DE10240861A1 - Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: DOLLAR A - wenigstens eine erste Anschlusszone (2) eines ersten Leitungstyps in einem Halbleiterkörper (100), die durch eine erste Anschlusselektrode (22) kontaktiert ist, DOLLAR A - eine Driftzone (3) des ersten Leitungstyps, an die sich eine zweite Anschlusszone (31) des zweiten Leitungstyps anschließt, DOLLAR A - eine zwischen der wenigstens einen ersten Anschlusszone (2) und der Driftzone (3) angeordnete Kanalzone (5A, 5B, 5C) eines zweiten Leitungstyps und eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100) und benachbart zu der Kanalzone (5) angeordnete Steuerelektrode (6), wobei durch die Kanalzone (5) in einem Bereich benachbart zu der Steuerelektrode (6) ein erster Kanal (51) gebildet ist, der erst bei Anlegen einer Steuerspannung ungleich Null zwischen der Steuerelektrode (6) und der ersten Anschlusszone (2) leitet, wobei DOLLAR A - die erste Anschlusselektrode (22) über wenigstens einen bereits bei einer Steuerspannung gleich Null leitenden zweiten Kanal (71, 72) des ersten Leitungstyps an die Driftzone (3) angeschlossen ist, DOLLAR A sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterbauelements.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung in einem Schaltwandler geeignetes Halbleiterschaltelement.
  • Aus der DE 100 01 394 A1 ist ein Schaltnetzteil mit einem eine Primärspule und eine Sekundärspule aufweisenden Transformator bekannt, bei dem ein MOS-Transistor in Reihe zu der Primärspule geschaltet und durch eine Ansteuerschaltung getaktet leitend und sperrend angesteuert wird. Die Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung erfolgt mittels einen weiteren MOSFET, dessen Laststrecke zwischen die Primärspule und einen Versorgungsanschluss der Ansteuerschaltung geschaltet ist und der durch die Ansteuerschaltung angesteuert ist. Um eine erste Ansteuerung des weiteren MOSFET zu ermöglichen ist eine Anlaufschaltung vorgesehen, die nach dem Einschalten des Schaltnetzteils eine anfängliche Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung zur Verfügung stellt.
  • Aus der US 5,285,369 ist es bekannt, in Reihe zu der Primärspule eines Transformators in einem Schaltnetzteil einen JFET (Junction FET) und einen Leistungs-MOSFET zu schalten, wobei ein den Laststrecken des MOSFET und des JFET gemeinsamer Knoten über zwei weitere MOSFET an einen Versorgungsanschluss einer Ansteuerschaltung für den Leistungs-MOSFET angeschlossen ist.
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein für die Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung in einem Schaltnetzteil geeignetes Bauelement zur Verfügung zu stellen, welches einen Versorgungsstrom nach der Anlaufphase als und/oder einen Anlaufstrom während der Anlaufphase bereitstellt, so dass keine zusätzliche Anlaufschaltung erforderlich ist, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Ziele werden durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Merkmale des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß der Merkmale des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement umfasst wenigstens eine erste Anschlusszone eines ersten Leitungstyps in einem Halbleiterkörper, die durch eine erste Anschlusselektrode kontaktiert ist, eine Driftzone des ersten Leitungstyps, an die sich eine zweite Anschlusszone des zweiten Leitungstyps anschließt, sowie eine zwischen der wenigstens einen ersten Anschlusszone und der Driftzone angeordnete Kanalzone eines zweiten Leitungstyps und eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper und benachbart zu der Kanalzone angeordnete Steuerelektrode, wobei durch die Kanalzone zwischen der ersten Anschlusszone und der Driftzone in einem Bereich benachbart zu der Steuerelektrode ein im spannungsfreien Zustand des Halbleiterbauelements sperrender erster Kanal gebildet ist. Außerdem ist die erste Anschlusselektrode über wenigstens einen zweiten Kanal des ersten Leitungstyps an die Driftzone angeschlossen.
  • Durch das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement ist ein selbstsperrender und ein selbstleitender MOSFET realisiert, die in einem Halbleiterkörper integriert sind und die eine gemeinsame erste Anschlusselektrode, eine gemeinsame Driftzone und eine gemeinsame zweite Anschlusszone bzw. eine zugehörige gemeinsame zweite Anschlusselektrode aufweisen.
  • Ein derartiges Halbleiterbauelement eignet sich insbesondere zur Spannungsversorgung einer Ansteuerschaltung in einem Schaltnetzteil, wobei bei nicht angesteuerter Steuerelektrode der erste Kanal, der den Kanal des selbstsperrenden MOSFET bildet, sperrt, während der zweite Kanal, der den Kanal des selbstleitenden FET bildet, leitet um einen Anlaufstrom für die Ansteuerschaltung zu liefern.
  • Das Bauelement ist vorzugsweise aus einer Vielzahl von Zellen aufgebaut, wobei die zweiten Kanäle vorzugsweise so dimensioniert sind, dass der über diese Kanäle fließende Strom wesentlich kleiner – vorzugsweise um mehr als den Faktor 10 kleiner – ist, als der bei geeignet angesteuerter Steuerelektrode über die ersten Kanäle fließende Strom.
  • Der selbstleitende FET kann als Depletion MOSFET, als JFET oder als Kombination von beiden ausgebildet sein, was durch die räumliche Anordnung und die genaue Ausgestaltung des zweiten Kanals in dem Halbleiterkörper erreicht werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die erste Anschlusszone unterhalb einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist, die Steuerelektrode isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper oberhalb der Vorderseite angeordnet ist und der zweite Kanal des ersten Leitungstyps zwischen der Vorderseite und der Kanalzone unterhalb der Steuerelektrode ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der selbstleitende FET als Depletion FET ausgebildet, wobei der zweite Kanal durch Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials gesperrt werden kann. Dieses Ansteuerpotential ist bei einem n-leitenden FET, also dann, wenn die Kanalzone p-dotiert und die erste Anschlusszone, die Driftzone und der zweite Kanal n-dotiert sind, negativ gegenüber dem Potential der zweiten Anschlusszone.
  • Der erste Kanal, der durch einen Abschnitt der Kanalzone benachbart zu der Steuerelektrode gebildet ist, ist bei einer Ausführungsform, bei der die Steuerelektrode oberhalb des Halbleiterkörpers gebildet ist, vorzugsweise benachbart zu dem zweiten Kanal unterhalb der Steuerelektrode vorhanden.
  • Auf diese Weise kann eine Kanalzone sowohl für den selbstsperrenden FET als auch für den selbstleitenden FET genutzt werden; ein selbstleitender und ein selbstsperrender FET können innerhalb einer Zelle realisiert sein.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform sind wenigstens zwei Kanalzonen vorhanden, die isoliert gegenüber der Steuerelektrode und benachbart zu dieser angeordnet sind, wobei nur zwischen einer ersten dieser Kanalzonen und der Vorderseite des Halbleiterkörpers ein zweiter Kanal des ersten Leitungstyps ausgebildet ist. Diese erste Kanalzone ist somit Teil des in dem Halbleiterkörper integrierten selbstleitenden FET. Die zweite dieser Kanalzonen dient zur Realisierung des selbstsperrenden FET und umfasst keinen Kanal des ersten Leitungstyps. Diese zweite Kanalzone trennt die erste Anschlusszone und die Driftzone vollständig, so dass nur ein durch einen Abschnitt benachbart zu der Steuerelektrode gebildeter erste Kanal vorhanden ist.
  • Die Dotierungskonzentration des zur Realisierung des selbstleitenden FET erforderlichen zweiten Kanals kann je nach Querschnitt dieses Kanals der Dotierungskonzentration der Driftzone entsprechen oder größer oder kleiner als diese Dotierungskonzentration sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, zur Realisierung des selbstleitenden FET einen Depletion FET und einen JFET in Reihe zu schalten. Dies wird dadurch erreicht, dass zwischen dem zweiten Kanal und der Driftzone ein weiterer Kanal des ersten Leitungstyps vorhanden ist, der durch das Potential an der Kanalzone gesteuert wird. Dieser Kanal ist vorzugsweise zwischen zwei Kanalzonen des zweiten Leitungstyps gebildet, und somit durch pn-Übergänge begrenzt. Der Abstand dieser beiden benachbarten Kanalzonen bestimmt den Kanalquerschnitt und ist so gewählt, dass gewünschte elektrische Eigenschaften des JFET erreicht werden. Dieser weitere Kanal wird abhängig von einem Potential an der Kanalzone gesteuert.
  • Vorzugsweise schließt sich an die wenigstens eine Kanalzone eine Kompensationszone desselben Leitungstyps wie die Kanalzone an, um ein Kompensationsbauelement zu bilden. Kompensationsbauelemente und deren Vorteile sind grundsätzlich bekannt und beispielsweise in folgenden Veröffentlichungen beschrieben: US 5,216,275 , US 4,754,310 , WO 97/29518, DE 43 09 764 C2 und DE 198 40 032 C1 . Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der weitere Kanal, der Teil eines JFET ist, zwischen zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten dieser Kompensationszonen ausgebildet ist.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die erste Anschlusselektrode beabstandet zu der ersten Anschlusszone direkt an die Driftzone im Bereich der Vorderseite des Halbleiterkörpers anzuschließen, wobei der zweite Kanal unterhalb der Vorderseite benachbart zu der Kanalzone ausgebildet ist und nach Maßgabe eines an der Kanalzone anliegenden Potentials leitet oder sperrt. Hierdurch ist parallel zu dem selbstsperrenden FET ein JFET in dem Halbleiterkörper realisiert, wobei der durch den zweiten Kanal gebildete Kanal des JFET über das Potential an der Kanalzone abgeschnürt werden kann. Vorzugsweise sind wenigstens zwei Kanalzonen vorhanden, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet sind, wobei der zweite Kanal zwischen zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten dieser Kanalzonen gebildet ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements mit einem ersten Kanal eines zweiten Leitungstyps und einem zweiten Kanal eines ersten Leitungstyps zwischen einer ersten Anschlusszone und einer Driftzone.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht zunächst vor, einen Halbleiterkörper oder eine Halbleiterschicht zur Verfügung zu stellen, die eine Driftzone eines ersten Leitungstyps sowie eine in der Driftzone im Bereich einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnete Kanalzone eines zweiten Leitungstyps aufweist, wobei isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper oberhalb der Vorderseite des Halbleiterkörpers eine Steuerelektrode angeordnet ist. Eine derartige Anordnung stellt ein übliches Zwischenprodukt bei der Herstellung von MOS-Transistoren dar und ist mittels herkömmlicher Herstellungsverfahren herstellbar.
  • In dieser Anordnung wird in der Steuerelektrode, bzw. in einer die spätere Steuerelektrode bildende Schicht, oberhalb der Kanalzone eine Aussparung erzeugt, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers bis oberhalb der Driftzone reicht. Anschließend wird unterhalb der Steuerelektrode in der Aussparung der Kanal mit Dotierstoffen des ersten Leitungstyps dotiert, um einen Kanal des ersten Leitungstyps in der Kanalzone zu bilden, der den späteren zweiten Kanal des Bauelements bildet. Der zweite Kanal wird auf diese Weise selbstjustiert in Bezug auf die Steuerelektrode erzeugt, da seine Position durch die Aussparung in der Steuerelektrode vorgegeben ist und die Steuerelektrode als Maske während des Dotierverfahrens dient.
  • Außerdem wird eine erste Anschlusszone des ersten Leitungstyps in der Kanalzone, die sich in dem Bauelement an den Kanal des ersten Leitungstyps anschließt, gebildet. Diese Anschlusszone kann nach der Herstellung des zweiten Kanals des ersten Leistungstyps hergestellt werden, oder diese Anschlusszone kann vor der Herstellung des Kanals des ersten Leistungstyps hergestellt werden, wobei die Aussparung zur Erzeugung dieses Kanals in der Steuerelektrode so hergestellt wird, dass sie in lateraler Richtung bis oberhalb der ersten Anschlusszone reicht.
  • Die Herstellung der ersten Anschlusszone, die die spätere Source-Zone des Bauelements bildet, erfolgt mittels herkömm licher Verfahren beispielsweise dadurch, dass oberhalb der Kanalzone eine Aussparung in der Steuerelektrode hergestellt wird, über welche Dotierstoffatome des ersten Leistungstyps in die Kanalzone des zweiten Leitungstyps implantiert und dort ausdiffundiert werden. Die Steuerelektrode dient dabei als Maske für den Implantationsschritt.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Halbleiterbauelement hergestellt, bei dem zwischen einer ersten Anschlusszone und einer Driftzone eine Kanalzone ausgebildet ist, wobei die Kanalzone abschnittsweise einen ersten Kanal des zweiten Leistungstyps bildet und wobei benachbart zu einem solchen ersten Kanal ein zweiter Kanal des ersten Leitungstyps gebildet ist.
  • Vorzugsweise umfasst das Dotieren der Kanalzone unterhalb der Ränder der Steuerelektrode zur Herstellung des Kanals des ersten Leitungstyps die im folgenden erläuterten Verfahrensschritte.
  • Zunächst werden Ladungsträger des ersten Leistungstyps über die Aussparung in die Kanalzone implantiert, wobei diese Implantation direkt in die Kanalzone erfolgt, wenn die Aussparung durch die Steuerelektrode und eine darunter liegende Isolationsschicht bis an den Halbleiterkörper reicht, und wobei diese Implantation durch diese Isolationsschicht in den Halbleiterkörper erfolgt, wenn die Aussparung in der Steuerelektrode nur bis an die Isolationsschicht reicht. An diese Implantation schließt sich ein Diffusionsschritt an, um die implantierten Dotierstoffatome in dem Halbleitermaterial unter die Kanten der Steuerelektrode in der Kanalzone zu treiben. Dann werden die implantierten Dotierstoffatome in der Kanalzone am Boden der Aussparung derart entfernt, dass Dotierstoffatome unter Rändern der Steuerelektrode in der Kanalzone verbleiben. Diese Entfernung erfolgt beispielsweise mittels eines anisotropen Ätzverfahrens unter Verwendung der Aussparung in der Steuerelektrode als Maske. Abschließend wird die Aussparung mit einem isolierenden Füllmaterial, beispielsweise einem Polyimid oder einem Halbleiteroxid, aufgefüllt.
  • Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, den Kanal des ersten Leitungstyps dadurch zu erzeugen, dass Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über die Aussparung unter einem Implantationswinkel größer 0°, also schräg, in die Kanalzone implantiert werden, wodurch eine Implantation unter die Ränder der Steuerelektrode erfolgt. Optional kann sich ein Diffusionsschritt anschließen.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement in einem Schaltwandler einzusetzen, der einen Übertrager mit einer Primärspule und einer Sekundärspule, wobei in Reihe zu der Primärspule ein Halbleiterschalter geschaltet ist, und eine Ansteuerschaltung zur Bereitstellung eines Ansteuersignals für den Halbleiterschalter, die einen Versorgungsanschluss umfasst, aufweist. Die erste und zweite Anschlusszone des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist dabei zwischen die Primärspule und den Versorgungsanschluss der Ansteuerschaltung geschaltet.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigt
  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt (1a), dessen elektrisches Ersatzschaltbild (1b) und dessen Kennlinie ( 1c),
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt,
  • 3 einen Querschnitt in Draufsicht durch die Halbleiterbauelemente gemäß 1 und 2 bei einer Ausführungsform mit kreisförmiger Kanalzone ( 3a) und einer Ausführungsform mit streifenförmiger Kanalzone (3a),
  • 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt,
  • 5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt,
  • 6 ein fünftes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt,
  • 7 eine perspektivische Schnittdarstellung (7a) und eine Darstellung in Draufsicht (7b) eines Halbleiterkörpers mit einer Driftzone, einer Kanalzone und einer Steuerelektrode mit sechseckigen Kontaktlöchern in der Steuerelektrode, der ein Zwischenprodukt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens darstellt,
  • 8 eine perspektivische Schnittdarstellung (8a) und eine Darstellung in Draufsicht (8b) eines Halbleiterkörpers mit einer Driftzone, einer Kanalzone und einer Steuerelektrode mit langgestreckten Kontaktlöchern in der Steuerelektrode, der ein Zwischenprodukt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens darstellt,
  • 9 einen Ausschnitt eines Halbleiterkörpers nach 7 oder 8,
  • 10 den Ausschnitt gemäß 9 nach dem Erzeugen einer Aussparung in der Steuerelektrode,
  • 11 eine Draufsicht (11a) auf eine Halbleiterkörper gemäß 7 (11b) und eine Draufsicht auf einen Halbleiterkörper gemäß 8 nach dem Erzeugen der Aussparung,
  • 12 den Ausschnitt gemäß 10, nach dem Einbringen von Dotierstoffatomen in die Kanalzone,
  • 13 den Ausschnitt gemäß 12, nach dem teilweisen Entfernen der Kanalzone unterhalb der Aussparung,
  • 14 eine Draufsicht (14a) auf eine Halbleiterkörper gemäß 7 und eine Draufsicht (14b) auf einen Halbleiterkörper gemäß 8 nach dem Einbringen von Dotierstoffatomen in die Kanalzone,
  • 15 den Ausschnitt gemäß 13 nach dem Auffüllen der Aussparung mit einem Füllmaterial,
  • 16 Querschnitte durch die Anordnungen gemäß 14 in drei Schnittebenen senkrecht zu der Schnittebene gemäß 14,
  • 17 Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement nach einem Verfahrensschritte, bei dem Aussparungen in der Steuerelektrode oberhalb der Kanalzone erzeugt wurden,
  • 18 Anwendungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement in einem Schaltnetzteil.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
  • 1a zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt. Dieses Halbleiterbauelement ähnelt auf den ersten Blick einem zellenartig aufgebauten Leistungs-MOSFET. Das Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer Driftzone 3 eines ersten Leitungstyps, in der im Bereich einer Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 mehrere Kanalzonen 5A, 5B, 5C eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps angeordnet sind. In diese Kanalzonen 5A, 5B, 5C sind ebenfalls im Bereich der Vorderseite 101 Anschlusszonen 2 des ersten Leitungstyps eingebettet, wobei diese ersten Anschlusszonen 2 mittels einer Anschlusselektrode 22 kontaktiert sind, wobei diese Anschlusselektrode 22 sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 durch die ersten Anschlusszonen 2 bis in die Kanalzonen 5A, 5B, 5C erstreckt, um die ersten Anschlusszonen 2 und die Kanalzonen 5A, 5B, 5C kurzzuschließen.
  • Oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 ist eine Steuerelektrode 6 vorhanden, von der in Schnittdarstellung gemäß 1 mehrere Abschnitte dargestellt sind. Diese Steuerelektrode 6 liegt benachbart zu den Kanalzonen und ist mittels einer Isolationsschicht 61 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 und gegenüber der ersten Anschlusselektrode 22 isoliert.
  • Nach unten schließt sich an die Driftzone 3 eine zweite Anschlusszone 31 des ersten Leitungstyps an, die üblicherweise stärker als die Driftzone 3 dotiert ist.
  • An die Kanalzonen 5A, 5B, 5C schließen sich in dem Ausführungsbeispiel Kompensationszonen 8A, 8B, 8C an, die mit Dotierstoffatomen desselben Leitungstyps wie die Kanalzonen 5A, 5B, 5C dotiert sind, wobei die Dotierungsverhältnisse der Driftzone 3 und der Kompensationszonen 8A, 8B, 8C dem Prinzip bei Kompensationsbauelementen folgend so gewählt sind, dass in etwa gleich viele Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps in der Driftzone 3 wie Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in den Kompensationszonen 8A, 8B, 8C vorhanden sind, so dass die Kompensationszonen 8A8C und die Driftzone 3 bei sperrendem Halbleiterbauelement sich gegenseitig ausräumen können.
  • Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement umfasst weiterhin Kanäle 71 des ersten Leitungstyps, die zwischen der ersten Anschlusszone 2 und der Driftzone 3 ausgebildet sind.
  • Diese Kanäle 71 sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 in den Kanalzonen 5A, 5C im Bereich der Vorderseite 101 unterhalb der Steuerelektrode 6 ausgebildet. Die Kanäle 71 reichen in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 von der ersten Anschlusszone 2 bis in den Bereich der Driftzone 3, der sich nach oben bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 erstreckt. In vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers erstrecken sich die Kanäle 71 in dem Beispiel in etwa bis an den unteren Rand der ersten Anschlusszone 2. Es sei darauf hingewiesen, dass abhängig von den gewünschten elektrischen Eigenschaften diese Kanäle 71 auch oberhalb des unteren Randes der ersten Anschlusszone 2 enden können, sich in vertikaler Richtung also auch weniger weit in den Halbleiterkörper 100 hinein erstrecken können als die Anschlusszone 2, wobei die Dotierungskonzentration der zweiten Kanäle 71 dann auch höher sein kann als die Dotierungskonzentration der Driftzone 3.
  • Das Bauelement gemäß 1a realisiert in einem Halbleiterkörper einen selbstsperrenden MOSFET (Enhancement MOSFET) und einen selbstleitenden MOSFET (Depletion MOSFET). Das elektrische Ersatzschaltbild dieses Halbleiterbauelements sowie dessen Kennlinie ist in den 1b und 1c dargestellt. Die erste Anschlusselektrode 21 bildet die Source-Elektrode sowohl des selbstsperrenden MOSFET als auch des selbstleitenden MOSFET. Ebenfalls beiden Bauelementen gemeinsam ist die Driftzone 3 mit den Kompensationszonen 8A, 8B, 8C und die zweite Anschlusszone 31, wobei letztere die Drain-Zone der beiden MOSFET bildet. Ebenfalls beiden MOSFET gemeinsam ist die Steuerelektrode 6, die die Gate-Elektrode bildet. In 1a ist durch schematisch eingezeichnete elektrische Verbindungen veranschaulicht, dass die dort dargestellten Elektrodenabschnitte elektrisch miteinander verbunden sind bzw. Bestandteil nur einer durchgängigen Elektrode sind, die im Bereich von Anschlusskontakten der Anschlusselektrode 22 an die erste Anschlusszone 2 und die Body-Zonen 5A, 5B, 5C Kontaktlöcher aufweist.
  • Die Kanalzonen 5A, 5B, 5C bilden in Bereichen unterhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 und benachbart zu der Steuerelektrode 6 Kanäle 51 des selbstsperrenden MOSFET, wobei das Leitverhalten dieser Kanäle 51 über ein Ansteuerpotential der Gate-Elektrode 6 einstellbar ist. Bei einem n-leitenden MOSFET sind die erste Anschlusszone 1, die Driftzone 3 und die Draitzone 31 sowie die Kanäle 71 n-dotiert, während die Kanalzonen 5A, 5B, 5C und die Kompensationszonen 8A, 8B, 8C p-dotiert sind. Bei Anlegen einer positiven Drain-Source-Spannung sperrt der zwischen dem Kanal 51 und der Driftzone 3 gebildete pn-Übergang sofern kein positives Ansteuerpotential an der Steuerelektrode 6 anliegt.
  • Die Kanäle 71 realisieren bei einem n-leitenden MOSFET eine n-leitende Verbindung zwischen der ersten Anschlusszone 2 und der Driftzone 3, so dass auch bei einem Ansteuerpotential von 0 Volt an der Gate-Elektrode 6 ein leitender Kanal zwischen der ersten Anschlusszone 2 und der Driftzone 3 besteht.
  • Die Funktionsweise des Halbleiterbauelements gemäß 1a wird nachfolgend anhand des Kennlinienfeldes in 1c erläutert, wobei für das Kennlinienfeld davon ausgegangen ist, dass es sich bei dem dargestellten Bauelement um ein n-leitendes Bauelement handelt, bei dem die Source-Zone 2, die Driftzone 3, die Drain-Zone 31 sowie die Kanalzone 71 n-dotiert sind, während die Kanalzonen 5A, 5B, 5C, die auch als Body-Zonen bezeichnet werden, sowie die Kompensationszonen 5A, 5B, 5C p-dotiert sind. Die Kennlinie in 1c veranschaulicht den Strom zwischen der Drain-Zone D, 31 und der Source-Elektrode S, 22 bei einer gegebenen positiven Drain-Source-Spannung, abhängig von dem Potential an der Gate-Elektrode bzw. einer Gate-Source-Spannung Ugs zwischen der Gate-Elektrode 6 und der Source-Elektrode S, 22. Die Kennlinie zeigt, dass bereits bei Gate-Source-Spannungen von 0V ein Strom fließt, der durch die selbstleitenden Kanäle 71 ermöglicht wird. Dieser Strom steigt bei zunehmender Gate-Source-Spannung Ugs ab Erreichen einer Schwellenspannung Ugs1 an, wobei diese Schwellenspannung Ugs1 dadurch bestimmt ist, dass sich im Bereich der Kanäle 51 in den Kanalzonen 5A, 5B, 5C n-Ladungsträger ansammeln, die eine n-leitende Verbindung zwischen der Source-Zone 2 und der Drift-Zone 3 bereitstellen. Das Halbleiterbauelement ist bei Überschreiten dieser Schwellenspannung voll eingeschaltet.
  • Verringert man die Gate-Source-Spannung Ugs zu negativen werten hin, so nimmt der Drain-Source-Strom bei Erreichen einer negativen Schwellenspannung –Ugs2 stark ab und nähert sich annäherungsweise dem Wert 0 an. In diesem Schaltzustand sind die n-dotierten Kanäle 71 bedingt durch die negative Gate-Source-Spannung Ugs abgeschnürt. Das Bauelement sperrt voll- ständig, wobei ein bei Anlegen einer Drain-Source-Spannung noch fließender Strom aus unvermeidlichen Leckverlusten resultiert.
  • Das Verhältnis des Stromes bei einer Gate-Source-Spannung von 0V und des Stromes in voll eingeschaltetem Zustand nach Überschreiten der Schwellenspannung Ugs1 kann über das Verhältnis der Querschnitte der selbstsperrenden Kanäle 51 zu den Querschnitten der selbstleitenden Kanäle 71 und über die Dotierung der selbstleitenden Kanäle eingestellt werden. Vorzugsweise ist der gesamte Querschnitt der selbstleitenden Kanäle 71, der sich aus der Summe der Einzelquerschnitte aller Kanäle 71 ergibt, klein im Verhältnis zu den Gesamtkanalquer schnitten der selbstsperrenden Kanäle 51, der sich aus der Summe der Einzelquerschnitte aller Kanäle 51 ergibt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass nur bei einigen der Kanalzonen, in dem Beispiel bei den Kanalzonen 5A, 5C Kanäle 71 des ersten Leitungstyps vorgesehen sind, und dass darüber hinaus an einer Kanalzone 5A, 5C, bei der sowohl selbstsperrende Kanäle 51 als auch selbstleitende Kanäle 71 vorhanden sind, die Abmessungen der selbstleitenden Kanäle 71 klein im Verhältnis zu den Abmessungen der selbstsperrenden Kanäle 51 sind, wie im Folgenden anhand von 3 erläutert wird.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß 1a in der in 1a eingezeichneten Schnittebene I-I. Dabei zeigt 3 in den 3a und 3b zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele, wobei Querschnitte entlang der Schnittlinien II-II in den Halbleiterbauelementen gemäß 3a und 3b zu der Darstellung gemäß 1a führen.
  • 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Kanalzonen 5A, 5C kreisförmig in der Driftzone 3 ausgebildet sind. Die Kanalzonen 5A, 5C sind in dieser Darstellung ringförmig um die ersten Anschlusszonen 2 ausgebildet, wobei die Kanäle des ersten Leitungstyps 71 Sektoren dieses Kreisrings sind. In dem Beispiel gemäß 3 sind Abmessungen dieser Sektoren bezogen auf den Gesamtumfang gering, um das erwünschte Verhältnis zwischen dem Strom über die Kanäle 71 und die Kanäle 51 einzustellen. Vorzugsweise sind mehrere derartige Kanäle 71 über diesen ringförmigen Abschnitt der Kanalzone 5C verteilt, wie dies strichpunktiert in 3a eingezeichnet ist.
  • Die zwei die Source-Zone kontaktierenden Anschlussstifte der Source-Elektrode 22 sind in dem Ausführungsbeispiel sechseckförmig, wobei ein darüber liegendes Kontaktloch der Gate- Elektrode, welches in 3a gestrichelt eingezeichnet ist, ebenfalls sechseckförmig ist.
  • 3b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Kanalzonen 5A, 5C in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 langgestreckt ausgebildet sind, wobei die Source-Zone 2, die Anschlusskontakte, Source-Elektrode 22 sowie die darüber liegende Gate-Elektrode, die in 3b gestrichelt eingezeichnet ist, ebenfalls langgestreckt ausgebildet sind. Die Abmessungen der Kanäle 71 des ersten Leitungstyps in lateraler Richtung sind dabei klein gegenüber den Abmessungen der Kanalzonen 5A, 5C bzw. der selbstsperrenden Kanäle in diesen Kanalzonen 5A, 5C.
  • 2 zeigt eine Abwandlung des in 1a dargestellten Halbleiterbauelementes, wobei bei diesem Halbleiterbauelement zwischen der ersten Anschlusszone 2 und der Driftzone 3 neben den Kanälen 71 des ersten Leitungstyps ein weiterer Kanal 91 des ersten Leitungstyps ausgebildet ist. Dieser weitere Kanal 91 ist durch zwei in lateraler Richtung beabstandet angeordnete Kanalzonen 5A, 5C begrenzt, wobei diese Kanalzonen 5A, 5C im Vergleich zu den übrigen Kanalzonen 5B in lateraler Richtung Verbreiterungen 52A, 52C aufweisen, zwischen denen der Kanal 91 gebildet ist, so dass die Kanalzonen 5A, 5C un- terhalb der selbstleitenden Kanäle 71 enger beisammen liegen, als in den übrigen Bereichen, in denen die Kanalzonen, beispielsweise die Kanalzone 5A, 5B ebenfalls benachbart angeordnet sind, bei denen jedoch keine selbstleitenden Kanäle 71 sondern selbstsperrende Kanäle 51 vorhanden sind.
  • Die Anordnung mit den Abschnitten 52A, 52C der Kanalzonen 5A, 5C und dem dazwischen liegenden Kanal 91 des ersten Leitungstyps funktioniert nach Art eines JFET, wobei der Kanal 91 abhängig von dem Potential an den Kanalzonen 5A, 5C abgeschnürt wird, wenn sich ausgehend von den pn-Übergängen Raumladungszonen ausbilden, die sich in der Mitte des Kanals 91 berühren.
  • Bei dem Bauelement gemäß 2 ist der selbstleitende FET somit durch eine Kombination eines Depletion-FET und eines JFET gebildet. Der Kanal 91 wird bei einem Maximalstrom Imax abgeschnürt. Die Kanalzonen 5A, 5C bzw. 52A, 52C liegen über die Elektrode 22 auf Source-Potential. Der Kanal 91 liegt auf einem verglichen zu Source-Potential höheren Potential, das proportional zu einem Strom I durch den Kanal 91 und dem Widerstand des Kanals 71 ist. Erreicht der Strom I durch den Kanal 91 den Maximalstrom Imax so wird der Kanal 91 abgeschnürt. Der den Kanal 91 durchfließende Strom wird so auf einen Wert unterhalb des Maximalstromes Imax begrenzt. Durch diese strombegrenzende Wirkung funktioniert der Strukturbereich mit den Kanälen 71 und 91 nach Art einer Konstantstromquelle.
  • Die in den 3a und 3b dargestellten Querschnitte gelten auch für das Halbleiterbauelement gemäß 2.
  • 4 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles gemäß 2, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel ein Kanal 92 des zweiten Leitungstyps zwischen Abschnitten der Kompensationszonen 8A, 8C verläuft. Die Kompensationszonen 8A, 8C weisen in diesem Bereich Verbreiterungen 81A, 81C auf, um den Querschnitt des Kanals 92 zu definieren, wobei dieser Kanalquerschnitt 92 wesentlich geringer ist, als der Abstand der Kanalzonen 8A, 8B in solchen Bereichen, in denen keine Kanäle 71 des ersten Leitungstyps oberhalb angeordnet sind.
  • Eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist in 5 dargestellt. Dieses Halbleiterbauelement unterscheidet sich von dem in den 1 bis 4 dargestellten dadurch, dass keine Kanäle des ersten Leitungstyps in den Kanalzonen 5A, 5C angeordnet sind. Ein Kanal 72 des ersten Leitungstyps ist bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß 5 zwischen der ersten Anschlusselektrode 22 und der Driftzone 3 dadurch gebildet, dass die erste Anschluss elektrode 22 den Halbleiterkörper 100 im Bereich der Vorderseite 101 direkt in einem solchen Bereich kontaktiert, in dem die Driftzone 3 zwischen zwei benachbarten Kanalzonen 5A, 5C bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 reicht. Der Kanal 72 ist dabei zwischen zwei in lateraler Richtung beabstandeten Kanalzonen 5A, 5C gebildet, wobei diese Kanalzonen 5A, 5C im Bereich des Kanals 72 in lateraler Richtung durch Abschnitte 53A, 53C des zweiten Leitungstyps verbreitert sind, um die Kanalweite des Kanals 72 zu definieren. Im Bereich des Kanals 72 sind die benachbarten Kanalzonen 5A, 5C damit enger beabstandet, als in übrigen Bereichen, beispielsweise im Bereich zwischen den Kanalzonen 5A und der Kanalzone 5B, bei denen kein an die Anschlusselektrode 22 angeschlossener Kanal 72 des ersten Leitungstyps vorhanden ist. Im Bereich des Anschlusskontakts 212 der Anschlusselektrode 22 an den Halbleiterkörper 100 ist keine Gate-Elektrode vorhanden bzw. sind Abschnitte der Gate-Elektrode 6 entfernt.
  • Der Kanal 72 des ersten Leitungstyps mit den ihn begrenzenden Abschnitten 53A, 53C des zweiten Leitungstyps bildet zusammen mit der ersten Anschlusselektrode 22, der Driftzone 3 und der zweiten Anschlusszone bzw. Drain-Zone 31 einen JFET, wobei der Kanal dieses JFET über das Potential an den Kanalzonen 5A, 5C abgeschnürt werden kann. Dieses Potential an den Kanalzonen 5A, 5C entspricht wegen des Kurzschlusses der Source-Zonen 2 und der Kanalzone 5A, 5C dem Source-Potential. Das Potential dieses Kanals 72 wird durch einen den Kanal durchfließenden Strom angehoben, wobei der Kanal bei Erreichen eines Maximalstromes sperrt und damit den Stromfluss begrenzt.
  • 6 zeigt eine Abwandlung des Halbleiterbauelements gemäß 5, wobei sich das Halbleiterbauelement gemäß in 6 von dem in 5 dargestellten dadurch unterscheidet, dass sich der Kanal 72 des ersten Leitungstyps ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung zur Driftzone 3 hin verjüngt. Dies wird dadurch erreicht, das die den Kanal 72 definierenden in lateraler Richtung beabstandet angeordneten Kanalzonen 5A, 5C in diesem Bereich dotierte Abschnitte 54A, 54C des zweiten Leitungstyps aufweisen, die beispielsweise stufenförmig ausgebildet sind, um so einen Kanal 72 mit einer größeren Kanalbreite unmittelbar unterhalb der Vorderseite 101 und einen Kanal mit einer geringeren Kanalbreite im Abstand zu der Vorderseite 101 zu erhalten.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes, bei welchem ein selbstsperrender FET und ein selbstleitender FET in einem Halbleiterkörper integriert sind, wird nachfolgend anhand der 7 bis 16 erläutert. 7 zeigt in perspektivischer Ansicht (7a) und in Draufsicht (7b) eine Halbleiteranordnung, die den Ausgangspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet und die mittels herkömmlicher in der Halbleitertechnologie bekannter Verfahren herstellbar ist und bei der Herstellung zellenartig aufgebauter Leistungs-MOSFET als Zwischenprodukt entsteht. Die Anordnung umfasst einen Halbleiterkörper 100, der eine Anschlusszone 31, die spätere Drain-Zone des ersten Leitungstyps und eine auf die erste Anschlusszone 31 aufgebrachte Driftzone 3 des ersten Leitungstyps aufweist, wobei die Driftzone 3 üblicherweise niedriger als die Anschlusszone dotiert ist. Die nicht maßstabsgerecht dargestellte erste Anschlusszone 31 ist beispielsweise ein Halbleitersubstrat, auf welches die Driftzone 3 mittels Epitaxie aufgebracht ist. Auf eine Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers oberhalb der Driftzone 3 ist eine Steuerelektrodenschicht 6 aufgebracht, die mittels einer dazwischen liegenden Isolationsschicht 61, beispielsweise einem Halbleiteroxid, wie z.B. Siliziumdioxid, gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist. Die Steuerelektrodenschicht 6 und die Isolationsschicht 61 weisen in dem Ausführungsbeispiel sechseckförmige Kontaktlöcher 62 auf, die bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers reichen. Unterhalb dieser Kontaktlöcher 62 sind in die Driftzone 3 Kanalzonen 5 des zweiten Leitungstyps eingebracht. Diese Kanalzonen 5 sind in Draufsicht etwa kreisförmig, wie dies gestrichelt in 7b eingezeichnet ist. Diese Kanalzonen 5 wer den beispielsweise dadurch erzeugt, dass im Bereich der Kontaktlöcher 62 Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps in den Halbleiterkörper 100 implantiert und anschließend ausdiffundiert werden, um auf diese Weise Kanalzonen 5 zu erhalten, deren Abmessungen in lateraler Richtung größer sind als die Abmessungen der Kontaktlöcher 62.
  • 8 zeigt ausschnittsweise in perspektivischer Darstellung (8a) und in Draufsicht (8b) ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Halbleiteranordnung als Ausgangsanordnung für das erfindungsgemäße Verfahren. Diese Halbleiteranordnung gemäß 8 unterscheidet sich von der in 7 dargestellten durch die Geometrie der Kontaktlöcher bzw. Aussparungen 62 in der über dem Halbleiterkörper 100 aufgebrachten Elektrodenschicht. Diese Aussparungen sind in dem Beispiel gemäß 8 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers langgestreckt bzw. streifenförmig ausgebildet. Die Kanalzonen 5 verlaufen entsprechend langgestreckt unterhalb der Aussparungen 62 in dem Halbleiterkörper 100. Die gestrichelten Linien in 8 veranschaulichen den Übergang zwischen der Kanalzone 5 und der Driftzone 3 unterhalb der Steuerelektrode 6.
  • 9 zeigt einen Querschnitt durch die Halbleiteranordnungen gemäß der 7 und 8 entlang der in den 7b und 8b eingezeichneten Schnittlinien IV-IV.
  • 10 zeigt diesen Ausschnitt nach einem ersten Verfahrensschritt, bei welchem ein unter Verwendung einer Maske 200, insbesondere einer Lackmaske, ein Graben 66 in die Elektrodenschicht 6 und die Isolationsschicht 61 eingebracht wurde, der bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers reicht.
  • 11a zeigt eine Draufsicht ohne Lackmaske auf eine Anordnung gemäß 7 nach der Herstellung dieses Grabens 66, und 11b zeigt eine Anordnung gemäß 8 nach der Herstellung dieses Grabens 66. Daraus ist ersichtlich, dass der oder die Gräben 66 in der Elektrodenschicht 6 oberhalb der Kanalzone 5 derart erzeugt werden, dass sie von den Kontaktlöchern 66 bis oberhalb der Driftzone 3 reichen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11a wird ein solcher Graben 66 zu jeder Kontaktaussparung 62 der Elektroden 6 erzeugt. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 11 werden mehrere solche Gräben 66 in lateraler Richtung beabstandet entlang der Aussparung 62 in der Elektrodenschicht 6 erzeugt.
  • 12 zeigt einen Ausschnitt entlang der Schnittlinien V-V in den 11A und 11B, der dem Ausschnitt entlang der Schnittlinie IV-IV in den 7A und 7B entspricht, während eines weiteren Verfahrensschrittes. Bei diesem Verfahrensschritt ist noch die Lackmaske 200, die in der Darstellung der 11A und 11B weggelassen ist, auf die Steuerelektrode 6 aufgebracht. Unter Verwendung dieser Lackmaske 200 werden Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über die Aussparung 62 in der Elektrodenschicht 6 und der Isolationsschicht 61 in die Kanalzone 5 derart eingebracht, dass eine dotierte Zone 71' des ersten Leitungstyps entsteht, die in der Kanalzone 5 bis unterhalb der Elektrode 6 reicht.
  • Diese dotierte Zone 71' wird beispielsweise dadurch erzeugt, das Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps in die Kanalzone 5 implantiert werden, wobei sich an dieses Implantationsverfahren ein Diffusionsverfahren anschließt, um die implantierten Dotierstoffatome insbesondere unter die Ränder der Steuerelektrode 6 in der Kanalzone 5 auszutreiben.
  • Bei einem weiteren möglichen Verfahren zur Herstellung dieser dotierten Zone 71' ist vorgesehen, die Dotierstoffatome schräg, d. h. unter einem Winkel größer als 0°, gegenüber der Senkrechten in die Kanalzone 5 zu implantieren, so dass bereits während des Implantationsschrittes Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps unter die Ränder bzw. Kanten der Steuerelektrode 6 der Kanalzone 5 implantiert werden.
  • In nächsten Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 13 dargestellt ist, wird die dotierte Schicht 71' derart teilweise entfernt, dass lediglich dotierte Bereiche 71 unterhalb der Elektrode 6 bzw. der Isolationsschicht 61 verbleiben. Dieses teilweise Entfernen der dotierten Schicht 71' erfolgt beispielsweise mittels eines anisotropen Ätzverfahrens unter Verwendung der Lackmaske 200 oder einer Hartmaske, wobei durch dieses Ätzverfahrens der Graben 62 in der Elektrodenschicht 6 und der Isolationsschicht 61 in die Kanalzone 5 bis unterhalb der dotierten Schicht 71 ausgedehnt wird, um so die dotierte Zone 71' und Teile der Kanalzone 5 zu entfernen. Der in 13 gestrichelt markierte Ausschnitt A ist in 13 vergrößert neben der Ausschnittsdarstellung V-V gezeigt.
  • Während sich der Graben 62 in den zuvor erläuterten Figuren bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers erstreckt, ist bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform vorgesehen, diesen Graben zunächst nur bis an die Isolationsschicht 61 voranzutreiben und die Implantation durch diese Isolationsschicht 61 in die Kanalzone 5 durchzuführen. Die Isolationsschicht 61 wird oberhalb des Halbleiterkörpers 100 dann erst bei dem Ätzverfahren zur teilweisen Entfernung der dotierten Schicht 71' entfernt.
  • 14a zeigt eine Anordnung gemäß 7 mit sechseckförmigen Aussparungen 62 in der Elektrodenschicht nach dem anhand von 13 erläuterten Verfahrensschritten. 14b zeigt eine Vorrichtung gemäß 8 nach diesen Verfahrensschritten. Daraus wird deutlich, dass sich die dotierten Zonen 71 in der Kanalzone unterhalb der Steuerelektrode 6 von den Aussparungen 62 bis in die Driftzone 3 erstrecken.
  • In nächsten Verfahrensschritten wird der Graben 62 mit einer Isolationsschicht 67 aufgefüllt, und die Maske 200 oberhalb der Elektrodenschicht 6 wird entfernt. 15 zeigt das Halbleiterbauelement in einer Schnittdarstellung, die der Schnittdarstellung in den 9, 10, 12 und 13 entspricht, nach diesem nächsten Verfahrensschritt. Aufgefüllt werden dabei nur die Gräben 66, die sich von den Kontaktlöchern 62 bis oberhalb der Driftzone 3 erstrecken. Die Kontaktlöcher 62 werden dabei zunächst nicht aufgefüllt bzw. nach dem Auffüllen wieder geöffnet.
  • Es schließen sich nun herkömmliche Verfahrensschritte zur Erzeugung einer Anschlusszone des ersten Leitungstyps an, die als Source-Zone des Halbleiterbauelement dient. Diese Verfahrensschritte umfassen beispielsweise das Implantieren von Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps in die Kanalzone 5 unter Verwendung der Aussparungen 62 als Maske und die anschließende Ausdiffusion dieser Dotierstoffatome unter die Ränder der Elektrodenschicht 6 im Bereich der Aussparungen 62. Abschließend wird eine Isolationsschicht auf die Oberseite der Elektrodenschicht 6 und auf freiliegende Bereiche der Elektrodenschicht 62 aufgebracht und ein Kontaktloch in den Halbleiterkörper 100 eingebracht, welches durch die zweite Anschlusszone 2 bis in die Kanalzone 5 reicht. Abschließend wird eine Elektrodenschicht 62 abgeschieden, die das Kontaktloch auffüllt und die die Isolationsschicht oberhalb der Elektrode 6 überdeckt und die als Source-Elektrode des Bauelements dient. 16 zeigt ein daraus resultierendes Halbleiterbauelement in drei verschiedenen Schnittebenen, die den Schnittebenen VI, VII und VIII entsprechen, die in den 14a und 14b eingezeichnet sind.
  • Der Querschnitt entlang der Schnittebene VI-VI, der in 16a dargestellt ist, gleicht einem ausschnittsweisen Querschnitt durch einen herkömmlichen selbstsperrenden Leistungs-MOSFET. In der Driftzone 3 des ersten Leitungstyps ist dabei eine Kanalzone 5 des zweiten Leitungstyps angeordnet, wobei in der Kanalzone 5 wiederum eine erste Anschlusszone 2 des ersten Leitungstyps angeordnet ist, die mittels einer Anschlusselektrode 22 kontaktiert ist, wobei die Anschlusselektrode 22 die erste Anschlusszone 2, also die Source-Zone, und die Kanalzone, also die Body-Zone, kurzschließt. Die Steuerelektrode 6, die die Gate-Elektrode bildet, befindet sich oberhalb des Halbleiterkörpers 100 benachbart zu der Body-Zone 5 und verläuft in lateraler Richtung zwischen der Source-Zone 2 und der Driftzone 3. Unterhalb der Gate-Elektrode 6 ist in der Kanalzone 5 ein Kanal 51 gebildet, der im spannungslosen Zustand des Halbleiterbauelements sperrt und der leitet, wenn eine positive Spannung zwischen der Gate-Elektrode 6 und der Source-Elektrode 22 bzw. der Source-Zone 2 angelegt wird.
  • Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements zeigt sich in dem Querschnitt VII-VII, der in 16b dargestellt ist. Daraus wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement neben dem selbstsperrenden Kanal 51 in der Kanalzone 5 einen Kanal 71 des ersten Leitungstyps aufweist, der sich von der Source-Zone 2 bis in die Driftzone 3 erstreckt, wobei dieser Kanal 71 desselben Leitungstyps wie die Source-Zone 2 und die Driftzone 3 bereits dann leitet, wenn kein Ansteuerpotential an die Gate-Elektrode 6 angelegt wird. Dieser leitenden Kanal 71 resultiert aus der dotierten Schicht 71' des ersten Leitungstyps, deren Herstellung anhand der 12 und 13 erläutert wurde. Sofern die Kontaktlöcher 62 der Elektrode während der Herstellung dieser dotierten Schicht 71' nicht abgedeckt sind, erstreckt sich diese dotierte Schicht 71' ursprünglich auch über Bereiche der Kanalzone 5 unterhalb der Kontaktlöcher 62. Allerdings werden diese Bereiche für die Herstellung der Source-Zone 2 anschließend stark mit Ladungsträgern des ersten Ladungstyps dotiert, so dass die aus dieser Schicht 71' resultierende Dotierung der Kanalzone im Weiteren nicht mehr ins Gewicht fällt, so dass der daraus resultierende Kanal 71 des ersten Leitungstyps in 16b ausschließlich zwischen der Anschlusszone 2 und der Driftzone 3 in der Kanalzone 5 dargestellt ist.
  • 16c zeigt den Querschnitt durch das Halbleiterbauelement im Bereich des ursprünglichen Grabens 66, der nun mit dem Isolationsmaterial 67 aufgefüllt ist. Unterhalb dieses Isolationsmaterials 67 befindet sich die Kanalzone des zweiten Leitungstyps, so dass mangels Steuerelektrode in diesem Bereich unabhängig von der an der Steuerelektrode angelegten Spannung kein leitender Kanal zwischen der Source-Zone und der Driftzone 3 ausgebildet werden kann.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement ist der Kanal 71 des ersten Leitungstyps in der Kanalzone 5 Teil eines selbstleitenden FET, während die übrigen Bereiche 5 der Kanalzone, nämlich die Kanäle 51 Teil eines selbstsperrenden FET sind. Der Strom des Halbleiterbauelements bei Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Anschlusszone 2 bzw. der ersten Anschlusselektrode 22 und der zweiten Anschlusszone 31 ist über die Anzahl der selbstleitenden Kanäle 71 in der Kanalzone 5 einstellbar. 17 zeigt eine der 11a entsprechende Darstellung für mehrere Ausführungsbeispiele bei welchen mehr als ein Kanal ausgehend von dem sechseckförmigen Kontaktloch 62 vorgesehen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht auch die Möglichkeit, zellenweise zu variieren, d.h. in einer der Kanalzonen 5 einen oder mehrere solcher selbstleitenden Kanäle zu implementieren, während in anderen Kanalzonen keine solchen selbstleitenden Kanäle implementiert werden.
  • 18 zeigt ein mögliches Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, bei welchem ein selbstsperrender FET und ein selbstleitender FET in einem Halbleiterkörper integriert sind. Dieses Anwendungsbeispiel betrifft ein Schaltnetzteil mit Eingangsklemmen K1, K2 zum Anlegen einer Eingangsspannung Uin und Ausgangsklemmen K3, K4 zum Bereitstellen einer Ausgangsspannung Uout. Das Schaltnetzteil umfasst einen Transformator TR mit einer Primärspule L1 und einer Sekundärspule L2, wobei die Primärspule L1 in Reihe zu einem Leistungstransistor geschaltet ist und diese Reihen schaltung an die Eingangsspannung Uin angeschlossen ist. An die Sekundärspule L2 ist eine Gleichrichteranordnung mit einer Diode D2 und einem Kondensator C2 angeschlossen, wobei die Ausgangsspannung Uout über dem Kondensator C2 abgreifbar ist. Der Leistungstransistor T1 wird getaktet mittels einer Ansteuerschaltung AS angesteuert, wobei das Taktverhältnis, mit welchem der Transistor T1 leitend und sperrend angesteuert wird, die Leistungsaufnahme des Schaltnetzteils und damit die Ausgangsspannung bestimmt. Der Ansteuerschaltung AS wird eine Information über die Ausgangsspannung Uout zugeführt, wie in 18 gestrichelt dargestellt ist, um das Taktverhältnis so einzustellen, dass die Ausgangsspannung lastunabhängig wenigstens annäherungsweise konstant ist.
  • Die Ansteuerschaltung AS weist Versorgungsanschlüsse V1, V2 auf, wobei ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement, welches in 18 im Ersatzschaltbild als Parallelschaltung eines selbstleitenden FET T21 und eines selbstsperrenden FET T22 dargestellt ist, zwischen die Primärspule L1 und den Versorgungsanschluss V1 der Ansteuerschaltung AS geschaltet ist. Zwischen diese Versorgungsklemme V1, V2 ist ein Versorgungskondensator C1 geschaltet. Bei Anlegen einer Eingangsspannung Uin, wenn dieser Versorgungskondensator C1 noch nicht geladen ist und die Ansteuerschaltung AS den Leistungstransistor T1 noch nicht ansteuern kann, wird dieser Versorgungskondensator über den selbstleitenden Transistor T21 aufgeladen, bis die Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung AS zur Ansteuerung des Leistungstransistors T1 ausreicht. Die Ansteuerschaltung AS steuert weiterhin das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement T21, T22 an, um das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement beispielsweise kurz vor oder kurz nach dem Einschalten des Leistungstransistors T1 voll aufzusteuern und dadurch den Versorgungskondensator C1 immer wieder aufzuladen.
  • Das Halbleiterbauelement mit dem selbstsperrenden Transistor T22 und dem selbstleitenden Transistor T21 zur Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung AS sowie der Lasttransistor T1 sind vorzugsweise in einem gemeinsamen Chip oder auf getrennten Chips in einem gemeinsamen Gehäuse integriert.
  • 2
    erste Anschlusszone
    3
    Driftzone
    6
    Steuerelektrode
    5A, 5B, 5C, 5
    Kanalzone
    22
    erste Anschlusselektrode
    8A, 8B, 8C
    Kompensationszone
    31
    zweite Anschlusszone
    51
    Kanal des zweiten Leitungstyps
    61
    Isolationsschicht
    62
    Kontaktlöcher
    66
    Aussparung der Elektrodenschicht
    67
    Isolationsschicht
    71
    Kanal des ersten Leitungstyps
    72
    Kanal des ersten Leitungstyps
    91
    Kanal des ersten Leitungstyps
    92
    Kanal des ersten Leitungstyps
    100
    Halbleiterkörper
    101
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    52A, 52C
    Verbreiterungen der Kanalzonen
    53A, 53C
    Verbreiterungen der Kanalzonen
    54A, 54C
    Verbreiterungen der Kanalzonen
    81a, 81c
    Verbreiterungen der Kompensationszonen
    AS
    Ansteuerschaltung
    C1
    Kondensator
    C2
    Kondensator
    D
    Drain-Anschluss
    D2
    Diode
    G
    Gate-Anschluss
    K1, K2
    Eingangsklemmen
    K3, K4
    Ausgangsklemmen
    L1
    Primärspule
    L2
    Sekundärspule
    S
    Source-Anschluss
    T1
    Leistungstransistor
    T21, T22
    Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen
    Halbleiterbauelements
    TR
    Transformator
    Uds
    Drain-Source-Strom
    Ugs
    Gate-Source-Spannung
    Uin
    Eingangsspannung
    Uout
    Ausgangsspannung
    V1, V2
    Versorgungsanschlüsse

Claims (17)

  1. Halbleiterbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – wenigstens eine erste Anschlusszone (2) eines ersten Leitungstyps in einem Halbleiterkörper (100), die durch eine erste Anschlusselektrode (22) kontaktiert ist, – eine Driftzone (3) des ersten Leitungstyps, an die sich eine zweite Anschlusszone (31) des zweiten Leitungstyps anschließt, – eine zwischen der wenigstens einen ersten Anschlusszone (2) und der Driftzone (3) angeordnete Kanalzone (5A, 5B, 5C) eines zweiten Leitungstyps und eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100) und benachbart zu der Kanalzone (5) angeordnete Steuerelektrode (6), wobei durch die Kanalzone (5) in einem Bereich benachbart zu der Steuerelektrode (6) ein erster Kanal (51) gebildet ist, der erst bei Anlegen einer Steuerspannung ungleich Null zwischen der Steuerelektrode (6) und der ersten Anschlusszone (2) leitet dadurch gekennzeichnet, dass die erste Anschlusselektrode (22) über wenigstens einen bereits bei einer Steuerspannung gleich Null leitenden zweiten Kanal (71, 72) des ersten Leitungstyps an die Driftzone (3) angeschlossen ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem sich wenigstens eine Kompensationszone (8A, 8B, 8C) des zweiten Leitungstyps an die Kanalzone (5A, 5B, 5C) benachbart zu der Driftzone (3) anschließt.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Anschlusszone (2) unterhalb einer Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnet ist, die Steuerelektrode (6) isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100) oberhalb der Vorderseite (101) angeordnet ist und der zweite Kanal (71) des ersten Leitungstyps zwischen der Vorderseite (101) und der Kanalzone (5A, 5C) unterhalb der Steuerelektrode (6) ausgebildet ist.
  4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem der erste Kanal (51) durch einen Bereich der Kanalzone (5) unterhalb der Steuerelektrode (6) benachbart zu dem zweiten Kanal (71) ausgebildet ist.
  5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, bei dem wenigstens zwei Kanalzonen (5A, 5B) vorhanden sind, wobei nur zwischen einer der Kanalzonen (5A) und der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) ein zweiter Kanal (54) des ersten Leitungstyps ausgebildet ist.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche 3, 4 oder 5, bei dem zwischen dem zweiten Kanal (54) und der Driftzone (3) ein weiterer Kanal (91) des ersten Leitungstyps vorhanden ist, der durch das Potential an der Kanalzone (5A, 5C) gesteuert wird.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem wenigstens zwei Kanalzonen (5A, 5C) vorhanden sind, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet angeordnet sind, wobei der weitere Kanal (91) zwischen zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten (52A, 5C) dieser zwei Kanalzonen (5A, 5C) gebildet ist.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem wenigstens zwei Kanalzonen (5A, 5C) mit sich daran anschließenden Kompensationszonen (8A, 8C) vorhanden sind, wobei der weitere Kanal (92) zwischen zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten dieser Kompensationszonen (81A, 81C) ausgebildet ist.
  9. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Anschlusselektrode (22) den Halbleiterkörper (100) beabstandet zu der ersten Anschlusszone (2) die Driftzone (3) im Bereich der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) direkt kontaktiert, wobei der zweite Kanal (72) (unterhalb der Vorderseite (101) benachbart zu der im Bereich der Kanalzone (5A, 5C) ausgebildet ist und nach Maßgabe eines an der Kanalzone (5A, 5C) anliegenden Potentials leitet oder sperrt.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, bei dem wenigstens zwei Kanalzonen (5A, 5C) vorhanden sind, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet sind, wobei der zweite Kanal (72) zwischen zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten (54A, 54C) dieser Kanalzonen gebildet ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, das folgende Merkmale umfasst: – Bereitstellen einer Anordnung mit einem Halbleiterkörper (100), der eine Driftzone (3) eines ersten Leitungstyps sowie eine in der Driftzone (3) im Bereich einer Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnete Kanalzone (5) eines zweiten Leitungstyps aufweist, und mit einer isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100) oberhalb der Vorderseite (101) des Halbleiterkörpers (100) angeordnete Steuerelektrode (6), – Herstellen einer Aussparung (66) in der Steuerelektrode (6), oberhalb der Kanalzone (5), die in lateraler Richtung bis oberhalb der Driftzone (3) reicht, – Dotieren der Kanalzone (5) unterhalb von Rändern der Steuerelektrode (6) im Bereich der Aussparung (66) mit Dotierstoffen des ersten Leitungstyps zur Bildung eines Kanals (71) des ersten Leitungstyps, – Herstellen einer ersten Anschlusszone (2) des ersten Leitungstyps in der Kanalzone (5), die sich in dem Bauelement an den Kanal (71) des ersten Leitungstyps anschließt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste Anschlusszone (2) nach der Herstellung des Kanals (71) hergestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste Anschlusszone (2) vor der Herstellung des Kanals (71) hergestellt wird, wobei die Aussparung (66) in der Steuerelektrode (6) so hergestellt wird, dass sie in lateraler Richtung bis oberhalb der ersten Anschlusszone (2) reicht.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Dotieren der Kanalzone (5) unterhalb der Ränder der Steuerelektrode (6) zur Herstellung des Kanals (71) folgende Verfahrensschritte umfasst: – Implantation von Dotierstoffen (71') – des ersten Leistungstyps in die Kanalzone (5) am Boden der Aussparung (66), – Durchführen eines Diffusionsschrittes, um die implantierten Ladungsträger unter die Kanten der Steuerelektrode (66) in der Kanalzone (5) zu treiben, – Entfernen der implantierten Dotierstoffatome in der Kanalzone (5) am Boden der Aussparung (66) derart, dass Dotierstoffatome unter Rändern der Steuerelektrode (6) in der Kanalzone (5) verbleiben, – Auffüllen der Aussparung (66) mit einem isolierenden Füllmaterial (67).
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Dotieren der Kanalzone (5) unterhalb der Ränder der Steuerelektrode (6) zur Herstellung des leitenden Kanals (71) folgende Verfahrensschritte umfasst: – Implantation von Ladungsträgern des ersten Leitungstyps in die Kanalzone (5) am Boden der Aussparung (66) unter einem Implantationswinkel größer 0°, – Entfernen der implantierten Dotierstoffatome in der Kanalzone (5) am Boden der Aussparung derart, dass Dotierstoffatome unter Rändern der Steuerelektrode (6) in der Kanalzone verbleiben, – Auffüllen der Aussparung (66) mit einem isolierenden Füllmaterial (67).
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem das Entfernen der implantierten Dotierstoffatome in der Kanalzone (5) am Boden der Aussparung (66) das Entfernen einer oberen Schicht der Kanalzone (5) unter Verwendung der Steuerelektrode (6) als Maske umfasst.
  17. Verwendung des Halbleiterbauelements nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Schaltwandler, der folgende Merkmale aufweist: – einen Übertrager (TR) mit einer Primärspule (L1) und einer Sekundärspule (L2), wobei in Reihe zu der Primärspule (L1) ein Halbleiterschalter geschaltet ist, – eine Ansteuerschaltung (AS) zur Bereitstellung eines Ansteuersignals für den Halbleiterschalter (T), die einen Versorgungsanschluss (V1, V2) aufweist, wobei die erste und zweite Anschlusszone (2, 31) des Halbleiterbauelements zwischen die Primärspule (L1) und den Versorgungsanschluss (V1) der Ansteuerschaltung geschaltet sind.
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