkt. Die ersten Drift-Gebiete 52 und 252 können an das Body-Gebiet 30 auch nicht angrenzen, solange sie weiter zur Seite des Body-Gebiets 30 vorstehen als die zweiten Drift-Gebiete 54, 254a und 254b. Das heißt, die Drift-Gebiete geringer Konzentration 58 und 258 können zwischen dem ersten Drift-Gebiet 52 oder 252 und dem Body-Gebiet 30 teilweise vorhanden sein. In diesem Fall werden die meisten Elektronen, die zum Zeitpunkt des Einschaltvorgangs der Halbleiterbauelemente 10 und 200 durch den Kanal gegangen sind, in die Drift-Gebiete geringer Konzentration 58 und 258 eingeführt, die sich in der Umgebung der Oberseite der Halbleiterschicht 16 befinden, und sie werden dann in die ersten Drift-Gebiete 52 und 252 eingeführt.
  • - Abwandlung 2 -
  • In jedem der obigen Ausführungsbeispiele haben die Drift-Gebiete 50 und 250 die ersten Drift-Gebiete 52 und 252, die zweiten Drift-Gebiete 54, 254a und 254b und die dritten Drift-Gebiete 56, 256a und 256b, die unterschiedliche n-Verunreinigungskonzentrationen haben. Allerdings ist die Anzahl an Gebieten, die unterschiedliche n-Verunreinigungskonzentrationen haben und in den Drift-Gebieten 50 und 250 vorgesehen sind, nicht auf drei beschränkt und sie kann jede beliebige Anzahl sein, solange die Anzahl zwei oder mehr beträgt. Im Allgemeinen kann ein viertes Gebiet der ersten Leitfähigkeitsart in einem Bereich ausgebildet werden, der an der Oberseite freiliegt, es kann zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet ausgebildet werden, und es kann ein erstes Drift-Gebiet und ein zweites Drift-Gebiet und ein Drift-Gebiet geringer Konzentration umfassen. Das erste Drift-Gebiet kann in einem Bereich ausgebildet werden, der zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet an der Oberseite freiliegt. Das zweite Drift-Gebiet, das eine höhere Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart als das erste Drift-Gebiet hat, kann an das erste Drift-Gebiet angrenzen, das zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet positioniert ist. Das Drift-Gebiet geringer Konzentration, das eine geringere Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart als das erste Drift-Gebiet hat, kann zwischen dem zweiten Gebiet und dem zweiten Drift-Gebiet ausgebildet sein. Das erste Drift-Gebiet und das zweite Drift-Gebiet können beide an das dritte Gebiet angrenzen. Das erste Drift-Gebiet kann weiter als das zweite Drift-Gebiet zu einer Seite des zweiten Gebiets vorstehen.
  • - Abwandlung 3 -
  • Die Halbleiterbauelemente 10 und 200 werden in jedem der Beispiele zwar als Beispiele eines horizontalen n-Kanal-MOSFETS beschrieben, doch sind die Halbleiterbauelemente nicht auf den horizontalen n-Kanal-MOSFET beschränkt und können ein horizontaler p-Kanal-MOSFET sein. Auch im Fall des p-Kanal-MOSFET kann die Technologie der obigen Beispiele eingesetzt werden. Es werden einige der hier offenbarten Merkmale beschrieben. Das zweite Drift-Gebiet kann von der Oberseite des Halbleitersubstrats aus auf einer ferneren Seite als das erste Drift-Gebiet ausgebildet sein. Bei dieser Gestaltung kann ein Weg, durch den zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements ein Strom fließt, in einer Vertikalrichtung verteilt werden. Bei der obigen Ausgestaltung kann das zweite Drift-Gebiet in einer Ebene, die zur Oberseite des Halbleitersubstrats parallel ist, auf einer horizontalen Seite des ersten Drift-Gebiets ausgebildet sein. Bei dieser Gestaltung kann ein Weg, durch den zum Zeitpunkt eines Einschaltvorgangs des Halbleiterbauelements ein Strom fließt, in einer Horizontalrichtung verteilt werden.
  • Bei der obigen Gestaltung kann das erste Drift-Gebiet an das zweite Gebiet angrenzen. Bei dieser Gestaltung ist ein Widerstand, bis die Träger nach dem Durchgang durch den Kanal in das erste Drift-Gebiet eingeführt werden, gering. Dementsprechend kann ein Verlust des Halbleiterbauelements verringert werden.
  • Oben sind zwar ausführlich bestimmte Beispiele der Erfindung beschrieben worden, doch diese Beispiele sind lediglich darstellend und stellen keine Beschränkung des Schutzumfangs der Patentansprüche dar. Die in den Patentansprüchen beschriebene Technologie umfasst auch verschiedene Änderungen und Abwandlungen der oben beschriebenen bestimmten Beispiele. Die in der Beschreibung oder den Zeichnungen erläuterten technischen Elemente ergeben entweder unabhängig oder durch verschiedene Kombinationen technischen Nutzen. Die Erfindung ist nicht auf die Kombinationen beschränkt, die zu dem Zeitpunkt beschrieben wurden, als die Ansprüche eingereicht wurden. Außerdem ist der Zweck der in der Beschreibung oder den Zeichnungen dargestellten Beispiele der, mehrere Ziele gleichzeitig zu erfüllen, und das Erfüllen eines dieser Ziele verleiht der Erfindung technischen Nutzen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2012-209459 A [0002, 0003]

Claims (4)

  1. Halbleiterbauelement mit: einer Source-Elektrode; einer Gate-Elektrode; einer Drain-Elektrode; einem ersten Gebiet einer ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an einer Oberseite des Halbleitersubstrats freiliegt, und das mit der Source-Elektrode Kontakt eingeht; einem zweiten Gebiet einer zweiten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite frei liegt, das an das erste Gebiet angrenzt und das der Gate-Elektrode über eine Gate-Isolierschicht zugewandt ist; einem dritten Gebiet der ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt, und das mit der Drain-Elektrode Kontakt eingeht; und einem vierten Gebiet der ersten Leitfähigkeitsart, das in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt, das zwischen dem zweiten Bereich und dem dritten Bereich ausgebildet ist und das Folgendes umfasst: ein erstes Drift-Gebiet, das zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet in einem Bereich ausgebildet ist, der an der Oberseite freiliegt; ein zweites Drift-Gebiet, das eine Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart hat, die höher als die des ersten Drift-Gebiets ist, und das an das erste Drift-Gebiet angrenzt, das zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten Gebiet positioniert ist; und ein Drift-Gebiet geringer Konzentration, das eine Verunreinigungskonzentration der ersten Leitfähigkeitsart hat, die geringer als die des ersten Drift-Gebiets ist, und das zwischen dem zweiten Gebiet und dem zweiten Drift-Gebiet ausgebildet ist, wobei das erste Drift-Gebiet und das zweite Drift-Gebiet beide an das dritte Gebiet angrenzen und das erste Drift-Gebiet weiter als das zweite Drift-Gebiet zu einer Seite des zweiten Gebiets vorsteht.
  2. Halbleiterbauelement wie im Anspruch 1, wobei das zweite Drift-Gebiet von der Oberseite des Halbleitersubstrats aus auf einer ferneren Seite als das erste Drift-Gebiet ausgebildet ist.
  3. Halbleiterbauelement wie im Anspruch 1, wobei das zweite Drift-Gebiet in einer Ebene, die zur Oberseite des Halbleitersubstrats parallel ist, auf einer horizontalen Seite des ersten Drift-Gebiets ausgebildet ist.
  4. Halbleiterbauelement wie in einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Drift-Gebiet an das zweite Gebiet angrenzt.
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