DE102015107456A1 - Halbleitervorrichtung mit felddielektrikum in einem randgebiet - Google Patents

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    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/063—Reduced surface field [RESURF] pn-junction structures
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    • H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs

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Abstract

Eine Halbleiterkörper (500) umfasst einen Halbleiterkörper (100) mit Transistorzellen (TC), die in einem aktiven Gebiet (610) angeordnet sind und in einem Randgebiet (690) zwischen dem aktiven Gebiet (610) und einer Seitenoberfläche (103) fehlen. Ein Felddielektrikum grenzt an eine erste Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) an und trennt in dem Randgebiet (690) eine mit Gateelektroden (150) der Transistorzellen (TC) verbundene leitende Struktur (157) von dem Halbleiterkörper (100). Das Felddielektrikum (211) umfasst einen Übergang (Tr) von einer ersten vertikalen Ausdehnung zu einer zweiten, größeren vertikalen Ausdehnung. Der Übergang (Tr) ist in der vertikalen Projektion der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) in dem Halbleiterkörper (100), wobei die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) einen Leitfähigkeitstyp von Body/Anodenzonen (115) der Transistorzellen (TC) hat und elektrisch mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen (115) verbunden ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Anwendungen, wie Halbbrückenschaltungen, verwenden eine Bodydiode zwischen einer Body- und einer Driftzone in einem Halbleiterkörper einer Halbleiterschaltvorrichtung als eine Freilaufdiode in dem Rückwärtsmodus der Schaltvorrichtung. In dem vorwärts vorgespannten Modus der Bodydiode bilden in die Driftzone injizierte Löcher und Elektronen ein Ladungsträgerplasma hoher Dichte, das in einem niedrigen Vorwärtsspannungsabfall der Bodydiode resultiert. Ein signifikanter Teil der Ladungsträger flutet ein Randgebiet, das ein aktives Gebiet, das Transistorzellen umfasst, von einer Seitenoberfläche des Halbleiterkörpers trennt. Wenn sich die Schaltvorrichtung von rückwärts vorgespannt nach vorwärts vorgespannt ändert, ändert sich die Bodydiode von vorwärts vorgespannt nach rückwärts vorgespannt, und bewegliche Ladungsträger werden von der Driftzone entfernt.
  • Es ist wünschenswert, zuverlässigere Halbleitervorrichtungen vorzusehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung und eine Halbbrückenschaltung vorzusehen, welche den obigen Forderungen genügen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 15 bzw. eine Halbbrückenschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruches 21 gelöst.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper mit Transistorzellen, die in einem aktiven Gebiet angeordnet sind und in einem Randgebiet zwischen dem aktiven Gebiet und einer Seitenoberfläche des Halbleiterkörpers fehlen bzw. abwesend sind. Ein Felddielektrikum grenzt an eine erste Oberfläche des Halbleiterkörpers an und trennt in dem Randgebiet eine mit Gateelektroden der Transistorzellen verbundene leitende Struktur von dem Halbleiterkörper. Das Felddielektrikum umfasst einen Übergang von einer ersten vertikalen Ausdehnung bzw. Erstreckung zu einer zweiten, größeren vertikalen Ausdehnung bzw. Erstreckung. Die Übergang ist in der vertikalen Projektion einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone in dem Halbleiterkörper, wobei die nicht verarmbare Ausdehnungszone einen Leitfähigkeitstyp von Body/Anodenzonen der Transistorzellen hat und elektrisch mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen verbunden ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper mit Transistorzellen, die in einem aktiven Gebiet angeordnet sind und in einem Randgebiet zwischen dem aktiven Gebiet und einer Seitenoberfläche des Halbleiterkörpers fehlen bzw. abwesend sind. Eine Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur grenzt an eine erste Oberfläche des Halbleiterkörpers an. In dem Randgebiet trennt die Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur eine Gatekonstruktion von dem Halbleiterkörper. In der vertikalen Projektion von wenigstens einem Teil der Gatekonstruktion in dem Halbleiterkörper ist eine nicht verarmbare Ausdehnungszone eines Leitfähigkeitstyps der Body/Anodenzonen der Transistorzellen. Die nicht verarmbare Ausdehnungszone ist elektrisch mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen verbunden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbbrückenschaltung einen Halbleiterkörper mit Transistorzellen, die in einem aktiven Gebiet angeordnet sind und in einem Randgebiet zwischen dem aktiven Gebiet und einer Seitenoberfläche des Halbleiterkörpers fehlen bzw. abwesend sind. Ein Felddielektrikum grenzt an eine erste Oberfläche des Halbleiterkörpers an und trennt in dem Randgebiet eine leitende Struktur von dem Halbleiterkörper. Das Felddielektrikum umfasst einen Übergang von einer ersten vertikalen Ausdehnung zu einer zweiten, größeren vertikalen Ausdehnung. Der Übergang ist in der vertikalen Projektion einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone in dem Halbleiterkörper, wobei die nicht verarmbare Ausdehnungszone einen Leitfähigkeitstyp von Body/Anodenzonen der Transistorzellen hat und elektrisch mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen verbunden ist.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf planare Gateelektroden und einen stufenlosen Übergang eines Felddielektrikums zwischen einem Halbleiterkörper und einer leitenden Struktur bezogen ist.
  • 1B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf planare Gateelektroden und einen gestuften Übergang eines Felddielektrikums zwischen einem Halbleiterkörper und einer leitenden Struktur bezogen ist.
  • 1C ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Superjunction- bzw. Superübergang-IGFET gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf planare Gateelektroden und einen stufenlosen Übergang eines Felddielektrikums zwischen einem Halbleiterkörper und einer leitenden Struktur bezogen ist.
  • 1D ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Superjunction-IGFET gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine vergrabene verarmbare Ausdehnungszone und einen stufenlosen Übergang eines Felddielektrikums zwischen einer leitenden Struktur und einem Halbleiterkörper bezogen ist.
  • 1E ist schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Superjunction-IGFET gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf vergrabene Gateelektroden bezogen ist.
  • 1F ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer MCD (MOS-gesteuerte Diode) gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
  • 2A ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone, die ein aktives Gebiet längs einer Umfangslinie bei einer konstanten Dotierungskonzentration umgibt.
  • 2B ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine nicht verarmbare Ausdehnungszone vorsieht, die ein aktives Gebiet umgibt und die Abschnitte einer angereicherten Dotierungskonzentration umfasst.
  • 2C ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem vergrößerten Teil einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone, die in der vertikalen Projektion einer Gatekonstruktion gebildet ist.
  • 2D ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone, die exklusiv in der vertikalen Projektion einer Gatekonstruktion gebildet ist.
  • 2E ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone, die einen Abschnitt einer angereicherten Dotierungskonzentration in der vertikalen Projektion einer Gatekonstruktion umfasst.
  • 2F ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine segmentierte nicht verarmbare Ausdehnungszone vorsieht.
  • 2G ist eine schematische laterale Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem Teil einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone, die in der vertikalen Projektion eines Teiles einer Gatekonstruktion gebildet ist.
  • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel mit einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone in der vertikalen Projektion eines Teiles einer Gatekonstruktion.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm, das Abschaltverluste zum Veranschaulichen von Effekten der Ausführungsbeispiele vergleicht.
  • 5A ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Halbbrückenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit zwei n-Typ-IGFETs.
  • 5B ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Halbbrückenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einem p-Typ- und einem n-Typ-IGFET.
  • 5C ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Halbbrückenschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit IGBTs.
  • 5D ist ein schematisches Schaltungsdiagramm einer Halbbrückenschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgebildet werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff "elektrisch verbunden" beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff "elektrisch gekoppelt" umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von "–" oder "+" nächst zu dem Dotierungstyp "n–" oder "p". beispielsweise bedeutet "n " eine Dotierungskonzentration, die niedriger ist als die Dotierungskonzentration eines "n"-Dotierungsbereiches, während ein "n+"-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein "n"-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene "n"-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Die 1A bis 1E beziehen sich auf steuerbare Halbleitervorrichtungen 500, die aktive Transistorzellen und/oder steuerbare Entsättigungs- oder Injektionszellen umfassen, beispielsweise steuerbare Halbleiterdioden, wie MCDs, IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) einschließlich MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-FETs) in der üblichen Bedeutung einschließlich FETs mit Metall-Gates sowie FETs mit Nicht-Metall-Gates, JFETs (Junction-Feldeffekttransistoren), IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) und Thyristoren als Beispiel.
  • Jede der Halbleitervorrichtungen 500 beruht auf einem Halbleiterkörper 100 aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, wie Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), einem Silizium-Germanium-Kristall (SiGe), Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs) oder irgendeinem anderen AIIIBV-Halbleiter.
  • Der Halbleiterkörper 100 hat eine erste Oberfläche 101, die angenähert planar sein kann oder die durch eine Ebene gegeben sein kann, die durch koplanare Oberflächenabschnitte aufgespannt ist, sowie eine hauptsächlich planare zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101. Ein Mindestabstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist gewählt, um eine gegebene bzw. spezifizierte Spannungssperrfähigkeit der Halbleitervorrichtung 500 zu erzielen. Eine Seitenoberfläche 103 verbindet die ersten und zweiten Oberflächen 101, 102.
  • In einer Ebene senkrecht zu der Schnittebene kann der Halbleiterkörper 100 eine rechteckförmige Gestalt mit einer Randlänge in dem Bereich von einigen Millimetern haben oder kann scheibenförmig mit einem Durchmesser von einigen Zentimetern sein. Eine Normale zu der ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der vertikalen Richtung sind laterale Richtungen.
  • Der Halbleiterkörper 100 umfasst eine Driftzone 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps sowie eine Sockelschicht 130 zwischen der Driftzone 120 und der zweiten Oberfläche 102.
  • Eine Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 120 kann graduell oder in Stufen mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wenigstens in Teilen von deren vertikaler Ausdehnung bzw. Erstreckung zunehmen oder abnehmen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 120 angenähert gleichmäßig sein. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 120 kann zwischen 5E12 cm–3 und 1E16 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von 5E13 cm–3 bis 5E15 cm–3, sein. Die Driftzone 120 kann weitere Dotierstoffzonen umfassen, beispielsweise eine Superjunctionstruktur bzw. Superübergangsstruktur.
  • Die Sockelschicht 130 kann den ersten Leitfähigkeitstyp haben, wenn die Halbleitervorrichtung 500 eine Halbleiterdiode, ein IGFET oder ein JFET ist, sie kann einen zweiten Leitfähigkeitstyp aufweisen, der komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp ist, wenn die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT oder ein Thyristor ist, oder sie kann Zonen von beiden Leitfähigkeitstypen umfassen, die sich zwischen der Driftzone 120 und der zweiten Oberfläche 102 erstrecken, wenn die Halbleitervorrichtung 500 eine MCD oder ein RC-IGBT (rückwärts leitender IGBT) ist. Die Dotierstoffkonzentration in der Sockelschicht 130 ist ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einem direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzenden Metall zu bilden. Wenn der Halbleiterkörper 100 auf Silizium Si beruht, kann eine mittlere Dotierstoffkonzentration für eine p-Typ-Sockelschicht 130 oder p-Typ-Zonen der Sockelschicht 130 wenigstens 1E16 cm–3, beispielsweise wenigstens 5E17 cm–3, sein.
  • Die Halbleitervorrichtungen 500 umfassen weiterhin aktive, funktionale Transistorzellen TC in einem aktiven Gebiet 610, während ein Randgebiet 690 zwischen der Seitenoberfläche 103 und dem aktiven Gebiet 610 leer bzw. frei von irgendwelchen funktionalen Transistorzellen des in dem aktiven Gebiet 610 vorhandenen Typs ist. Jede aktive Transistorzelle TC umfasst Body/Anodenzonen 115 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die erste pn-Übergänge pn1 mit der Driftzone 120 bilden, sowie Sourcezonen 110, die zweite pn-Übergänge mit den Body/Anodenzonen 115 bilden. Die Sourcezonen 110 können Wannen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100, beispielsweise in die Body/Anodenzonen 115, erstrecken.
  • Eine Gatestruktur 150 umfasst eine leitende Gateelektrode 155, die eine stark dotierte polykristalline Siliziumschicht oder eine Metall enthaltende Schicht umfassen oder aus einer solchen bestehen kann, sowie ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 von dem Halbleiterkörper 100 trennt. Das Gatedielektrikum 151 koppelt kapazitiv die Gateelektrode 155 mit Kanalteilen der Body/Anodenzonen 115.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen und für die folgende Beschreibung ist der erste Leitfähigkeitstyp der n-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der p-Typ. Ähnliche Überlegungen, wie unten angegeben, gelten für Ausführungsbeispiele, bei denen der erste Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, während der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Typ ist.
  • Wenn eine an die Gateelektrode 150 angelegte Spannung eine voreingestellte Schwellenspannung überschreitet, sammeln sich Elektronen in den Kanalteilen der Body/Anodenzonen 115 direkt angrenzend an das Gatedielektrikum 151 und bilden Inversionskanäle, die die ersten pn-Übergänge pn1 kurzschließen.
  • Die Gatestruktur 150 umfasst einen Leer- bzw. Blind- bzw. Ruheteil 150a einschließlich einer Leer- bzw. Blind- bzw. Ruhegateelektrode 155a in dem Randgebiet 690. Die Leergateelektrode 155a und die Gateelektrode 155 sind elektrisch und strukturell miteinander verbunden und können Teile der gleichen geschichteten Struktur sein. Eine Gatekonstruktion 330 kann mit der Gateelektrode 155 über die Leergateelektrode 155a verbunden sein.
  • Die Gatekonstruktion 330 kann jeweils wenigstens eines aus einem Gatepad bzw. -kissen, einem Gatefinger und einer Gateschiene, elektrisch mit der Gateelektrode 155 verbunden, umfassen. Ein Gatepad kann ein Metallpad sein, das als ein Landepad für einen Bonddraht oder einen anderen Chip-Leiterrahmen oder eine Chip-Chip-Verbindung, wie einen gelöteten Clip bzw. eine gelötete Klammer geeignet ist. Das Gatepad kann zwischen einer ersten Lastelektrode 310 und der Seitenoberfläche 103 oder in einem Mittenteil des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sein. Eine Gateschiene kann eine Metallleitung sein, die das aktive Gebiet 610 umgibt. Ein Gatefinger kann eine Metallleitung sein, die die aktiven Gebiete 610 in getrennte Zellfelder trennt. Ein Zwischenschichtdielektrikum 210 trennt die Gatekonstruktion 330 von dem Halbleiterkörper 100 und kann die Gateelektrode 155 von der ersten Lastelektrode 310 isolieren.
  • Eine leitende Struktur 157 verbindet strukturell und elektrisch die Leergateelektrode 155a mit der Gatekonstruktion 330 oder mit einer Gatekontaktstruktur 315g, die sich von der Gatekonstruktion 330 in das Zwischenschichtdielektrikum 210 erstreckt. Die leitende Struktur 157 kann ein Teil eines integrierten Gatewiderstandes oder einer polykristallinen Siliziumdiode sein oder kann unterhalb der Gatekonstruktion 330 weggelassen werden. Ein Teil des Zwischenschichtdielektrikums 210 zwischen der leitenden Struktur 157 und dem Halbleiterkörper 100 bildet ein Felddielektrikum 211. Das Felddielektrikum 211 hat einen Übergang Tr zwischen einer ersten vertikalen Ausdehnung nahe zu der Gatedielektrikumdicke in einem Teil direkt angrenzend an die Leergateelektrode 155a und einer zweiten vertikalen Ausdehnung, die größer ist als die erste vertikale Ausdehnung, in einem Abschnitt direkt angrenzend an die Gatekonstruktion 330 oder die Gatekontaktstruktur 315g. Der Übergang Tr kann kontinuierlich sein oder kann eine oder mehrere Stufen umfassen.
  • Die Gateelektrode 155, die Leergateelektrode 155a und die leitende Struktur 157 können homogene Strukturen sein oder können eine geschichtete Struktur einschließlich einer oder mehrerer Metall enthaltenden Schichten haben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Gateelektrode 155, die Leergateelektrode 155a und die leitende Struktur 157 eine stark dotierte polykristalline Siliziumschicht umfassen oder aus einer solchen bestehen.
  • Das Gatedielektrikum 151 kann ein Halbleiteroxid, beispielsweise ein thermisch gewachsenes oder aufgetragenes Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, beispielsweise ein aufgetragenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, oder ein Halbleiteroxynitrid, beispielsweise Siliziumoxynitrid, umfassen oder aus einem solchen bestehen.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann beispielsweise eine Anodenelektrode einer MCD, eine Sourceelektrode eines IGFET oder eine Emitterelektrode eines IGBT sein. Kontaktstrukturen 315 verbinden elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den Body/Anodenzonen 115 und den Sourcezonen 110. Die erste Lastelektrode 310 kann ein erster Lastanschluss L1, beispielsweise der Anodenanschluss einer MCD, der Emitteranschluss eines IGBT oder der Sourceanschluss eines IGFET sein oder elektrisch mit einem solchen gekoppelt oder verbunden sein.
  • Eine zweite Lastelektrode 320, die direkt an die zweite Oberfläche 102 und die Sockelschicht 130 angrenzt, kann einen zweiten Lastanschluss L2, der der Kathodenanschluss einer MCD, der Kollektoranschluss eines IGBT oder der Drainanschluss eines IGFET sein kann, bilden oder elektrisch mit einem solchen verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu, bestehen oder diese enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Vanadium (V), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Beispielsweise kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 zwei oder mehr Unterschichten umfassen, wobei jede Unterschicht einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Ti, V, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung, enthält.
  • Das Zwischenschichtdielektrikum 210 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, dotiertem oder undotiertem Siliziumglas, beispielsweise BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) als Beispiel umfassen.
  • In der vertikalen Projektion des Überganges Tr in das Felddielektrikum 211 umfasst der Halbleiterkörper 100 eine nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 ist elektrisch mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen 115 verbunden und kann beispielsweise direkt an eine äußerste Zone der Body/Anodenzonen 115 angrenzen oder diese überlappen. Eine Nettodotierstoffkonzentration in der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 ist ausreichend hoch derart, dass die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 nicht vollständig verarmt wird, wenn die jeweilige Halbleitervorrichtung 500 in ihren maximalen Sperrratings betrieben wird.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Nettodotierstoffkonzentration der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 derart, dass, wenn eine maximale Spannung zwischen den ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 anliegt, die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 nicht vollständig verarmt unabhängig von einer an die Gatekonstruktion 330 angelegten Gatespannung, sofern die angelegten Spannung innerhalb der maximalen Ratings der Halbleitervorrichtung 500 für die Gatespannung ist.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 500 betrieben wird mit dem vorwärts vorgespannten ersten pn-Übergang pn1 zwischen den Body/Anodenzonen 115 und der Driftzone 120 injizieren die Body/Anodenzonen 115 Löcher, und die Sockelschicht 130 injiziert Elektronen in die Driftzone 120. Die injizierten Ladungsträger bilden ein Ladungsträgerplasma in dem aktiven Gebiet 610 und in dem Randgebiet 690, also in beiden Gebieten. Wenn die Halbleitervorrichtung 500 nach Rückwärts-Vorspannen kommutiert, ziehen der erste pn-Übergang pn1 und die zweite Lastelektrode 320 Elektronen ab, und die erste Elektrode 310 zieht Löcher ab. Löcher, die von dem Randgebiet 690 zu der erste Lastelektrode 310 fließen, verlaufen zu der äußersten Kontaktstruktur 315, die elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den äußersten Source- und Body/Anodenzonen 110, 115 des aktiven Gebietes 610 verbindet. Der Lochstromfluss resultiert in hohen Lochkonzentrationen und hohen Lochstromdichten in einem Teil des Randgebietes 690 in der vertikalen Projektion der leitenden Struktur 157.
  • Andererseits ist in Gebieten des Halbleiterkörpers 100 unterhalb des Überganges Tr die elektrische Oberflächenfeldstärke hoch, was in einer gesteigerten Ladungsträgermultiplikation resultiert. Als ein Ergebnis der Oberflächenfeldstärke und des Lochstromflusses ist die dynamische Durchbruchspannung lokal reduziert, und das Felddielektrikum 211 kann irreversibel beschädigt werden.
  • Die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 bewirkt, dass ein elektrisches Oberflächenfeld lediglich jenseits einer minimalen Lochstromdichte gebildet wird, die die Ladung der stationären p-Typ-Dotierstoffe in der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 kompensiert. Ein Steigern der p-Typ-Dotierstoffkonzentration reduziert die elektrische Oberflächenfeldstärke derart, dass die dynamische Durchbruchspannung lokal gesteigert werden kann. Das Felddielektrikum 211 ist zuverlässiger, und in einer Halbbrückenschaltung kann die Halbleitervorrichtung 500 steilere und raschere Gatesignale des kommutierenden Schalters der Halbbrückenschaltung aushalten.
  • Im Fall eines Silizium-Halbleiterkörpers 100 ist die effektive Dosis von p-Typ-Dotierstoffen in der nicht verarmbaren Ausdehnungszone größer als 2,5E12 cm–2, beispielsweise wenigstens 1E13 cm–2. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die p-Typ-Dotierstoffdosis in der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 größer als 2E13 cm–2. Die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 grenzt direkt an die p-Typ-Body/Anodenzone 115 der äußersten Transistorzelle TC des aktiven Gebietes 610 bezüglich des Randgebietes 690 an oder überlappt mit dieser oder ist elektrisch mit dieser verbunden.
  • Innerhalb der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 ist die Fremdstoffkonzentration konstant oder nimmt um nicht mehr als 50% ab zwischen einem Startpunkt des Überganges Tr, wo eine vertikale Ausdehnung des Überganges Tr beginnt, von der ersten vertikalen Ausdehnung zuzunehmen, und einem Bezugspunkt bei einem Abstand von wenigstens 1 µm zu dem Startpunkt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Fremdstoffkonzentration konstant oder weicht um nicht mehr als 50% über einen Abstand von wenigstens 3 µm, beispielsweise wenigstens 8 µm, bis zu dem Startpunkt in der Richtung ab, längs der der Übergang Tr anwächst.
  • Eine vertikale Ausdehnung der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 senkrecht zu der ersten Oberfläche 101 kann eine vertikale Ausdehnung der Body/Anodenzonen 115 der Transistorzellen TC überschreiten.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 1B weicht von der Halbleitervorrichtung 500 von 1A dadurch ab, dass eine dedizierte Kontaktstruktur 315a die Lastelektrode 310 direkt mit der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 in dem Randgebiet 690 elektrisch verbindet. Die dedizierte Kontaktstruktur 315a ist räumlich von irgendeiner Sourcezone 110 getrennt. Der Übergang Tr des Felddielektrikums 211 umfasst eine Stufe, die einer vertikalen Stufe in der leitenden Struktur 157 entspricht.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 1C ist ein Superjunction-IGFET, der auf der Halbleitervorrichtung 500 von 1A beruht. Die erste Lastelektrode 310 ist wirksam als Sourceelektrode, die elektrisch mit einem Sourceanschluss S verbunden ist. Die zweite Lastelektrode 320 ist wirksam als Drainelektrode D. Eine Randabschlusskonstruktion 195, die in einem direkt an die Seitenoberfläche 103 angrenzenden Teil des Randgebietes 690 gebildet ist, kann eine Drainelektrodenkonstruktion 325 auf einer Front- bzw. Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 entgegengesetzt zu der zweiten Lastelektrode 320 umfassen.
  • Die Driftzone 120 kann eine Superjunctionstruktur 180 umfassen, die erste Zonen 181 des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Zonen 182 des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist. Wenigstens die zweiten Zonen 182 oder wenigstens die ersten Zonen 181 können säulenförmige Strukturen sein, die durch Implantation, beispielsweise in aufeinanderfolgenden Epitaxie- und Implantationsschritten, gebildet sind. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind die zweiten Zonen 182 gebildet durch Auftragen oder Abscheiden von Material, das p-Typ-Dotierstoffe enthält, in Trenches bzw. Gräben, die temporal bzw. zeitweise zwischen den ersten Zonen 181 gebildet sind, oder durch Einführen von Dotierstoffen durch Seitenwände der Trenches, die sich temporal von der ersten Oberfläche 101 in die Driftzone 120 erstrecken.
  • Die lateralen Querschnittsgebiete der zweiten Zonen 182 können Kreise, Ovale, Ellipsen oder Rechtecke mit oder ohne gerundete Ecken sein, und die ersten Zonen 181 können ein Gitter mit den zweiten Zonen 182 bilden, die in den Maschen angeordnet sind. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind laterale Querschnittsgebiete der ersten Zonen 181 Kreise, Ellipsen, Ovale oder Rechtecke mit oder ohne gerundete Ecken, und die zweiten Zonen 182 bilden ein Gitter, wobei die ersten Zonen 181 in den Maschen angeordnet sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel bilden die ersten und zweiten Zonen 181, 182 ein regelmäßiges Streifenmuster, wobei sich die Streifen durch einen signifikanten Teil des aktiven Gebietes 610 erstrecken können oder das aktive Gebiet 610 kreuzen können.
  • Die Dotierstoffkonzentrationen in den ersten und zweiten Zonen 181, 182 können zueinander derart eingestellt werden, dass der Teil der Driftzone 120, der die Superjunctionstruktur 180 umfasst, vollständig in einem rückwärts sperrenden Modus der Halbleitervorrichtung 500 verarmt werden kann.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Zonen 181, 182 exklusiv innerhalb des aktiven Gebietes 610 gebildet werden, während das Randgebiet 690 oder ein Gategebiet in der vertikalen Projektion von Gatekonstruktionen, wie Gatepads, Gatefinger und/oder Gateschienen, frei von irgendeiner Superjunctionstruktur sind, beispielsweise frei bzw. leer von irgendwelchen ersten und zweiten Zonen 181, 182. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 500 eine Superjunctionstruktur mit ersten und zweiten Zonen 181, 182 in dem aktiven Gebiet 610 und lediglich intrinsischen oder schwach dotierten Bereichen des ersten Leitfähigkeitstyps, die eine geringere Nettofremdstoffkonzentration als die ersten Zonen 181 haben, in dem Randgebiet 610 und in der vertikalen Projektion von Gategebieten umfassen. Alternativ können die ersten Zonen 181 und zweiten Zonen 182 in dem Randgebiet 610 und/oder in der vertikalen Projektion der Gategebiete überlappen, um Bereiche einer niedrigen Nettodotierstoffkonzentration in den betreffenden Gebieten zu bilden.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Superjunctionstruktur bzw. Superübergangstruktur mit ersten und zweiten Zonen 181, 182 in dem aktiven Gebiet 610 und dem Randgebiet 690, also beiden Gebieten, gebildet. Eine verarmbare Ausdehnungszone 175 kann direkt an die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 und eine, einige oder alle der zweiten Zonen 182 in dem Randgebiet 690 längs der dargestellten Schnittlinie angrenzen oder mit diesen überlappen.
  • Die p-Typ-Dotierstoffdosis in der verarmbaren Ausdehnungszone 175 ist ausreichend niedrig, so dass die verarmbare Ausdehnungszone 175 in dem Sperrmodus der Halbleitervorrichtung 500 vollständig verarmt wird. Beispielsweise kann die implantierte p-Typ-Dotierstoffdosis in der verarmbaren Ausdehnungszone 175 aus einer Implantationsdosis von höchstens 3,5E12 cm–2 resultieren, was, wenn Segregationseffekte betrachtet werden, in einer verbleibenden effektiven p-Typ-Dotierstoffdosis von höchstens 2E12 cm–2 in Silizium resultiert.
  • Eine vertikale Ausdehnung der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 senkrecht zu der ersten Oberfläche 101 kann eine vertikale Ausdehnung der Body/Anodenzonen 115 der Transistorzellen TC überschreiten. Beispielsweise kann in dem rückwärts vorgespannten Modus ein Rand einer Verarmungszone in dem Halbleiterkörper 100, ausgerichtet zu der ersten Oberfläche 101, einen größeren Abstand zu der ersten Oberfläche 101 in der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 als in p-Typ-Strukturen haben, die die Body/Anodenzonen 115 und die zweiten Zonen 182 umfassen.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 500 kommutiert, werden die ersten und zweiten Zonen 181, 182 verarmt, wobei in den zweiten Zonen 182 Löcher längs der vertikalen Richtung laufen und die erste Oberfläche 101 erreichen. In dem Randgebiet 690 addiert sich ein sich ergebender Lochstrom an der ersten Oberfläche 101 in der Richtung der nächsten Kontaktstruktur 315 zu einem Lochstrom, der aus Löchern resultiert, die in die Driftzone 120 in dem vorwärts vorgespannten Modus des Body-pn-Überganges pn1 injiziert sind. Als ein Ergebnis ist in Superjunctionvorrichtungen bzw. Superübergangvorrichtungen der oben diskutierte Effekt signifikanter, da ein größerer Anteil der Löcher zuerst zu der ersten Oberfläche 101 geleitet ist und dann längs der ersten Oberfläche in der Richtung des ersten Kontaktes 315 geführt ist. Der Effekt kann sogar mehr hervorgehoben sein, da in dem aktiven Gebiet 610 die zweiten Zonen 182 die Lochentladung beschleunigen und, wenn schließlich der Lochstrom in dem aktiven Gebiet 610 abgeschnürt wird, das Randgebiet 690 noch Löcher entlädt und aufgrund einer Streuinduktivität weiter gesteigerte Lochstromdichten führt.
  • Die verarmbare Ausdehnungszone 175 reduziert den Widerstand, der für den gesamten Lochstromfluss von wenigstens einer oder einigen der zweiten Zonen 182 des Randgebietes 690 zu der Kontaktstruktur 315 wirksam ist, die elektrisch die ersten Lastelektroden 310 mit den Ausdehnungszonen 170, 175 verbindet, und kann die Schaltverluste reduzieren.
  • Zusätzlich reduziert die vergleichsweise hohe Lochstromdichte signifikant die dynamische Durchbruchspannung des Felddielektrikums 211. Stattdessen vermindert die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 lokal die elektrische Oberflächenfeldstärke, ohne signifikant die laterale Spannungssperrfähigkeit zu beeinträchtigen, obwohl die Lochstromdichten um angenähert eine Größenordnung erhöht sind.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 1D weicht von dem Superjunction-IGFET von 1C dadurch ab, dass die verarmbare Ausdehnungszone 175 mit allen zweiten Zonen 182 in dem Randgebiet 690 zwischen der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 und der Seitenoberfläche 103 verbunden ist und dass eine Spacer- bzw. Abstandshalterzone 173 des ersten Leitfähigkeitstyps die verarmbare Ausdehnungszone 175 von der ersten Oberfläche 101 trennt. Die Spacerzone 173 reduziert den Effekt von in Richtung des aktiven Gebietes 610 fließenden Löchern während einer Kommutierung auf das Felddielektrikum 211. Das elektrische Oberflächenfeld ist homogener, die integrierte Ionisationsladung längs des Lochstromflusses ist reduziert, und die dynamische Durchbruchspannung ist weiter gesteigert.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 1E ist ein IGFET, der auf der Halbleitervorrichtung 500 von 1A beruht. Eine Feldstoppschicht 128, die eine Dotierstoffkonzentration hat, welche wenigstens zweimal so hoch wie in der Driftzone 120 ist, trennt die Driftzone 120 von der Sockelschicht 130. In einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine Pufferschicht mit einer Dotierstoffkonzentration, die niedriger als in den ersten Zonen 181 ist, zwischen der Sockelschicht 130 und den zweiten Zonen 182 gebildet.
  • Die Transistorzellen TC sind vertikale Transistorzellen TC, wobei die Gatestrukturen 150 vergrabene Gateelektroden 155 aufweisen, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 erstrecken. Eine dielektrische Struktur 205 kann die erste Lastelektrode 310 von den vergrabenen Gateelektroden 155 trennen.
  • Andere Ausführungsbeispiele können sich auf IGBTs auf der Grundlage der IGFETs der 1C bis 1E beziehen, wobei die Sockelschicht 130 den p-Typ hat oder p-Typ-Zonen umfasst. Für IGBTs ist die erste Lastelektrode 310 wirksam als eine Emitterelektrode, die einen Emitteranschluss bildet oder elektrisch mit einem solchen verbunden oder gekoppelt ist.
  • Die zweite Lastelektrode 320 ist wirksam als eine Kollektorelektrode und bildet einen Kollektoranschluss oder ist elektrisch mit einem solchen verbunden.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 1F ist eine MCD, die eine Barriere- bzw. Sperrschicht 121 zwischen den Body/Anodenzonen 115 und der Driftzone 120 umfassen kann. Die Sockelschicht 130 kann erste Zonen 131 des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Zonen 132 des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, die sich jeweils zwischen der Driftzone 120 und der zweiten Oberfläche 102 erstrecken. Die Transistorzellen TC sind in dem normal vorwärts vorgespannten Zustand der MCD ausgeschaltet. Vor einer Kommutierung erzeugt ein an die Gateelektrode 155 gelegtes Potential Inversionsschichten von den Sourcezonen 110 zu der Driftzone 120 durch die Body/Anodenzonen 115. Die Inversionsschichten schließen den ersten pn-Übergang pn1 zwischen den Body/Anodenzonen 115 und der Driftzone 120 kurz und reduzieren oder unterdrücken eine Lochinjektion von den Body/Anodenzonen 115 in die Driftzone 120. Das Trägerplasma in der Driftzone 120 ist reduziert, und die Erholungsladung kann vermindert werden. Die Barriereschicht 121 reduziert den lateralen Spannungsabfall längs des ersten pn-Überganges pn1, um eine Injektion zwischen den Gatestrukturen 115 in einem Abstand zu den Inversionsschichten zu vermeiden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel, das sich auf IGFETs bezieht, die MGD-(MOS gated diode)Zellen umfassen, kann die Halbleitervorrichtung 500 IGFET-Zellen und MGD-Zellen mit Gateelektroden umfassen, die elektrisch mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden sind. In dem rückwärts leitenden Modus der Halbleitervorrichtung 500 resultiert der Stromfluss zwischen den ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 darin, dass die Body/Anodenzonen 115 negativ bezüglich der ersten Lastelektrode 310 und den Gateelektroden der MGDs vorgespannt sind und eine Inversionsschicht in den Body/Anodenzonen 115 gebildet werden kann. Wenn in dem Rückwärtsmodus der Gesamtstrom durch die Halbleitervorrichtung 500 über einer Durchschnittsstromflussdichteschwelle ist, ist er typischerweise durch einen unipolaren Stromfluss dominiert, der die elektrischen Verluste verglichen mit dem Fall eines gesamten Stromflusses über die ersten pn-Übergänge pn1 reduziert.
  • Die 2A bis 2G beziehen sich auf laterale Schnitte von Halbleitervorrichtungen 500 zum Veranschaulichen von Ausführungsbeispielen der lateralen Ausdehnung der nicht verarmbaren Ausdehnungszonen 170 von irgendwelchen Halbleitervorrichtungen 500 der 1A bis 1E.
  • Ein Randgebiet 690, das frei bzw. leer von funktionalen Transistorzellen ist, trennt ein aktives Gebiet 610, das die funktionalen Transistorzellen umfasst, von der Seitenoberfläche 103 des Halbleiterkörpers 100. Das Randgebiet 690 umfasst ein Gategebiet 695 in der vertikalen Projektion einer Gatekonstruktion 330. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das Gategebiet 695 einer Gatekonstruktion 330 zugeordnet, die ein einziges Gatepad umfasst. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Gatekonstruktion 330 mehr als ein Gatepad bzw. -kissen, eine Gateschiene und/oder eine oder mehrere Gatefinger umfassen, und das Gategebiet 695 kann weitere Teile in der vertikalen Projektion von Gatefingern und/oder Gateschienen umfassen, die Abschnitte von elektrischen Verbindungen zwischen Gateelektroden und einem Gatepad in einer Metallisierungsebene bilden. Gatepad und Gategebiet 695 können in einer Ecke oder längs einer der lateralen Seiten des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sein. Eine Gateschiene kann das aktive Gebiet 610 umgeben. Ein Gatefinger kann das aktive Gebiet in getrennte Zellfelder trennen.
  • 2A zeigt eine nicht verarmbare Ausdehnungszone 170, die vollständig das aktive Gebiet 610 längs einer Umfangslinie CL umgibt, welche das Gategebiet 695 ausspart. Längs der Umfangslinie CL ist eine Nettodotierstoffkonzentration der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 konstant. Eine verarmbare Ausdehnungszone 175 kann direkt an die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 in dem Randgebiet 690 bei einer zu der Seitenoberfläche 103 orientierten Seite angrenzen oder diese überlappen.
  • 2B bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel mit einer ersten, längs der Umfangslinie CL angenähert konstanten Nettodotierstoffkonzentration p1+ in ersten Abschnitten 170a der nicht verarmbaren Ausdehnungszone und einer angereicherten zweiten Nettodotierstoffkonzentration p2+, die höher als, beispielsweise wenigstens zweimal so hoch wie die erste Nettodotierstoffkonzentration p1+ ist, in zweiten Abschnitten 170b. Die zweiten Abschnitte 170b können lateral gekrümmte Abschnitte nahe zu den Ecken des Halbleiterkörpers 100 und/oder Abschnitte zwischen dem aktiven Gebiet 610 und dem Gategebiet 695 sein. Die ersten Abschnitte 170a können gerade Abschnitte sein, die die zweiten Abschnitte 170b verbinden.
  • Die zweiten Abschnitte 170b können durch Implantieren der betreffenden Dotierstoffe bei einer lokal gesteigerten Implantationsdosis oder durch Durchführen einer ersten Implantation mit einer gleichmäßigen Implantationsdosis längs der Umfangslinie CL und einer zweiten Implantation, die selektiv in den zweiten Abschnitten wirksam ist, gebildet werden.
  • Die höhere Dotierstoffkonzentration in den zweiten Abschnitten 170b kann einen gesteigerten Lochstrom nahe zu den Ecken und dem Gategebiet 695 kompensieren und aus einer erhöhten Lochstromdichte in weiteren Teilen des Halbleiterkörpers 100 ohne Source- und Bodykontakte, beispielsweise in dem Gategebiet 695 und nahe zu den Ecken, wo mehr Löcher je Längeneinheit der Ausdehnungszonen 170, 175 längs der Umfangslinie CL gelegen sind, resultieren.
  • Die Dotierstoffkonzentrationsprofile der nicht verarmbaren Ausdehnungszonen 170 längs der Umfangslinie CL können weiter Abschnitte mit einer Dotierstoffkonzentration zwischen den ersten und zweiten Dotierstoffkonzentrationen umfassen. Die ersten Abschnitte 170a der nicht verarmbaren Ausdehnungszone können eine Dotierstoffdosis von wenigstens 2,5E12 cm–2, beispielsweise wenigstens 1E13 cm–2 oder größer als 2E13 cm–2, enthalten. Die zweiten Abschnitte 170b können eine Dotierstoffdosis enthalten, die wenigstens zweimal so hoch wie die erste Dotierstoffdosis, beispielsweise wenigstens viermal so hoch wie die erste Dotierstoffdosis ist.
  • In der Halbleitervorrichtung 500 in 2C umfasst die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 einen vergrößerten Teil 170x, der in der vertikalen Projektion eines Gatepads in dem Gategebiet 695 gebildet ist. Der vergrößerte Teil 170x kann sich über das vollständige Gategebiet 695 erstrecken und kann die vollständige vertikale Projektion einer Gatekonstruktion, die wenigstens ein Gatepad umfasst, überlappen. Ein weiterer Teil der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170 umgibt das aktive Gebiet 610, wie dies anhand von 2A beschrieben ist.
  • In 2D ist die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 exklusiv in der vertikalen Projektion eines Gatepads in dem Gategebiet 695 gebildet. Die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 kann weitere Abschnitte in weiteren Abschnitten des Gategebietes 695 umfassen, die Gatefinger und/oder Gateschienen zugeordnet sind.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 2E unterscheidet sich von derjenigen in 2B dadurch, dass die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 einen Abschnitt einer erhöhten Dotierstoffkonzentration 170b umfasst, der sich über das vollständige oder wenigstens einen Hauptteil des Gategebietes 695 erstreckt und mit wenigstens einem Hauptteil der vertikalen Projektion eines Gatepads überlappt. Die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 kann weiterhin Abschnitte in weiteren Abschnitten des Gategebietes 695 umfassen, die Gatefinger und/oder Gateschienen zugeordnet sind.
  • 2F bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel mit der nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170, die isolierte Segmente umfasst, die längs der Umfangslinie CL angeordnet sind. Die Segmente können gekrümmte Abschnitte in den Ecken des Halbleiterkörpers 100 und/oder Abschnitte zwischen dem aktiven Gebiet 610 und dem Gategebiet 695 umfassen.
  • 2G bezieht sich auf ein Layout bzw. eine Gestaltung mit dem Gategebiet 695, das längs einer der lateralen Seiten angeordnet und symmetrisch bezüglich einer lateralen Mittenachse des Halbleiterkörpers 100 ist. Abschnitte der verarmbaren und nicht verarmbaren Ausdehnungszonen 175, 170 können vollständig das Gategebiet 695 aufspannen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Gatepad in der Mitte des aktiven Gebietes 610 gelegen sein.
  • 3 bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen 500 mit einer nicht verarmbaren Ausdehnungszone 170, die wenigstens in einem Teil der vertikalen Projektion einer Gatekonstruktion 330 gebildet ist. Die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 kann sich über wenigstens 40% der vertikalen Projektion der Gatekonstruktion 330, beispielsweise über wenigstens 80%, erstrecken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 über die gesamte vertikale Projektion der Gatekonstruktion 330. Die Konfiguration der Gatekonstruktion 330, die leitende Struktur 157, die elektrisch die Gatekonstruktion 330 mit Leergateelektroden 155a verbindet, sowie die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170, wie in 3 gezeigt, kann mit irgendeiner der Halbleitervorrichtungen 500 kombiniert werden, die anhand der 1A bis 1F beschrieben sind. Eine Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur 200 grenzt an eine erste Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 an. In dem Randgebiet 690 trennt die Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur 200 eine Gatekonstruktion 330 von dem Halbleiterkörper 100. Die Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur 200 kann eine leitende Struktur 157 umfassen, wobei ein Felddielektrikum 211 die leitende Struktur 157 von dem Halbleiterkörper 100 trennt und ein Deckdielektrikum 212 die leitende Struktur 157 von der Gatekonstruktion 330 trennt.
  • In der vertikalen Projektion von wenigstens einem Teil der Gatekonstruktion 330 in dem Halbleiterkörper 100 ist eine nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 eines Leitfähigkeitstyps von Body/Anodenzonen 115 der Transistorzellen TC. Die Gatekonstruktion 330 kann ein Gatepad, das als ein Landepad für einen Bonddraht geeignet ist, oder eine andere Chip-Leiterrahmen- oder Chip-Chip-Verbindung, wie ein gelöteter Clip, sein. Das Gatepad kann in direkter Verbindung mit der leitenden Struktur 157 sein. Die leitende Struktur 157 kann ein Teil eines integrierten Gatewiderstandes oder einer polykristallinen Siliziumdiode sein oder kann unter dem Gatepad weggelassen sein. Für weitere Einzelheiten wird Bezug genommen auf die Beschreibung der 1A bis 2G.
  • Während einer Kommutierung reduzieren die nicht verarmbaren Ausdehnungszonen 170 einen Widerstand, der für einen Lochstromfluss zwischen dem Randgebiet 690 und dem äußersten Kontakt der ersten Lastelektrode 310, ausgerichtet zu dem Randgebiet 690, wirksam ist. Verglichen mit verarmbaren Ausdehnungszonen, die im Fall des Lochstromflusses vollständig verarmt sind und folglich einen vergleichsweise hohen ohmschen Widerstand haben, ist die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 nicht vollständig verarmt und verbessert folglich den Verarmungsprozess von Löchern und reduziert dynamische Schaltverluste. Während ohne nicht verarmbare Ausdehnungszonen 170 eine Kapazität der Gatekonstruktion 330 sich zu der Gate-Drain-Kapazität Cgd nach Verarmung der zweiten Zonen 182 addiert, schirmt die nicht verarmbare Ausdehnungszone 170 die Gatekonstruktion 330 derart ab, dass die Gate-Drain-Kapazität Cgd nicht erhöht ist oder lediglich zu einem geringeren Ausmaß erhöht ist, was zu reduzierten Schaltverlusten führt.
  • Das Diagramm von 4 zeigt schematisch die Schaltverluste Eoff als eine Funktion des Laststromes Isat. Vergleichsbeispiele 791 ohne nicht verarmbare Ausdehnungszonen zeigen höhere Schaltverluste als Vergleichsvorrichtungen 792, die nicht verarmbare Ausdehnungszonen umfassen. Die nicht verarmbaren Ausdehnungszonen reduzieren die Kommutierungsverluste. Da in Resonanzanwendungen Energie, die kapazitiv in der Halbleitervorrichtung 500 gespeichert ist, wiedergewonnen wird, können Verluste, die aus einer Gatekonstruktion 330 resultieren, zu einem Drittel der Gesamtkommutierungsverluste beitragen.
  • Die 5A bis 5D beziehen sich auf elektronische Schaltungen 700, die eine oder mehrere Halbbrückenschaltungen 710 aufweisen, die auf zwei Halbleiterschaltvorrichtungen 711, 712 mit Laststrompfaden beruhen, die in Serie zwischen Vdd und Gnd verbunden sind. Die Halbleiterschaltvorrichtungen 711, 712 können IGFETs oder IGBTs sein. Wenigstens eine der Halbleiterschaltvorrichtungen 711, 712 kann eine der Halbleitervorrichtungen 500 der vorangehenden Figuren sein oder diese umfassen. Die Halbbrückenschaltung 710 oder die gesamte elektronische Schaltung 700 kann in einem Leistungsmodul integriert sein.
  • Die elektronische Schaltung 700 kann eine Gatetreiberschaltung 720 umfassen, die ein erste Gatesignal bei einem ersten Treiberanschluss Gout1 und ein zweites Gatesignal bei einem zweiten Treiberanschluss Gout2 erzeugt und ansteuert. Die ersten und zweiten Treiberanschlüsse Gout1, Gout2 sind elektrisch mit Gateanschlüssen G der Halbleitervorrichtungen 711, 712 gekoppelt oder verbunden. Die Gatetreiberschaltung 720 steuert die Gatesignale derart, dass während regulärer Schaltzyklen die ersten und zweiten Schaltvorrichtungen 711, 712 abwechselnd in dem Einschaltzustand sind. Während Entsättigungszyklen kann die Gatetreiberschaltung 72 Entsättigungsimpulse vor Schalten einer der Schaltvorrichtungen 711, 712 in den Einschaltzustand anlegen.
  • In 5A sind die Schaltvorrichtungen 711, 712 n-IGFETs, wobei ein Sourceanschluss S der ersten Schaltvorrichtung 711 und ein Drainanschluss D der zweiten Schaltvorrichtung 712 elektrisch mit einem Schaltanschluss Sw verbunden sind.
  • In 5B ist die erste Schaltvorrichtung 711, 712 ein p-IGFET, und die zweite Schaltvorrichtung 712 ist ein n-IGFET.
  • In 5C sind die Schaltvorrichtungen 711, 712 n-Kanal-IGBTs, wobei ein Emitteranschluss E der ersten Schaltvorrichtung 711 und ein Kollektoranschluss C der zweiten Schaltvorrichtung 712 elektrisch mit einem Schaltanschluss Sw verbunden sind.
  • 5D zeigt eine elektronische Schaltung 700 mit zwei Halbbrücken 710, deren Lastpfade parallel verbunden und in einer Vollbrückenkonfiguration betrieben sind. Eine Last 900, beispielsweise eine induktive Last, kann mit den Schaltanschlüssen Sw der zwei Halbbrücken 710 verbunden sein. Die Last 900 kann eine Motorwicklung, eine induktive Kochplatte oder eine Transformatorwicklung in einer Schaltmodus-Stromversorgung als Beispiel sein. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die elektronische Schaltung 700 drei Halbbrücken 710 zum Antreiben eines Motors mit drei Wicklungen umfassen, wobei jede Wicklung zwischen einem Sternknoten der Motorwicklungen und einem der Schaltanschlüsse Sw der Halbbrücken 710 verbunden ist.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterkörper (100), der Transistorzellen (TC) umfasst, die in einem aktiven Gebiet (610) angeordnet sind und in einem Randgebiet (690) zwischen dem aktiven Gebiet (610) und einer Seitenoberfläche (103) des Halbleiterkörpers (100) fehlen, ein Felddielektrikum (211), das an eine erste Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) angrenzt und in dem Randgebiet (690) eine mit Gateelektroden (150) der Transistorzellen (TC) verbundene leitende Struktur (157) von dem Halbleiterkörper (100) trennt, wobei das Felddielektrikum (211) einen Übergang (Tr) von einer ersten zu einer zweiten, größeren vertikalen Ausdehnung umfasst, und eine nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) eines Leitfähigkeitstyps von Body/Anodenzonen (115) der Transistorzellen (TC) und elektrisch verbunden mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen (115), wobei der Übergang (Tr) in der vertikalen Projektion der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) elektrisch mit einer metallischen Lastelektrode (310) verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) eine effektive Dotierstoffdosis größer als 2,5E12 cm–2 enthält.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: eine verarmbare Ausdehnungszone (175) des Leitfähigkeitstyps der Body/Anodenzonen direkt angrenzend an die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) und angeordnet zwischen der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) und der Seitenoberfläche (103).
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die verarmbare Ausdehnungszone (175) eine effektive Dotierstoffdosis von höchstens 2,0E12 cm–2 enthält.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, weiterhin umfassend: eine Spacerzone (173), die zwischen der ersten Oberfläche (101) und der verarmbaren Ausdehnungszone (175) vorgesehen ist und einen pn-Übergang mit der verarmbaren Ausdehnungszone (175) bildet.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die leitende Struktur (157) ein Abschnitt einer elektrischen Verbindung zwischen einer Gatekonstruktion und Gateelektroden (155) der Transistorzellen (TC) ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) direkt an eine Body/Anodenzone (115) von wenigstens einer der Transistorzellen (TC) angrenzt.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine vertikale Ausdehnung der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) senkrecht zu der ersten Oberfläche (101) eine vertikale Ausdehnung der Body/Anodenzonen (115) der Transistorzellen (TC) überschreitet.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin umfassend: erste Zonen (181) eines ersten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt zu einem zweiten Leitfähigkeitstyp, gegeben durch den Leitfähigkeitstyp der Body/Anodenzonen (115), und zweite Zonen (182) des zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei die ersten und zweiten Zonen (181, 182) abwechselnd in dem Halbleiterkörper (100) in dem aktiven Gebiet (610) und in dem Randgebiet (690) angeordnet sind, wobei in dem aktiven Gebiet (610) die zweiten Zonen (182) direkt an die Body/Anodenzonen (115) angrenzen und die ersten Zonen (181) pn-Übergänge mit den Body/Anodenzonen (115) bilden.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der eine Fremdstoffkonzentration in der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) nicht um mehr als 50% zwischen einem Startpunkt des Überganges (Tr), wo eine vertikale Ausdehnung des Überganges (Tr) von der ersten vertikalen Ausdehnung zuzunehmen beginnt, und einem Referenzpunkt bei einem Abstand von wenigstens 1 µm zu dem Startpunkt abnimmt.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die nicht verarmbare Verbindungszone das aktive Gebiet (610) umgibt.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, bei der die nicht verarmbare Verbindungszone eine erste Dotierstoffkonzentration in ersten Abschnitten und eine zweite Dotierstoffkonzentration, die höher als die erste Dotierstoffkonzentration ist, in zweiten Abschnitten enthält, wobei die zweiten Abschnitte Bogen bzw. Biegungen umfassen.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der die nicht verarmbare Verbindungszone eine erste Dotierstoffkonzentration in ersten Abschnitten zwischen dem aktiven Gebiet (610) und der Seitenoberfläche (103) und eine zweite Dotierstoffkonzentration, die höher als die erste Dotierstoffkonzentration ist, in zweiten Abschnitten zwischen dem aktiven Gebiet und einem Gategebiet in der vertikalen Projektion einer Gatekonstruktion enthält.
  15. Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterkörper (100), der Transistorzellen (TC) aufweist, die in einem aktiven Gebiet (610) angeordnet sind und in einem Randgebiet (690) zwischen dem aktiven Gebiet (610) und einer Seitenoberfläche (103) des Halbleiterkörpers (100) fehlen, eine Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur, die an eine erste Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) angrenzt und in dem Randgebiet (690) eine Gatekonstruktion von dem Halbleiterkörper (100) trennt, und eine nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) eines Leitfähigkeitstyps von Body/Anodenzonen (115) der Transistorzellen (TC) in der vertikalen Projektion von wenigstens einem Teil der Gatekonstruktion in dem Halbleiterkörper (100) und elektrisch verbunden mit einer der Body/Anodenzonen (115).
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) sich über wenigstens 40% einer vertikalen Projektion der Gatekonstruktion erstreckt.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) elektrisch mit einer Lastelektrode verbunden ist.
  18. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) eine effektive Dotierstoffdosis größer als 2,5E12 cm–2 enthält.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, weiterhin umfassend: eine verarmbare Ausdehnungszone (175) des Leitfähigkeitstyps der Body/Anodenzonen (115), direkt angrenzend an die nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) und angeordnet zwischen der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) und der Seitenoberfläche (103).
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, bei der die verarmbare Ausdehnungszone (175) eine effektive Dotierungsdosis von höchstens 2,0E12 cm–2 enthält.
  21. Halbbrückenschaltung, umfassend: einen Halbleiterkörper (100), der Transistorzellen (TC) aufweist, die in einem aktiven Gebiet (610) angeordnet sind und in einem Randgebiet (690) zwischen dem aktiven Gebiet (610) und einer Seitenoberfläche (103) des Halbleiterkörpers (100) fehlen, ein Felddielektrikum (211), das an eine erste Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) angrenzt und in dem Randgebiet (690) eine leitende Struktur (157), die mit Gateelektroden (150) der Transistorzellen (TC) verbunden ist, von dem Halbleiterkörper (100) trennt, wobei das Felddielektrikum (211) einen Übergang (Tr) von einer ersten zu einer zweiten größeren vertikalen Ausdehnung umfasst, und eine nicht verarmbare Ausdehnungszone (170) eines Leitfähigkeitstyps von Body/Anodenzonen (115) der Transistorzellen (TC) und elektrisch verbunden mit wenigstens einer der Body/Anodenzonen (115), wobei der Übergang (Tr) in der vertikalen Projektion der nicht verarmbaren Ausdehnungszone (170) ist.
DE102015107456.7A 2014-05-14 2015-05-12 Halbleitervorrichtung mit Felddielektrikum in einem Randgebiet, Halbleitervorrichtung mit Zwischenschicht-Dielektrikumstruktur in einem Randgebiet und Halbbrückenschaltung Active DE102015107456B4 (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015110484A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements
DE102016100519A1 (de) * 2016-01-13 2017-07-13 Infineon Technologies Austria Ag Halbleitervorrichtung, die eine Randkonstruktion mit geraden Abschnitten und Eckabschnitten umfasst
DE102016120772A1 (de) * 2016-10-31 2018-05-03 Infineon Technologies Dresden Gmbh Halbleitervorrichtung mit Gatepad, Gateelektrode und Integrationsschicht

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10468479B2 (en) * 2014-05-14 2019-11-05 Infineon Technologies Austria Ag VDMOS having a drift zone with a compensation structure
US9318587B2 (en) * 2014-05-30 2016-04-19 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Injection control in semiconductor power devices
US10361266B2 (en) * 2014-06-09 2019-07-23 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Semiconductor device
US9871126B2 (en) * 2014-06-16 2018-01-16 Infineon Technologies Ag Discrete semiconductor transistor
CN105529262A (zh) * 2014-09-29 2016-04-27 无锡华润华晶微电子有限公司 一种垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管及其制作方法
DE102014116773A1 (de) * 2014-11-17 2016-05-19 Infineon Technologies Ag Halbleitervorrichtung und Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit Transistorzellen und Sensorzelle
US10026805B2 (en) * 2015-03-27 2018-07-17 Farichild Semiconductor Corporation Avalanche-rugged silicon carbide (SiC) power device
CN115498042A (zh) 2015-12-18 2022-12-20 罗姆股份有限公司 半导体装置
JP6832094B2 (ja) * 2016-08-05 2021-02-24 ローム株式会社 パワーモジュール及びモータ駆動回路
JP6855700B2 (ja) * 2016-08-05 2021-04-07 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
DE102016118499B4 (de) 2016-09-29 2023-03-30 Infineon Technologies Dresden Gmbh Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements
US10312710B1 (en) * 2017-01-31 2019-06-04 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Energy recovery pulse forming network
DE102017105548A1 (de) * 2017-03-15 2018-09-20 Infineon Technologies Dresden Gmbh Halbleitervorrichtung, die eine gatekontaktstruktur enthält
CN107591451A (zh) * 2017-08-31 2018-01-16 上海华虹宏力半导体制造有限公司 超结器件
RU184252U1 (ru) * 2018-01-09 2018-10-19 Открытое акционерное общество "ОКБ-Планета" ОАО "ОКБ-Планета" Конструкция интегральных резисторов в микросхемах на эпитаксиальных структурах арсенида галлия
EP3716340A1 (de) 2019-03-25 2020-09-30 Infineon Technologies Austria AG Transistorvorrichtung
CN111883585B (zh) * 2020-08-21 2024-02-06 上海华虹宏力半导体制造有限公司 超结器件
JP2023137644A (ja) * 2022-03-18 2023-09-29 株式会社東芝 半導体装置
IT202200006485A1 (it) * 2022-04-01 2023-10-01 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico con oscillazioni di commutazione ridotte

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5973368A (en) 1996-06-05 1999-10-26 Pearce; Lawrence G. Monolithic class D amplifier
DE19840032C1 (de) * 1998-09-02 1999-11-18 Siemens Ag Halbleiterbauelement und Herstellungsverfahren dazu
US7098506B2 (en) * 2000-06-28 2006-08-29 Renesas Technology Corp. Semiconductor device and method for fabricating the same
US6274905B1 (en) * 1999-06-30 2001-08-14 Fairchild Semiconductor Corporation Trench structure substantially filled with high-conductivity material
DE19947020B4 (de) 1999-09-30 2006-02-23 Infineon Technologies Ag Kompensationsbauelement mit variabler Ladungsbilanz und dessen Herstellungsverfahren
JP3804375B2 (ja) * 1999-12-09 2006-08-02 株式会社日立製作所 半導体装置とそれを用いたパワースイッチング駆動システム
JP4765012B2 (ja) 2000-02-09 2011-09-07 富士電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
DE10066053B4 (de) 2000-12-08 2006-03-30 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauelement mit erhöhter Durchbruchspannung
US6612214B2 (en) * 2001-10-05 2003-09-02 Robud Die cutter blanket-anvil locking arrangement
JP4945055B2 (ja) * 2003-08-04 2012-06-06 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2006005275A (ja) 2004-06-21 2006-01-05 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP4825424B2 (ja) * 2005-01-18 2011-11-30 株式会社東芝 電力用半導体装置
DE102005023026B4 (de) 2005-05-13 2016-06-16 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauelement mit Plattenkondensator-Struktur
DE102005038260B3 (de) 2005-08-12 2007-03-22 Infineon Technologies Ag Halbleiterbauteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
US7737469B2 (en) * 2006-05-16 2010-06-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having superjunction structure formed of p-type and n-type pillar regions
JP5147203B2 (ja) * 2006-06-30 2013-02-20 オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド 絶縁ゲート型半導体装置
DE102006047489B9 (de) * 2006-10-05 2013-01-17 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement
JP5196766B2 (ja) 2006-11-20 2013-05-15 株式会社東芝 半導体装置
JP2008251923A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
JP4621708B2 (ja) 2007-05-24 2011-01-26 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
DE102007030755B3 (de) 2007-07-02 2009-02-19 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement mit einem einen Graben aufweisenden Randabschluss und Verfahren zur Herstellung eines Randabschlusses
CN101345254A (zh) * 2007-07-12 2009-01-14 富士电机电子技术株式会社 半导体器件
JP2009087998A (ja) * 2007-09-27 2009-04-23 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置
CN100565879C (zh) * 2008-01-08 2009-12-02 苏州硅能半导体科技股份有限公司 一种深沟槽大功率mos器件及其制造方法
CN101853854B (zh) * 2010-03-12 2012-11-21 无锡新洁能功率半导体有限公司 一种改进型终端结构的沟槽功率mos器件
CN101814528B (zh) * 2010-05-04 2011-06-22 无锡新洁能功率半导体有限公司 一种具有改进型终端的半导体器件及其制造方法
JP5633992B2 (ja) * 2010-06-11 2014-12-03 トヨタ自動車株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JPWO2012056536A1 (ja) * 2010-10-27 2014-03-20 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
TWI407568B (zh) * 2010-11-22 2013-09-01 Sinopower Semiconductor Inc 半導體元件
JP5569600B2 (ja) * 2011-01-17 2014-08-13 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US8941188B2 (en) 2012-03-26 2015-01-27 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor arrangement with a superjunction transistor and a further device integrated in a common semiconductor body
US9536944B2 (en) * 2012-12-04 2017-01-03 Denso Corporation Semiconductor device and method of manufacturing same
US20140231928A1 (en) 2013-02-18 2014-08-21 Infineon Technologies Austria Ag Super Junction Semiconductor Device with an Edge Area Having a Reverse Blocking Capability
CN104282732B (zh) * 2013-07-01 2017-06-27 株式会社东芝 半导体装置
US8958189B1 (en) 2013-08-09 2015-02-17 Infineon Technologies Austria Ag High-voltage semiconductor switch and method for switching high voltages
US10468479B2 (en) * 2014-05-14 2019-11-05 Infineon Technologies Austria Ag VDMOS having a drift zone with a compensation structure

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015110484A1 (de) * 2015-06-30 2017-01-05 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements
US9768291B2 (en) 2015-06-30 2017-09-19 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device having a non-depletable doping region
US10096704B2 (en) 2015-06-30 2018-10-09 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device having a non-depletable doping region
DE102015110484B4 (de) 2015-06-30 2023-09-28 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelemente und Verfahren zum Bilden eines Halbleiterbauelements
DE102016100519A1 (de) * 2016-01-13 2017-07-13 Infineon Technologies Austria Ag Halbleitervorrichtung, die eine Randkonstruktion mit geraden Abschnitten und Eckabschnitten umfasst
US10014367B2 (en) 2016-01-13 2018-07-03 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device including an edge construction with straight sections and corner sections
DE102016100519B4 (de) 2016-01-13 2023-05-17 Infineon Technologies Austria Ag Halbleitervorrichtungen, die eine Randkonstruktion mit geraden Abschnitten und Eckabschnitten umfassen
DE102016120772A1 (de) * 2016-10-31 2018-05-03 Infineon Technologies Dresden Gmbh Halbleitervorrichtung mit Gatepad, Gateelektrode und Integrationsschicht
DE102016120772B4 (de) 2016-10-31 2020-06-10 Infineon Technologies Dresden Gmbh Halbleitervorrichtung mit Gatepad, Gateelektrode und Integrationsschicht

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