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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementes mit einer
in einer Kanalzone angeordneten Rekombinationszone.
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Ein
derartiges Halbleiterbauelement ist beispielsweise in der WO 2001/43200
A1 beschrieben. Der Vorteil bei derartigen mittels Feldeffekt steuerbaren
Halbleiterbauelementen mit einer die Rekombination von p-Ladungsträgern und
n-Ladungsträgern fördernden
Rekombinationszone in der Kanalzone bzw. Body-Zone besteht darin,
dass bei solchen Bauelementen auf einen Kurzschluss zwischen der
Kanalzone und einer der Anschlusszonen, üblicherweise der Source-Zone,
verzichtet werden kann. Dieser Kurzschluss verhindert bei MOSFET
ohne derartige Kombinationszone in der Kanalzone, dass ein durch die
Abfolge der Drain-Zone, der Kanalzone und der Source-Zone gebildeter
parasitärer
Bipolartransistor einschalten kann, was die Spannungsfestigkeit
des Bauelements erheblich reduzieren würde. Dieser Kurzschluss bringt
allerdings den Nachteil mit sich, dass das Bauelement nur in einer
Laststreckenrichtung sperren kann, während bedingt durch den Kurzschluss
zwischen einer der Anschlusszonen und der Kanalzone in der anderen
Richtung eine in Flussrichtung gepolte Diode vorhanden ist, so dass
das Bauelement in dieser Richtung leitet. n-Kanal-MOSFET mit einem
Kurzschluss zwischen Source-Zone und Kanalzone sperren bei Anlegen
einer positiven Spannung zwischen Drain-Anschluss und Source-Anschluss
und leiten nach Art einer Diode bei Anlegen einer positiven Spannung
zwischen der Source-Zone und der Drain-Zone.
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Der
Verzicht auf diesen Kurzschluss bei Bauelementen mit Rekombinationszone
in der Kanalzone bewirkt, dass diese Bauelemente in beiden Laststreckenrichtungen
sperren können,
sofern kein Ansteuerpotential an der weiterhin vorhandenen Gate-Elektrode anliegt.
Die Rekombinationszone, die beispielsweise aus einem Metall oder
Silizid besteht, fördert
der Rekombination von p-Ladungsträgern und n-Ladungsträgern in
der Kanalzone und verhindert dadurch in hinlänglich bekannter Weise das
Einschalten des parasitären
Bipolartransistors, dessen Basis durch die Kanalzone gebildet ist,
bzw. verringert die Stromverstärkung
dieses Transistors erheblich.
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Bei
dem aus der WO 2001/43200 A1 bekannten Verfahren zur Herstellung
eines vertikalen Graben-MOSFET mit einer in der Kanalzone angeordneten
Rekombinationszone ist vorgesehen, eine Schichtenfolge mit einer
die spätere
Drain-Zone bildenden Schicht, einer die spätere Drift-Zone bildenden Schicht,
einer die spätere
Kanalzone bildenden Schicht und einer die spätere Source-Zone bildenden Schicht
bereitzustellen, wobei die Kanalzonenschicht zwischen der Source-Zonenschicht
und der Driftzonenschicht angeordnet ist und komplementär zu diesen
Schichten dotiert ist. Ausgehend von einer Oberfläche des
so gebildeten Halbleiterkörpers
werden Aussparungen erzeugt, die in vertikaler Richtung bis in die
Kanalzone reichen. In diesen Gräben
werden die Rekombinationszonen erzeugt, wobei die Gräben oberhalb
der erzeugten Rekombinationszonen mit einem Isolationsmaterial aufgefüllt werden.
Durch das Herstellen dieser Gräben,
die sich von der Oberfläche
durch eine der Anschlusszonen, entweder die Source-Zone oder die
Drain-Zone, bis in die Kanalzone erstrecken, werden Teile dieser
Anschlusszonen entfernt und anschließend mit einem Isolationsmaterial
aufgefüllt.
Hierdurch verringert sich die an der Oberfläche zur Verfügung stehende
Fläche
für das Kontaktieren
dieser Anschlusszone mittels einer Anschlusselektrode. Gerade bei
immer kleiner werdenden Bauelementstrukturen kann dies erhebliche Schwierigkeiten
bei der Herstellung eines idealer weise sehr niederohmigen Kontaktes
zwischen der Anschlusszone und der Anschlusselektrode mit sich bringen.
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In
der
DE 100 38 150
A1 und der
DE
100 60 428 A1 ist jeweils ein vertikaler MOSFET beschrieben,
der eine Kanalzone mit einer darin angeordneten Rekombinationszone
aufweist. Die Rekombinationszone ist dabei jeweils in einem Graben
angeordnet, die sich ausgehend von einer Seite eines Halbleiterkörpers bis
in die Kanalzone in den Halbleiterkörper hineinerstreckt.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementes mit
einer Kanalzone, in der eine Rekombinationszone angeordnet ist,
zur Verfügung
zu stellen, durch welches eine raumsparende Herstellung der Rekombinationszone in
der Kanalzone ermöglicht
ist.
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Dieses
Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementes
ist zur Herstellung einer Kanalzone mit einer darin angeordneten
Rekombinationszone vorgesehen, eine erste Kanalzonenschicht bereitzustellen,
wenigstens eine erste Aussparung in der ersten Kanalzonenschicht
zu erzeugen, eine Rekombinationszone in der Aussparung zu erzeugen und
eine zweite Kanalzonenschicht auf die erste Kanalzonenschicht und
die Rekombinationszone aufzubringen.
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Die
zweite Kanalzonenschicht, die bezüglich Dotierungstyp und Dotierstoffkonzentration
vorzugsweise der ersten Kanalzonenschicht entspricht, wird vorzugsweise
mittels eines Epitaxieverfahrens auf die erste Kanalzonenschicht
aufgebracht. Man macht sich hierbei zu Nutze, dass Halbleitermaterialien,
wie beispielsweise Silizium, auf gängige Rekombinationsmaterialien,
wie beispielsweise Metalle oder Silizide, epitaktisch aufgebracht
werden können,
wobei unmittelbar auf der Oberfläche
des Rekombinationsmaterials gestörte
Wachstumszonen auftreten können,
die mit zunehmender Höhe
des aufgewachsenen epitaktischen Materials jedoch weniger werden und
ab einer bestimmten Höhe
des aufgewachsenen Materials verschwinden. Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens
ist eine Kanalzonen schicht mit einer eingebrachten Rekombinationszone,
wobei die Kanalzonenschicht die Rekombinationszone vollständig umgibt,
so dass auf die Kanalzonenschicht – beispielsweise Epitaxie – eine Anschlusszonenschicht aufgebracht
werden kann, die nicht durch Aussparungen zur Herstellung der Rekombinationszone
unterbrochen ist.
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Die
erste Kanalzonenschicht befindet sich bei vertikalen MOSFET in hinlänglich bekannter
Weise zwischen Anschlusszonenschichten, die die spätere Drain-Zone
und Source-Zone des Halbleiterbauelementes bilden. Diese Anschlusszonenschichten umfassen
vorzugsweise jeweils eine benachbart zu der Kanalzone angeordnete
schwächer
dotierte Zone, und anschließend
an diese schwächer
dotierte Zone an einer der Kanalzone abgewandten Seite eine stärker dotierte
Zone. Die stärker
dotierten Zonen dienen dabei zum Anschließen von Anschlusselektroden,
während
die schwächer
dotierten Zonen als Drift-Zonen funktionieren, deren Abmessungen und
Dotierung im Sperrfall die Spannungsfestigkeit des Bauelementes
bestimmen.
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Die
erste Kanalzonenschicht ist vor dem Herstellen der Rekombinationszone
vorzugsweise bereits auf eine dieser Anschlusszonenschichten, die gegebenenfalls
aus einer stärker
dotierten Zone und einer schwächer
dotierten Drift-Zone besteht, aufgebracht.
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Zur
Bereitstellung der ersten Kanalzonenschicht ist bei einer Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, ein stark dotiertes Halbleitersubstrat
eines zu der Kanalzonenschicht komplementären Leitungstyps bereitzustellen,
auf dieses Substrat eine schwächer
dotierte Zone des selben Leitungstyps wie das Substrat aufzubringen
und auf diese schwächer
dotierte Zone die erste Kanalzonenschicht aufzubringen, wobei die
schwächer
dotierte Zone und die Kanalzonenschicht vorzugsweise epitaktisch
aufgebracht werden. Das Halbleitersubstrat dient bei dem späteren Halbleiterbauelement
als Anschlusszone, während
die schwächer
dotierte Zone als Driftzone dient.
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Alternativ
besteht die Möglichkeit,
ein schwach dotiertes Halbleitersubstrat bereitzustellen, dessen
Dotierung der gewünschten
Dotierung der Driftzone entspricht, und auf dieses Halbleitersubstrat
die erste Kanalzonenschicht vorzugsweise epitaktisch aufzubringen.
Der Halbleiterkörper
wird zur Erzeugung der stärker
dotierten Anschlusszonenschicht im Bereich der der Kanalzonenschicht
abgewandten Seite dann beispielsweise mittels eines Implantationsverfahrens
dotiert, wobei der Halbleiterkörper
vor dem Dotieren zurückgeschliffen
oder zurückgeätzt werden
kann, um gewünschte
Abmessungen der Driftzonenschicht und der stärker dotierten Anschlusszonenschicht
in vertikaler Richtung zu erhalten.
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Die
weitere Anschlusszonenschicht, die vorzugsweise ebenfalls eine schwächer dotierte Drift-Zone
und eine stärker
dotierte Anschlusszone umfasst, wird nach dem Herstellen der zweiten
Kanalzonenschicht vorzugsweise epitaktisch auf diese Kanalzonenschicht
aufgebracht.
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An
das Herstellen der Schichtenfolge mit den beiden Anschlusszonenschichten
und der dazwischen liegenden Kanalzonenschicht mit der Rekombinationszone
schließen
sich bei einer Ausführungsform
der Erfindung Verfahrensschritte zur Herstellung wenigstens einer
Steuerelektrode an, die isoliert gegenüber den Halbleiterschichten
angeordnet ist und die sich in vertikaler Richtung von der ersten
Anschlusszonenschicht durch die Kanalzonenschicht bis zu der zweiten
Anschlusszonenschicht erstreckt.
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Zur
Herstellung dieser Steuerelektrode ist vorgesehen, wenigstens eine
Aussparung in der Schichtenfolge mit den Anschlusszonenschichten und
der Kanalzonenschicht ausgehend von einer der Oberseiten zu bilden,
wobei sich diese Aussparung in vertikaler Richtung durch eine der
Anschlusszonenschichten und die Kanalzonenschicht bis in die andere
der Anschlusszonenschichten erstreckt. Die Aussparung ist dabei
in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu der bereits
hergestellten Rekombinationszone angeordnet. Danach wird eine erste
Isolationsschicht an den freiliegenden Oberflächen der Aussparung erzeugt,
die die spätere
Steuerelektrode gegenüber
dem Halbleiterkörper
isoliert. Zur Herstellung der Steuerelektrode wird ein Elektrodenmaterial,
beispielsweise ein Metall oder Polysilizium, in die Gräben eingebracht.
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Vorzugsweise
erfolgt der Herstellen der Steuerelektrode derart, dass Isolationsmaterial
neben den Gräben
auch ganzflächig
auf der Oberseite des durch die Halbleiterschichtenfolge gebildeten Halbleiterkörpers aufgebracht
wird und dass anschließend
ganzflächig
ein Elektrodenmaterial abgeschieden wird, das anschließend von
einer zweiten Isolationsschicht überdeckt
wird.
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Beabstandet
zu dem Graben mit der Steuerelektrode wird anschließend ein
Kontaktloch in der auf die Vorderseite aufgebrachten dieser Schichtenfolge
mit der ersten Isolationsschicht, der Elektrodenschicht und der
zweiten Isolationsschicht erzeugt, um in diesem Kontaktloch isoliert
gegenüber
der Elektrodenschicht eine Anschlusselektrode zum Kontaktieren der
unterhalb der ersten Isolationsschicht angeordneten Anschlusszonenschicht
herzustellen. Sofern diese auf die Kanalzonenschicht aufgebrachte Anschlusszonenschicht
zur Realisierung einer Driftzone schwächer dotiert ist, wird die
Anschlusszonenschicht am Boden des Kontaktloches zunächst stärker dotiert,
um eine stark dotierte Anschlusszone zu erhalten. Das in der Schichtenfolge
mit der ersten Isolationsschicht, der Elektrodenschicht und der zweiten
Isolationsschicht gebildete Kontaktloch kann dabei als Maske während des
Dotierungsverfahrens dienen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher erläutert.
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1 bis 12 veranschaulichen
ein Verfahren zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren
Halbleiterbauelementes mit einer in einer Kanalzone angeordneten
Rekombinationszone anhand von Querschnitten durch ein solchen Halbleiterbauelement
während
verschiedener Verfahrensschritte.
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13 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung
eines Halbleiterkörpers
mit einer ersten Kanalzonenschicht auf einer Anschlusszonenschicht.
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14 veranschaulicht ein weiteres Verfahren
zur Herstellung eines Halbleiterkörpers mit einer ersten Kanalzonenschicht
auf einer Anschlusszonenschicht.
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15 zeigt
eine Abwandlung eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes
im Querschnitt.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile und Halbleiterbereiche mit gleicher Bedeutung.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren,
in beide Laststreckenrichtungen sperrenden Halbleiterbauelementes
mit einer in einer Kanalzone angeordneten Rekombinationszone wird
nachfolgend anhand der 1 bis 12 erläutert. In
den Figuren ist dabei die Herstellung eines n-Kanal-MOSFET veranschaulicht, wobei
darauf hingewiesen wird, dass die Erfindung selbstverständlich nicht
auf derartige n-leitende
Bauelemente beschränkt
ist. Zur Herstellung eines p-Kanal-MOSFET sind
in hinlänglich
bekannter Weise die im Folgenden n-dotierten Bereiche durch p-dotierte
Bereiche zu er setzen und die im folgenden p-dotierten Bereiche durch
n-dotierte Bereiche
zu ersetzen.
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Den
Ausgangspunkt des Verfahrens bildet die Bereitstellung einer ersten
Kanalzonenschicht 21, die in dem Ausführungsbeispiel p-dotiert und
auf eine erste Halbleiterschicht 10 aufgebracht ist. Die
Halbleiterschicht 10 umfasst in dem Beispiel eine schwächer dotierte
Schicht 12 benachbart zu der ersten Kanalzonenschicht 21 und
eine stärker
dotierte Schicht 11 im Anschluss an die schwächer dotierte
Schicht 12 und beabstandet zu der ersten Kanalzonenschicht 21.
Die schwächer
dotierte Schicht 12 bildet eine spätere Drift-Zone des Halbleiterbauelementes,
während
die stärker
dotierte Zone 11 eine der Anschlusszonen des Halbleiterbauelementes
bildet.
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Wie
in 2 dargestellt ist, wird in der Kanalzonenschicht 21 ausgehend
von einer Oberfläche 25 wenigstens
eine Aussparung 23 erzeugt, die oberhalb der Driftzonenschicht 12 endet.
Das Herstellen dieser wenigstens einen Aussparung 23 erfolgt
beispielsweise mittels herkömmlicher Ätzverfahren
unter Verwendung von Maskentechniken. Zur Herstellung zellenartig
aufgebauter MOSFET, die eine Vielzahl gleichartiger Transistorstrukturen
aufweisen, werden in der ersten Kanalzonenschicht 21 eine
Vielzahl beabstandet zueinander angeordnete Aussparungen 23 erzeugt.
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Wie
in Figur den 3A bis 3C dargestellt
ist, werden in diesen Aussparungen 23 Rekombinationszonen 30 hergestellt,
die wenigstens in Bereichen, die sich unmittelbar an Halbleiterbereiche der
Kanalzonenschicht 21 anschließen ein Material aufweisen,
das die Rekombination von n-Ladungsträgern und p-Ladungsträgern fördert. Die 3A bis 3C zeigen
drei Ausführungsbeispiele
solcher Rekombinationszonen.
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Zur
Realisierung der Rekombinationszonen 30 gemäß 3A wird
ein die Rekombination von p-Ladungsträgern und n-Ladungsträgern förderndes Material in die Aussparungen 23 eingebracht,
und die Aussparungen werden mit diesem Material aufgefüllt. Das
Rekombinationsmaterial ist beispielsweise ein Metall oder Silizid,
wie beispielsweise Wolframsilizid, Titansilizid oder dergleichen.
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Des
Weiteren besteht die in 3B dargestellte
Möglichkeit,
die Rekombinationszonen 30 so auszubilden, dass ein die
Rekombination von Ladungsträgern
förderndes
Rekombinationsmaterial 33 auf freiliegende Oberflächen der
ersten Kanalzonenschicht 21 in den Gräben 23 aufgebracht
wird und die Gräben
im Übrigen
mit einem Füllmaterial 32,
beispielsweise Polysilizium, aufgefüllt werden. Dieses Füllmaterial 32 wird
dabei nach oben hin ebenfalls durch das Rekombinationsmaterial 33 überdeckt.
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Bei
einer weiteren in 3C dargestellten Ausführungsform
ist vorgesehen, anstelle eines Grabens für jeweils eine Rekombinationszone
mehrere eng beabstandete Gräben 23A, 23B, 23C in
der ersten Kanalzonenschicht 21 zu erzeugen und in diesen Gräben, vorzugsweise
durch Auffüllen
der Gräben mit
einem Rekombinationsmaterial, Rekombinationszonen 30 herzustellen.
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Wie
in 4 dargestellt ist, wird auf die erste Kanalzonenschicht 21 nach
dem Herstellen der Rekombinationszonen eine zweite Kanalzonenschicht 22 aufgebracht,
um eine durch die erste Kanalzonenschicht 21 und die zweite
Kanalzonenschicht 22 gebildete Kanalzonenschicht 20 zu
erzeugen, die die Rekombinationszonen vollständig umgibt. Das Aufbringen
der zweiten Kanalzonenschicht 22 auf die erste Kanalzonenschicht 21 erfolgt
vorzugsweise mittels Epitaxie, wobei die zweite Kanalzonenschicht 22 hinsichtlich
des Dotierungstyps und der Dotierungskonzentration der ersten Kanalzonenschicht 21 entspricht.
Das Bezugszeichen 24 in 4 bezeichnet
eine Zone gestörten
Epitaxiewachstums oberhalb der Rekombinationszone 30. Diese
gestörte
Zone 20 resultiert daraus, dass das Rekombinationsmaterial der
Rekombinationszone 30 üblicherweise kein
Material ist, auf welches das Halbleitermaterial der zweiten Kanalzonenschicht 22 einkristallin
aufwachsen kann. Allerdings reduzieren sich diese Kristallstörungen mit
zunehmender Höhe
der zweiten Kanalzonenschicht 22, so dass ab einer bestimmten
Dicke dieser zweiten Kanalzonenschicht 22 keine Kristallstörungen oberhalb
der Rekombinationszone 30 mehr vorhanden sind.
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Im
Ergebnis entsteht eine einkristalline Kanalzonenschicht 20,
in der eine die Rekombination von p- und n-Ladungsträgern fördernde
Rekombinationszone 30 eingebracht ist, wobei die Rekombinationszone
vollständig
von der Kanalzonenschicht 20 umgeben ist.
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An
diese Herstellung der Kanalzonenschicht 20 mit der integrierten
Rekombinationszone 30 schließen sich weitere Verfahrensschritte
zur Herstellung einer zweiten Anschlusszone des Bauelements und
einer Steuerelektrode an, die im Folgenden erläutert werden.
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Wie
in 5 dargestellt ist, wird auf die zweite Kanalzonenschicht 22 beispielsweise
mittels Epitaxie eine weitere Halbleiterschicht 40 aufgebracht, die
komplementär
zu der Kanalzonenschicht 20 dotiert ist.
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Im
Anschluss an diesen Verfahrensschritt steht ein Halbleiterkörper 100 mit
einer ersten Halbleiterschicht 10, einer Kanalzonenschicht 20 und
einer zweiten Halbleiterschicht 40 zur Verfügung, wobei
eine Vorderseite 101 beispielsweise durch die Oberfläche der
zweiten Halbleiterschicht 40 und eine Rückseite durch die Oberfläche der
ersten Halbleiterschicht 10 gebildet wird.
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Anschließend werden,
wie dies in 6 dargestellt ist, Aussparungen 41 ausgehend
von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 101 eingebracht,
wobei sich diese Aussparungen durch die zweite Halbleiterschicht 40,
die Kanalzonen schicht 20 bis in die Driftzonenschicht 12 der
ersten Halbleiterschicht 10 erstrecken. Die Herstellung
dieser Aussparungen 41 erfolgt beispielsweise mittels herkömmlicher Ätzverfahren
unter Verwendung von Maskentechniken, wobei eine solche Maske 200 in 6 dargestellt
ist.
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Nach
dem Entfernen der Maske 200 wird auf der Halbleiteranordnung
mit den Aussparungen eine Isolationsschicht 51 in den Gräben 41 und
auf der Vorderseite 101 erzeugt, wobei das Herstellen dieser Isolationsschicht
beispielsweise mittels eines Oxidationsschrittes oder durch Abscheiden
eines Oxid erfolgt. Die Isolationsschicht 41 wird dabei
vorzugsweise so hergestellt, dass die Dicke der Isolationsschicht 51 auf
der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers größer ist als an den Seitenwänden der
Aussparung 41. Die Isolationsschicht 51 dient
im Bereich der Kanalzonenschicht 20 an den Seitenwänden der
Aussparungen 40 als Gate-Isolationsschicht.
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Auf
diese Isolationsschicht 51 wird anschließend, wie
dies in 8 dargestellt ist, eine Elektrodenschicht 52 aufgebracht,
die die Gräben 41 auffüllt und
die die Isolationsschicht 51 oberhalb der Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers überdeckt.
Diese Elektrodenschicht 52 bildet in den Gräben 41 die Gate-Elektrode
des Halbleiterbauelements.
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Zur
Isolation dieser Gate-Elektrode 51 gegenüber einer
noch herzustellenden Anschlusselektrode wird auf der Elektrodenschicht 42 eine
zweite Isolationsschicht 53 hergestellt. Die Elektrodenschicht 52 besteht
beispielsweise aus einem Metall oder einem Polysilizium, wobei die
Isolationsschicht 53 ein Oxid dieses Metalls oder ein Siliziumoxid
sein kann.
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Die
Schichtenfolge mit der ersten Isolationsschicht 51, der
Elektrodenschicht 52 und der zweiten Isolationsschicht 53 überdeckt
die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 vollständig, so
dass zur Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 40,
die eine weitere Anschlusszone bzw. Driftzone des Bauelements bildet,
Kontaktlöcher 54 hergestellt
werden, wie dies in 10 dargestellt ist. Diese Kontaktlöcher 53 erstrecken
sich durch die zweite Isolationsschicht 53, die Elektrodenschicht 52 und
die erste Isolationsschicht 51 bis an die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers, wobei
diese Kontaktlöcher 54 in
lateraler Richtung beabstandet zu den zuvor erzeugten Gräben 41 mit
den Gate-Elektroden angeordnet sind. Vorzugsweise befinden sich
die Kontaktlöcher 54 bei einem
zellenartig aufgebauten Halbleiterbauelement in lateraler Richtung
in der Mitte zwischen zwei Gräben
mit Gate-Elektroden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass durch das zuvor erläuterte Herstellungsverfahren
eine zusammenhängende
Gate-Elektrode erzeugt wird, deren einzelne Abschnitte in Gräben angeordnet
sind, die sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein
erstrecken. Die Aussparungen 41 werden vorzugsweise so
erzeugt, dass eine gitterartige Gate-Elektrode entsteht, die die
dazwischen liegenden Abschnitte in der ersten Kanalzone 20 und
der ersten Anschlusszone 40 umgeben. Das Herstellen der
zuvor erläuterter
Aussparungen 23 für
die Rekombinationszonen 30 und der Aussparungen 41 zur Herstellung
der Gate-Elektroden erfolgt vorzugsweise so aufeinander abgestimmt,
dass die Rekombinationszone 30 in lateraler Richtung gleichmäßig beabstandet
zu den sie umgebenden Abschnitten der Gate-Elektrode angeordnet
sind.
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An
das Herstellen der Kontaktlöcher 54 schließen sich,
wie dies in 11 dargestellt ist, Verfahrensschritte
zur Herstellung einer Isolationsschicht 61 an Seitenwänden der
Aussparungen 54 an. Hierzu wird beispielsweise eine isolierende Schicht
ganzflächig
auf die Oberfläche
der zweiten Isolationsschicht 53 und in die Kontaktlöcher 54 abgeschieden,
wobei diese Isolationsschicht anschließend anisotrop zurückgeätzt wird,
wodurch Abschnitte 61 dieser Isolationsschicht an den Seitenwänden der
Gräben 54 verbleiben.
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Die
zweite Halbleiterschicht 40 kann derart dotiert sein, dass
sie unmittelbar als Anschlusszone des Bauelementes dient, die durch
eine Anschlusselektrode kontaktiert wird. Die zweite Halbleiterschicht kann
außerdem
auch so dotiert sein, dass sie eine spätere Driftzone des Bauelements
bildet.
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Sofern
die zweite Halbleiterschicht 40 als eine solche schwächer dotierte
Schicht ausgebildet ist, die eine der Drift-Zonen des Halbleiterbauelementes bildet,
ist die Erzeugung einer stark dotierten Anschlusszone 42 am
Boden des Kontaktloches 54 erforderlich. Hierzu wird die
zweite Halbleiterschicht 40 im Bereich unterhalb des Kontaktloches
stark 54 n-dotiert,
um stark dotierte Anschlusszonen 42 zu erzeugen, wobei
die Schichtenfolge mit dem Kontaktloch 54 hierbei als Maske
während
des Dotierungsverfahrens dient.
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Anschließend wird
eine Elektrodenschicht 62 in die Gräben 54 und auf die
zweite Isolationsschicht 53 aufgebracht, wobei mittels
dieser Elektrodenschicht 62 die einzelnen nach Herstellen
der Gate-Elektrode voneinander getrennten Abschnitte der ersten
Anschlusszonenschicht 40 elektrisch miteinander verbunden
werden. Diese Elektrodenschicht 62 ist durch die Isolationsschicht 61 gegenüber der
Gate-Elektrode 52 isoliert.
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Ergebnis
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens
ist ein in beide Richtungen sperrender vertikaler MOSFET, der im
Querschnitt in 12 dargestellt ist. Dieses Bauelement
umfasst mehrere stark dotierte zweite Anschlusszonen 42,
die mittels einer ersten Anschlusselektrode 62 elektrisch
leitend miteinander verbunden sind. Zwischen diesen Anschlusszonen 42 und
Kanalzonen 20 sind jeweils schwächer dotierte erste Driftzonen 40 ausgebildet. An
der der ersten Driftzone 40 abgewandten Seite schließt sich
an die Kanalzone 20 eine erste Driftzone 12 an,
an die sich wiederum eine erste stark dotierte Anschlusszone 11 anschließt, die
an der Rückseite 101 des
Halbleiterkörpers 100 kontaktierbar
ist. Durch die Abfol ge der n-dotierten Anschlusszone 42 und
Driftzone 40, der p-dotierten
Kanalzone 20 und der n-dotierten Driftzone 11 und
Anschlusszone 12 ist ein parasitärer Bipolartransistor gebildet,
dessen Basis durch die Kanalzone 20 gebildet ist. werden
bei Anlegen einer Spannung zwischen Anschlusselektrode 62 und
der ersten Anschlusszone 11 Minoritätsladungsträger in die Kanalzone 20 injiziert,
so rekombinieren diese Minoritätsladungsträger im Bereich der
Rekombinationszone 30, wodurch ein Einschalten dieses parasitären Bipolartransistors
verhindert wird.
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Bei
dem Halbleiterbauelement gemäß 12 ist
auf einen Kurzschluss zwischen einer der Anschlusszonen 10 bzw. 40, 42 und
der Kanalzone 20 verzichtet, wodurch das Halbleiterbauelement
sowohl bei Anliegen einer positiven Spannung zwischen der Anschlusselektrode 62 und
der Anschlusszone 11 als auch bei einer positiven Spannung
zwischen der Anschlusszone 11 und der Anschlusselektrode 62 sperrt,
sofern kein Ansteuerpotential an der Gate-Elektrode 52 anliegt.
Die Spannungsfestigkeit des Bauelementes in den beiden Laststreckenrichtungen
kann sich dabei abhängig
von der Dimensionierung der einzelnen Halbleiterzonen unterscheiden. Üblicherweise
bezeichnet man die Laststreckenrichtung mit der größeren Spannungsfestigkeit als
die Drain-Source-Richtung.
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Sind
bei dem Bauelement gemäß 12 die Driftzonen 40 und 12 so
dimensioniert, dass die Spannungsfestigkeit bei Anlegen einer positiven Spannung
zwischen der Anschlusselektrode 62 und der Anschlusszone 11 größer ist
als bei Anliegen einer positiven Spannung zwischen der Anschlusszone 11 und
der Anschlusselektrode 62, so bildet die Anschlusselektrode 62 den
Drain-Anschluss des MOSFET, während
die Anschlusszone 11 den Source-Anschluss bildet. Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement
stellt sich dann als sogenannter Source-Drain-Transistor dar, dessen Source-Anschluss über die
Rückseite 102 des
Halbleiterbauelements kontaktierbar ist. Die Gräben 41 mit den Gate-Elektroden
reichen in diesem Fall bis nahezu an die stark dotierte Source-Zone 11 heran.
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In
nicht näher
dargestellter Weise ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
selbstverständlich
auch ein Transistor realisierbar, dessen Drain-Anschluss sich an
der Rückseite
des Halbleiterbauelementes befindet. In diesem Fall ist die Driftzone 12 zwischen
der Kanalzone 20 und der Anschlusszone 11 in vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers 100 dicker
ausgebildet, um entsprechend hohe Sperrspannungen aufnehmen zu können. Abhängig von
der gewünschten
Spannungsfestigkeit in der Source-Drain-Richtung kann bei einem
solchen Bauelement die in 12 mit
dem Bezugzeichen 40 bezeichnete Anschlusszone auch stärker dotiert sein.
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Bei
dem zuvor erläuterten
Verfahren wurde von einer Halbleiteranordnung mit einer ersten Kanalzonenschicht 21 auf
einer Anschlusszonenschicht 10 mit einer schwächer dotierten
Driftzonenschicht und einer stärker
dotierten Schicht 11 ausgegangen. 14 erläutert ein
mögliches
Verfahren zur Bereitstellung einer solchen Halbleiterstruktur.
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Bei
diesem Verfahren wird ein stark dotiertes Halbleitersubstrat 11 zur
Verfügung
gestellt, auf welches eine schwächer
dotierte Halbleiterschicht, beispielsweise mittels Epitaxie, aufgebracht
wird. Auf diese schwächer
dotierte Halbleiterschicht 12 wird anschließend, beispielsweise
mittels Epitaxie, die erste Kanalzonenschicht 21 aufgebracht.
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14 erläutert
ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer solchen Halbleiterstruktur
gemäß 1.
Hierzu wird ein schwächer
dotiertes Halbleitersubstrat 12' mit einer Vorderseite 121 und
einer Rückseite 122 bereit
gestellt, wobei dieses Halbleitersubstrat anschließend ausgehend
von der Rückseite 122 stark
dotier wird, um eine stark dotierte Anschlusszone 11 im
Bereich der Rückseite 122 zu
erzeugen. Die Grunddotierung des Halbleitersubstrats 12' entspricht
dabei der gewünschten
Dotierung der späteren
Driftzone 12. Bei Einstellung der Abmessungen dieser Driftzone 12 in
vertikaler Richtung wird das Halbleitersubstrat 12' vor dem Dotieren
der stark dotierten Anschlusszone 11 vorzugsweise zurück geschliffen
oder zurück
geätzt.
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Anschließend wird
auf das Halbleitersubstrat 12' die erste Kanalzonenschicht 21 beispielsweise mittels
Epitaxie aufgebracht.
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15 zeigt
eine Abwandlung des in 12 dargestellten Halbleiterbauelementes,
wobei sich dieses Halbleiterbauelement von dem in 12 dargestellten
dadurch unterscheidet, dass die Gate-Elektroden 52 am Boden
der Gräben
mittels einer dickeren Isolationsschicht 51A gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert
sind, um dadurch die Isolation zwischen der Gate-Elektrode 52 und der stark
dotierten Anschlusszone 11 zu verbessern und so die Spannungsfestigkeit
des Bauelementes zu erhöhen. Entsprechend
sind die Gate-Elektroden 52 an den Seitenwänden der
Gräben
im Bereich der ersten Anschlusszone 40 ebenfalls von einer
dickeren Isolationsschicht umgeben, um die Gate-Elektroden in diesem
Bereich besser gegenüber
der stark dotierten Anschlusszone 42 zu isolieren und damit
ebenfalls die Spannungsfestigkeit des Bauelementes zu verbessern.
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- D
- Drain-Anschluss
- S
- Source-Anschluss
- 11
- Anschlusszonenschicht
- 12
- Driftzonenschicht
- 12'
- Halbleitersubstrat
- 21
- erste
Kanalzonenschicht
- 22
- zweite
Kanalzonenschicht
- 23
- Aussparung
- 23A,
23B, 23C
- Aussparungen
- 24
- Zone
gestörten
Wachstums
- 25
- Oberfläche
- 30
- Rekombinationszone
- 32
- Füllmaterial
- 33
- Ummantelung
aus Rekombinationsmaterial
- 40
- Anschluss-
oder Driftzonenschicht
- 41
- Aussparungen
- 42
- Anschlusszone
- 51
- Isolationsschicht
- 52
- Elektrodenschicht
- 53
- Isolationsschicht
- 54
- Aussparung
- 61
- Isolationsschicht
- 62
- Anschlusselektrode
- 100
- Halbleiterkörper
- 101
- Vorderseite
- 102
- Rückseite
- 200
- Maske