DE10337457B3 - Transistorbauelement mit verbessertem Rückstromverhalten - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein MOS-Transistorbauelement, das nach dem Kompensationsprinzip funktioniert. Das Bauelement umfasst eine Source-Zone (20), eine Body-Zone (30) und eine sich an die Body-Zone (30) anschließende säulenförmig ausgebildete Kompensationszone (32), wobei Body-Zone (30) und Source-Zone (20) durch eine gemeinsame Anschlusselektrode (50) kontaktiert sind. Benachbart zu der wenigstens einen Kompensationszone (32) und der Body-Zone (30) erstreckt sich ein Abschnitt (14) einer Driftzone (12) bis annähernd an die Anschlusselektrode (50), wobei zwischen der Anschlusselektrode (50) und diesem Abschnitt (14) der Driftzone (12) eine Zwischenschicht (60) aus einem schwachdotierten Halbleitermaterial angeordnet oder ein Schottky-Kontakt gebildet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein nach dem Kompensationsprinzip funktionierendes MOS-Transistorbauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 2 sowie ein vertikales Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
  • Kompensationsbauelemente basieren darauf, dass in deren Driftzone komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen vorhanden sind, die sich im Sperrfall gegenseitig an Ladungsträgern ausräumen, wobei die Driftzone selbst eine dieser komplementär dotierten Zonen bilden kann. Derartige Bauelemente sind hinlänglich bekannt und beispielsweise in der US-A-4,754,310 oder US-A-6,097,063 beschrieben.
  • Bei MOS-Transistoren ist durch die Abfolge der Drain-Zone und der Driftzone, der Body-Zone und der Source-Zone ein parasitärer Bipolartransistor vorhanden, der bei einem n-leitenden MOS-Transistor ein npn-Bipolartransistor und bei einem p-leitenden MOS-Transistor ein pnp-Bipolartransistor ist. Um ein Einschalten dieses parasitären Bipolartransistors und damit eine Reduktion der Sperrspannung wirksam zu verhindern, ist es bekannt, die Source-Zone und die Body-Zone kurzzuschließen, was dazu führt, dass zwischen Source und Drain eine Diode mit einem pn-Übergang gebildet ist, die bei Anlegen einer Betriebsspannung in Rückwärtsrichtung leitet. Anlegen einer Betriebsspannung in Rückwärtsrichtung bedeutet in diesem Zusammenhang, dass bei einem n-leitenden Transistor eine positive Spannung zwischen Source und Drain-angelegt wird.
  • Nachteilig an einer solchen – auch als Body-Diode bezeichneten – Diode ist, dass in leitendem Zustand, also bei Betrieb des Transistors in Rückwärtsrichtung Ladungsträger in deren pn-Übergang gespeichert werden, die bei einer Rückkehr in den "Vorwärtsbetrieb" – also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen Drain und Source bei einem n-leitenden MOSFET – da für sorgen, dass das Bauelement auch dann noch für eine gewisse Zeit leitet, wenn das Bauelement sperren soll. Im sperrenden Vorwärtsbetrieb, wenn die Gate-Elektrode nicht angesteuert ist, liegt eine diesen pn-Übergang zwischen Body-Zone und Driftzone sperrende Spannung zwischen Source und Drain an.
  • Um diese Speicherladung zu reduzieren, ist es bekannt, die Lebensdauer der Ladungsträger im Bereich des die Freilaufdiode bildenden pn-Übergangs zwischen Body-Zone und Driftzone durch den Einbau von Rekombinationszentren zu verringern. Solche Rekombinationszentren können beispielsweise durch die Eindiffusion von Schwermetallatomen, wie Platin oder Gold, durch Protonenbestrahlung oder über eine ganzflächige Elektronenbestrahlung erzeugt werden.
  • Derartige Rekombinationszentren führen allerdings zu erhöhten Leckströmen im Sperrbetrieb, also dann, wenn eine Spannung in Vorwärtsrichtung zwischen Drain und Source, jedoch keine zur leitenden Ansteuerung geeignetes Potential am Gate anliegt.
  • Außerdem können solche Rekombinationszentren zu einer Verringerung der Ladungsträgerbeweglichkeit beitragen, wodurch der Einschaltwiderstand des Bauelements steigt und wodurch die statischen Verluste des Bauelements zunehmen. Weiterhin können die Rekombinationszentren ein Driften der elektrischen Parameter des Bauelements begünstigen.
  • Aus der DE 100 26 740 C2 ist es bekannt, bei einem vertikalen MOS-Transistor das Body-Gebiet floatend anzuordnen und zwischen der Source-Elektrode und der Driftzone eine Schottky-Diode vorzusehen, die bei Betrieb des MOS-Transistors in Rückwärtsrichtung als Freilaufdiode wirkt. Bei derartigen Schottky-Dioden treten im Gegensatz zu pn-Dioden keine Speicherladungen auf. Da die Einsatzspannung einer solchen Schottky-Diode niedriger ist als die Einsatzspannung der zwischen Body-Zone und Driftzone gebildeten pn-Diode wird diese pn-Diode bei dem bekannten Bauelement nicht oder nur wenig leitend, wodurch der Rückwärtsstrom über die Schottky-Diode fließt und die Speicherladung erheblich reduziert wird.
  • Ein vertikaler Leistungs-MOSFET mit einer Vielzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen und einer parallel zu Source und Drain angeordneten Schottky-Diode ist außerdem in der US 6,351,018 B1 beschrieben.
  • Die US 6,133,107 beschreibt ebenfalls einen vertikalen MOSFET mit einer parallel zu Source und Drain liegenden Schottky-Diode, wobei diese Schottky-Diode durch einen Schottky-Kontakt zwischen der Source-Elektrode und einem bis an die Source-Elektrode reichenden Abschnitt der Driftzone gebildet ist. Dieser die Source-Elektrode kontaktierende Abschnitt der Driftzone ist zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit von einem ringförmigen dotierten Abschnitt umgeben, der komplementär zu der Driftzone dotiert ist.
  • Die Funktionsweise solcher Abschnitte, die komplementär zu der den Schottky-Kontakt bildenden Halbleiterzone dotiert sind, zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Schottky-Diode ist ausführlich in der DE 197 40 195 C2 , der US 4,982,260 oder der US 4,641,174 erläutert.
    •
  • Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein nach dem Kompensationsprinzip funktionierendes MOS-Transistorbauelement zur Verfügung zu stellen, das ein verbessertes Verhalten bei einem Übergang vom Rückwärtsbetrieb in den Vorwärtsbetrieb aufweist ohne dass dessen übrige elektrische Parameter, wie insbesondere der Einschaltwiderstand oder die Durchbruchspannung im Sperrbetrieb, negativ beeinflusst werden.
  • Dieses Ziel wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß der Merkmale der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Das MOS-Halbleiterbauelement nach der Erfindung umfasst eine in einem Halbleiterkörper angeordnete Drain-Zone eines ersten Leitungstyps, eine sich an die Drain-Zone anschließende, schwächer als diese Drain-Zone dotierte Driftzone des ersten Leitungstyps, wenigstens eine beabstandet zu der Drain-Zone angeordnete Source-Zone des ersten Leitungstyps und wenigstens eine zwischen der Source-Zone und der Driftzone angeordnete Body-Zone eines zweiten Leitungstyps, wobei die Source-Zone und die Body-Zone durch eine gemeinsame Anschlusselektrode kontaktiert sind. Das Bauelement umfasst außerdem eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper angeordnete Gate-Elektrode und wenigstens eine sich an die Body-Zone anschließende und in die Driftzone erstreckende Kompensationszone des ersten Leistungstyps. Die Body-Zone, die Driftzone und die wenigstens eine Kompensationszone sind dabei so ausgebildet, dass sich ein Abschnitt der Driftzone benachbart zu der Body-Zone und zu wenigstens einer Kompensationszone bis an die Anschlusselektrode erstreckt, wobei zwischen der Anschlusselektrode und der Driftzone ein Schottky-Kontakt ausgebildet ist.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement ist parallel zu der Body-Diode, die durch den pn-Übergang zwischen der Body-Zone und der Kompensationszone und der Driftzone gebildet ist, eine Schottky-Diode gebildet, die eine verbesserte Rückstromcharakteristik bewirkt, da die Schottky-Diode einen Rückstrom des Bauelements übernimmt noch bevor die Einsatzspannung der Body-Diode erreicht wird. Da in der Schottky-Diode keine Speicherladung auftritt, wird die in der Body-Diode gespeicherte Ladung erheblich reduziert, woraus ein schneller Übergang vom Rückwärtsbetrieb in den Vorwärtsbetrieb gewährleistet werden kann.
  • Die Schottky-Diode ist durch den Abschnitt der Driftzone, der sich bis an die Anschlusselektrode erstreckt, gebildet, wobei die Anschlusselektrode vollständig aus einem Schottky-Metall bestehen kann oder wobei zwischen der Anschlusselektrode und diesem Abschnitt der Driftzone eine geeignete Schottky-Metall-Schicht vorgesehen werden kann.
  • Die benachbart zu diesem sich bis an die Anschlusselektrode erstreckenden Abschnitt der Driftzone angeordnete Body-Zone und wenigstens eine Kompensationszone, die komplementär zu der Driftzone dotiert sind, bilden eine Schutzstruktur für die Schottky-Diode zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit der Schottky-Diode. Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement werden somit die Body-Zone und die bei einem Kompensationsbauelement ohnehin vorhandene wenigstens eine Kompensationszone in vorteilhafter Weise zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit einer in dem Bauelement gebildeten Schottky-Diode genutzt. Die Body-Zone und die wenigstens eine Kompensationszone sind dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, dass sie den Abschnitt der Driftzone, der sich bis an die Anschlusselektrode erstreckt ringförmig umgeben.
  • Die zusätzlich zu der Body-Diode vorhandene Schottky-Diode beeinflusst die übrigen elektrischen Parameter des Bauelements, insbesondere den Einschaltwiderstand oder die Spannungsfestigkeit, nicht.
  • Da diese zusätzliche Diode in einem Bereich gebildet ist, der zu der wenigstens einen Kompensationszone und der Body-Zone benachbart ist, wird die Spannungsfestigkeit dieser Diode im Sperrbetrieb durch diese Halbleiterzonen erhöht, da die wenigstens eine Kompensationszone und die Body-Zone im Bereich dieser Diode die elektrischen Feldstärken im Bereich des Übergangs zwischen der Driftzone und der Anschlusselektrode entsprechend dem Mechanismus reduzieren, der in der oben erläuterten DE 197 40 195 C2 beschrieben ist.
  • Anstelle eines Schottky-Kontakts kann zwischen der Anschlusselektrode und dem sich bis an die Anschlusselektrode erstreckenden Abschnitt der Driftzone auch eine komplementär zu der Driftzone und schwächer als die Body-Zone dotierte Halbleiterschicht vorgesehen werden, wie dies Gegendstand des Anspruchs 2 ist. Bei diesem Bauelement ist parallel zu der Body-Diode eine pn-Diode mit einem schwach dotierten Emitter gebildet, die eine niedrigere Einsatzspannung wie die Body-Diode besitzt und die beim Einschalten weniger Minoritätsladungsträger in die Driftzone injiziert, wodurch das Problem der Speicherladung ebenfalls reduziert ist.
  • Vorzugsweise ist bei dem Bauelement die Dotierung der Body-Zone und der wenigstens einen Kompensationszone so auf die Dotierung der Source-Zone und der Driftzone abgestimmt sind, dass sich diese Zonen bei anliegender Sperrspannung vollständig von Ladungsträgern ausräumen können.
  • Das Halbleiterbauelement kann als vertikales Bauelement ausgebildet sein, bei dem die Drain-Zone in vertikaler Richtung beabstandet zu der Source-Zone angeordnet ist und ein Laststrom die Driftzone im Wesentlichen in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers durchfließt, oder als laterales Bauelement ausgebildet sein, bei dem die Drain-Zone in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu der Source-Zone angeordnet ist und ein Laststrom die Driftzone im Wesentlichen in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers durchfließt.
  • Die Kompensationszonen können in beiden Fällen säulenförmig oder plattenförmig ausgebildet sein und sich in ihrer Längsrichtung in der Laststromrichtung – bei einem vertikalen Bauelement also in senkrechter Richtung des Halbleiterkörpers und bei einem lateralen Bauelement in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers erstrecken.
  • Vorzugsweise nimmt die Dotierungskonzentration der wenigstens einen Kompensationszone in Richtung der Anschlusselektrode zu.
  • Leistungs-MOS-Transistoren sind üblicherweise zellenartig mit einer Vielzahl gleichartig aufgebauter, parallel geschalteter Transistorzellen aufgebaut, wobei jede Zelle eine integrierte Body-Diode umfasst. Abhängig vom Verwendungszweck eines solchen Bauelements besteht die Möglichkeit, bei allen oder nur bei einigen der Transistorzellen eines solchen Zellenfeldes eine zusätzliche Schottky-Diode oder eine zusätzliche Diode mit schwach dotiertem Emitter vorzusehen.
  • Vorzugsweise werden die Randzellen eines solchen Zellenfeldes als Zellen mit einer solchenzusätzlichen Bypass-Diode ausgebildet, da insbesondere die Randbereiche herkömmlicher Bauelemente im Rückwärtsbetrieb mit Ladungsträgern überschwemmt werden, was durch die erfindungsgemäße Struktur verhindert wird.
  • Die vorliegende Erfindung wir nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen vertikalen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement gemäß 1 für den Fall einer rechteckförmigen Zellengeometrie.
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement gemäß 1 für den Fall einer streifenförmigen Zellengeometrie.
  • 4 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfin dungsgemäßen vertikalen Halbleiterbauelements in Seitenansicht im Querschnitt.
  • 5 zeigt einen Ausschnitt eines ersten erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements in perspektivischer Ansicht im Querschnitt (5a) und im Querschnitt durch eine in dem Bauelement gebildete Diodenstruktur.
  • 6 zeigt einen Ausschnitt eines zweiten erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements in perspektivischer Ansicht im Querschnitt.
  • 7 zeigt einen Ausschnitt eines dritten erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements in perspektivischer Ansicht im Querschnitt (7a) und im Querschnitt durch eine in dem Bauelement gebildete Diodenstruktur (7b).
  • 8 zeigt einen Ausschnitt eines ersten erfindungsgemäßen lateralen Halbleiterbauelements in perspektivischer Ansicht im Querschnitt (8a) und im Querschnitt durch eine in dem Bauelement gebildete Diodenstruktur (8b).
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile und Halbleiterzonen mit gleicher Bedeutung.
  • Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren für einen n-leitenden MOS-Transistor erläutert.
    •
  • 1 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen zellenartig aufgebauten vertikalen MOS-Transistorbauelements, dessen Struktur sich nach links und rechts des dargestellten Ausschnitts wiederholt. 2 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement in 1 in der in 1 eingezeichneten Schnittebene A-A für eine Transistorzelle mit einem rechteckförmigen, insbesondere quadratischen, Design, bei dem die Source- und Body-Zone 20, 30 in Draufsicht eine rechteckförmige Geometrie besitzen und bei dem die Gate-Elektrode 70 eine rechteckförmige Aussparung aufweist. 3 zeigt einen Schnitt durch die Schnittebene A-A für eine Transistorzelle mit Streifen-Design, bei dem die Source- und Body-Zone 20, 30 als langgestreckte Streifen ausgebildet sind.
  • Das Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 100 der im Bereich seiner Rückseite 102 eine stark n-dotierte Drain-Zone 10 aufweist, an die sich in Richtung seiner Vorderseite 101 eine schwächer n-dotierte Driftzone 12 anschließt. Im Bereich der Vorderseite 101 ist wenigstens eine n-dotierte Source-Zone 20 vorhanden, die in dem Halbleiterkörper von einer p-dotierten Body-Zone 30 umgeben ist. An diese Body-Zone 30 schließt sich eine p-dotierte Kompensationszone 32 an, die sich in vertikaler Richtung in die Driftzone 12 hineinerstreckt und die beabstandet zu der n-dotierten Drain-Zone 10 endet.
  • Das Bauelement umfasst weiterhin eine Gate-Elektrode 40, die durch eine Isolationsschicht 42 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist und die in dem Beispiel oberhalb des Halbleiterkörpers 100 benachbart zu der Source-Zone 20, einem sich bis an die Vorderseite 101 erstreckenden Abschnitt der Body-Zone 30 und einem sich bis an die Vorderseite 101 erstreckenden Abschnitt der Driftzone 12 angeordnet ist. Die Gate-Elektrode 40 dient in hinlänglich bekannter Weise dazu, bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials einen leitenden Kanal in der Body-Zone 30 zwischen der Source-Zone 20 und der Driftzone 12 zu erzeugen. Diese Gate-Elektrode 40 kann selbstverständlich auch in einem sich in vertikaler Richtung ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckenden Graben ausgebildet sein.
  • Die Source-Zone 20 und die Body-Zone 30 sind in dem Ausführungsbeispiel an der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers gemeinsam durch eine Anschlusselektrode 50 kontaktiert, die die Source-Elektrode des Bauelementes bildet. Die Drain-Zone 10 ist durch einen – in 1 nur schematisch dargestellten – Drain-Anschluss D kontaktiert.
  • Im Vorwärtsbetrieb des Bauelementes, also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem Drain-Anschluss D und dem Source-Anschluss S ist der pn-Übergang zwischen der Body-Zone 30 und der Driftzone 12 in Sperrrichtung gepolt. Das Bauelement leitet und sperrt in diesem Zustand abhängig von einer an der Gate-Elektrode 40 anliegenden Ansteuerspannung. Die Dotierungskonzentration der p-dotierten Body-Zone 30 und der p-dotierten Kompensationszone 32 ist so auf die Dotierungskonzentrationen der n-dotierten Source-Zone 20 und der n-dotierten Driftzone 12 abgestimmt, dass bei sperrend angesteuerter Gate-Elektrode 40 und Anliegen einer maximal zulässigen Sperrspannung sich diese komplementär zueinander dotierten Halbleiterzonen vollständig gegenseitig ausräumen.
  • Im Rückwärtsbetrieb des Bauelementes, also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen dem Source-Anschluss S und dem Drain D ist der pn-Übergang zwischen der Body-Zone 30 und der Kompensationszone 32 einerseits und der Driftzone 12 andererseits in Flussrichtung gepolt. Um in diesem Betriebszustand die Speicherung von Ladungsträgern im Bereich des pn-Übergangs, die beim Übergang in den Vorwärtsbetrieb wieder abgeführt werden müssten, zu verhindern, ist bei dem erfindungsgemäßen Bauelement eine Bypass-Diode parallel zu der Body-Diode gebildet.
  • Diese Bypass-Diode ist gebildet durch einen Abschnitt 14 der Driftzone 12, der sich benachbart zu der Kompensationszone 32 und der Body-Zone 30 bis an die Anschlusselektrode 50 er streckt, wobei die Body-Zone 30 und die sich daran anschließende Kompensationszone 32 diesen Abschnitt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig umschließen.
  • Die Bypass-Diode kann als Schottky-Diode ausgebildet sein. In diesem Fall ist zwischen dem Driftzonenabschnitt 14 und der Anschlusselektrode ein Schottky-Kontakt gebildet, wobei die Anschlusselektrode zu diesem Zweck entweder aus einem Schottky-Material besteht, oder wobei zwischen der Anschlusselektrode 50 und dem Driftzonenabschnitt, vorzugsweise auf der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 eine Schottky-Schicht 52 angeordnet ist, die in 1a gestrichelt dargestellt ist.
  • Alternativ besteht die Möglichkeit, die Bypass-Diode als Diode mit schwach dotiertem Emitter auszubilden. Bezugnehmend auf 1b, wird hierzu eine schwächer als die Body-Zone dotierte Halbleiterschicht 60 vom selben Leitungstyp wie die Body-Zone 30 und komplementär zu der Driftzone 14 dotiert ist, zwischen dem Driftzonenabschnitt 14 und der Anschlusselektrode 50 ausgebildet. Die Ausdehnung dieser Schicht 62 in Stromflussrichtung ist dabei geringer als die der Body-Zone 30.
  • Die Geometrie des sich in den 1a und 1b durch die Kompensationszone 32 und die Bodyzone 30 erstreckenden Abschnittes 14 der Driftzone und gegebenenfalls der Halbleiterschicht 60 ist abhängig von der Zellengeometrie. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer rechteckförmigen Zellenstruktur umgeben die Kompensationszone 32 und die Body-Zone 30 den sich säulenartig nach oben erstreckenden Abschnitt 14 der Driftzone 12 im Wesentlichen ringförmig. Zum besseren Verständnis ist in 2 gestrichelt auch die oberhalb der Source-Zone 20 liegende Kante der Gate-Elektrode 40 eingezeichnet.
  • Bei einem streifenförmigen Zellendesign sind die Kompensationszone 32, die Body-Zone 30 und die Source-Zone 20 zweiteilig und in lateraler Richtung streifenförmig ausgebildet, wobei der über die Zwischenschicht 60 durch die Source-Elektrode 50 kontaktierte Abschnitt 14 der Driftzone 12 und gegebenenfalls die Halbleiterschicht 60 ebenfalls streifenförmig ausgebildet sind und wobei die beiden Abschnitte der Kompensationszone 32 und der Body-Zone 30 diesen Abschnitt 14 der Driftzone 12 beidseitig umgeben.
  • Im Sperrbetrieb des Bauelementes also bei Anlegen einer positiven Spannung zwischen Drain D und Source S und nicht angesteuerter Gate-Elektrode 40 breitet sich ausgehend von der Body-Zone 30 und der Kompensationszone 32 eine Raumladungszone aus, die den schwach n-dotierten Kanal 14 zwischen den Abschnitten der Kompensationszone 32 und der Body-Zone 30 abschnürt, woraus eine erhöhte Sperrspannung der Bypass-Diode resultiert.
  • 1 zeigt wie erläutert, eine Zelle eines zellenartigen aufgebauten MOS-Transistorbauelements. Es sei darauf hingewiesen, dass alle Zellen eines solchen Bauelementes entsprechend der in 1 dargestellten Zelle ausgebildet sein können.
  • Weiterhin besteht, wie in 4 dargestellt ist, die Möglichkeit "herkömmliche" Transistorzellen, von denen eine im linken Teil des in 4 gezeigten Ausschnitts dargestellt ist, und die erfindungsgemäße Transistorzelle, die im rechten Teil des Ausschnitts in 4 dargestellt ist, gemeinsam vorzusehen. Die herkömmliche Transistorzelle weist im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Transistorzelle eine in lateraler Richtung durchgehende Body-Zone 30' auf, an die sich eine säulenförmige Kompensationszone 32' anschließt, die in lateraler Richtung ebenfalls durchgehend ausgebildet ist, während bei der erfindungsgemäßen Transistorzelle ein Kanal in der Kompensationszone 32 und der Body-Zone 30 vorgesehen ist, in dem sich ein Abschnitt 14 der Driftzone 12 in Richtung der Anschlusselektrode 50 erstreckt.
  • Wie bei einem herkömmlichen Bauelement, bei dem identisch aufgebaute Transistorzellen in einem Zellenfeld verwendet werden, werden die herkömmliche Transistorzelle und die erfindungsgemäße Transistorzelle durch eine gemeinsame Source-Elektrode S kontaktiert, und die Zellen besitzen eine gemeinsame Gate-Elektrode 40. Außerdem ist die Driftzone 12 und die Drain-Zone 10 allen Transistorzellen, also den herkömmlichen Transistorzellen und den erfindungsgemäßen Transistorzellen, gemeinsam.
  • Vorteilhafterweise finden erfindungsgemäße Transistorzellen insbesondere im Randbereich eines Zellenfeldes, an den sich der Randabschluss anschließt, Verwendung.
  • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes, das als lateraler MOSFET ausgebildet ist. 5a zeigt dabei einen Ausschnitt des Halbleiterbauelementes in perspektivischer Ansicht, und 5b zeigt einen Querschnitt durch die in 5a eingezeichnete Schnittlinie B-B.
  • Das Bauelement umfasst einen Halbleiterkörper 200 mit einer n-dotierten Halbleiterschicht 212, die die Driftzone des Halbleiterbauelementes bildet. Im Bereich der Vorderseite 201 ist in dieser Driftzone eine p-dotierte Bodyzone 230 und in der Bodyzone 230 eine n-dotierte Source-Zone 220 vorgesehen. In lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 200 beabstandet zu der Body-Zone 230 und der Source-Zone 220 ist eine n-dotierte Drain-Zone 210 im Bereich der Vorderseite 201 in der Driftzone 212 vorgesehen.
  • Die Source-Zone 220 und die Body-Zone 230 sind durch eine Source-Elektrode 250 kontaktiert, die sich in die Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers hinein erstreckt, um die Source-Zone 220 und die Body-Zone 230 kurzzuschließen. Die Drain-Zone 210 ist durch eine Drain-Elektrode 211, die in dem Ausführungsbeispiel auf die Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers 200 aufgebracht ist, kontaktiert.
  • Anschließend an die Body-Zone 230 sind in der Driftzone 212 mehrere beabstandet zueinander angeordnete Kompensationszonen 232A-232C angeordnet, wobei diese Kompensationszonen vom selben Leitungstyp wie die Body-Zone 230 und komplementär zu der Driftzone 212 dotiert sind. Diese Kompensationszonen 232A-232C sind in dem Ausführungsbeispiel als Schichten ausgebildet, die im Wesentlichen parallel zu der Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers ausgebildet und in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind.
  • Die Body-Zone 230 und die Source-Zone 220 sind so ausgebildet, dass sie entlang der langgestreckten Source-Elektrode 250 einen Abschnitt 270 im Anschluss an die Source-Elektrode 250 freilassen, im Bereich dessen sich ein Abschnitt 214 (siehe 5b) der Driftzone 212 bis an die Source-Elektrode 250 erstreckt. Vorzugsweise erstrecken sind auch die Kompensationszonen 232A-232C in diesem Abschnitt 270 bis an die Source-Elektrode 250, so dass bezugnehmend auf 5b in diesem Abschnitt 270 eine Schichtstruktur, bei der sich Kompensationszonen 232A-232C und Abschnitte 214 der Driftzone abwechseln im Anschluss an die Source-Elektrode 250 vorhanden ist. Zwischen den sich bis an die Source-Elektrode 250 erstreckenden Abschnitten 214 der Driftzone ist dabei in der bereits zuvor erläuterten Weise entweder ein Schottky-Kontakt gebildet, wozu die Source-Elektrode beispielsweise aus einem Schottky-Metall besteht, oder zwischen der Source-Elektrode 250 und dem sich bis an diese erstreckenden Abschnitt 214 der Driftzone ist eine schwächer dotierte Halbleiterschicht gebildet, die zusammen mit dem Abschnitt 214 der Driftzone eine Diode mit schwach dotiertem Emitter bildet.
  • 6 zeigt eine Abwandlung des anhand von 5 erläuterten Bauelements, wobei bei dem Bauelement gemäß 6 Kompensationszonen 232D-232K vorhanden sind, die sich an die Body-Zone 230 anschließen und die ebenfalls schichtartig ausgebildet sind. Diese, die Kompensationszonen bildenden p-dotierten Schichten 232D-232K verlaufen im Gegensatz zu den Schichten 232A-232C in 5 im Wesentlichen senkrecht zu der Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers 200. In diesem Ausführungsbeispiel gemäß 6 erstreckt sich ein Abschnitt 214 der Driftzone 212 zwischen zwei Kompensationszonen 232G, 232H durch die Body-Zone 230 bis an die Source-Elektrode 250, wobei zwischen dieser Source-Elektrode 250 und diesem Abschnitt 214 der Driftzone ein Schottky-Kontakt oder eine Diode mit schwach dotiertem Emitter als Bypass-Diode gebildet ist.
  • Bei den anhand der 5 und 6 erläuterten Bauelementen ist eine Gate-Elektrode 240 oberhalb der Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers im Bereich der Body- und Source-Zone 220, 230 angeordnet. Diese gegenüber dem Halbleiterkörper 200 isolierte Gate-Elektrode 240 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 5 und 6 lediglich gestrichelt dargestellt.
  • 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines lateralen MOSFET gemäß der vorliegenden Erfindung. Das in 7 dargestellte Bauelement unterscheidet sich von dem in 5 dargestellten im Wesentlichen dadurch, dass eine Gate-Elektrode mit mehreren säulenförmigen Abschnitten 240A-240C vorhanden ist, wobei sich diese säulenförmigen Abschnitte in der Body-Zone 230 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstrecken. In lateraler Richtung erstrecken sich diese Abschnitte, die durch Isolationsschichten 242A-242C gegenüber dem Halbleiterkörper 200 isoliert sind, von der Source-Zone 220 bis in die Driftzone 212. Die Driftzone 212 ist bei dem dargestellten Bauelement oberhalb eines kom plementär dotierten Halbleitersubstrat 213 angeordnet, wobei sich die Source-Zone 220 und die Body-Zone 230 in vertikaler Richtung ebenfalls bis an dieses Halbleitersubstrat 213 erstrecken.
  • In einem Abschnitt 270 erstreckt sich ein Abschnitt 214 der Driftzone 212 bis an die Source-Elektrode 250, wie dies in 7b, die einen Querschnitt entlang der in 7a eingezeichneten Schnittebene D-D zeigt, veranschaulicht ist. Vorzugsweise erstrecken sich ebenfalls die Kompensationszonen 232L-232S, die in dem Beispiel als parallel zu der Vorderseite 201 verlaufende Schichten ausgebildet sind, bis an die Source-Elektrode 250 und bilden somit eine Schutzstruktur für die sich bis an die Source-Elektrode 250 erstreckenden Abschnitte 214 der Driftzone. Diese Driftzonenabschnitte 214 sind durch Abschnitte 230A, 230B der Body-Zone von der Source-Zone 220 getrennt. Zwischen diesen Abschnitten 214 der Driftzone und der Source-Elektrode 250 ist in bereits erläuterter Weise entweder eine Schottky-Diode oder eine pn-Diode mit schwach dotiertem Emitter als Bypass-Diode gebildet.
  • 8 zeigt eine Abwandlung des in 7 dargestellten Bauelementes, wobei sich das in 8 dargestellte Bauelement von dem in 7 dargestellten dadurch unterscheidet, dass ähnlich der säulenförmigen Gate-Elektrodenabschnitte 240A, 240B eine säulenförmige Elektrode 252 vorhanden ist, die sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 200 hineinerstreckt. Diese Elektrode 252 ist in dem Ausführungsbeispiel auf gleicher Höhe wie die Gate-Elektrodenabschnitte 240A, 240B angeordnet. Die Elektrode 252 ist elektrisch leitend mit der Source-Elektrode 250 verbunden, wozu ein Verbindungskontakt 251 zwischen der Source-Elektrode 250 und der Elektrode 252 vorhanden ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Source-Elektrode 250, der Verbindungskontakt 251 und die Elektrode 252 selbstverständlich auch einstückig ausgebildet sein können. Die Elektrode 252 dient als "Verlängerung" der Source-Elektrode 250 in die Driftzone 230, wobei sich Ab schnitte 214 (siehe 8b) der Driftzone bis unmittelbar an diese Elektrode 252 erstrecken, die jeweils zwischen zwei Kompensationszonenschichten 232L-232S angeordnet sind. Zwischen diesen Driftzonenabschnitten 214 und der Elektrode 252 sind entweder Schottky-Kontakte oder Dioden mit schwach dotiertem Emitter gebildet, um Bypass-Dioden zu realisieren. Zur Realisierung von Dioden mit schwach dotiertem Emitter sind zwischen den Driftzonenabschnitten 214 und der Elektrode 252 in nicht näher dargestellter Weise schwach p-dotierte Halbleiterschichten angeordnet.
    • 10
    Drain-Zone
    100
    Halbleiterkörper
    101
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    102
    Rückseite des Halbleiterkörpers
    12
    Driftzone
    20
    Source-Zone
    30, 30'
    Body-Zone
    32, 32'
    Kompensationszone
    40
    Gate-Elektrode
    42
    Isolationsschicht
    50
    Anschlusselektrode, Source-Elektrode
    60
    Zwischenschicht
    D
    Drain-Anschluss
    G
    Gate-Anschluss
    S
    Source-Anschluss
    200
    Halbleiterkörper
    201
    Vorderseite des Halbleiterkörpers
    210
    Drain-Zone
    212
    Driftzone
    214
    Driftzonenabschnitt
    220
    Source-Zone
    230
    Body-Zone
    232A-232S
    Kompensationszonen
    240
    Gate-Elektrode
    240A-240C
    Gate-Elektrode
    242
    Isolationsschicht
    242A-242C
    Isolationsschicht
    250
    Anschlusselektrode, Source-Elektrode
    265
    Elektrode

Claims (10)

  1. MOS-Transistorbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – eine in einem Halbleiterkörper (100; 200) ausgebildete Drain-Zone (10; 210) eines ersten Leitungstyps, und eine sich an die Drain-Zone (10; 210) anschließende, schwächer als diese dotierte Driftzone (12; 212) des ersten Leitungstyps, – wenigstens eine beabstandet zu der Drain-Zone (10; 210) angeordnete Source-Zone (20; 220) des ersten Leitungstyps und eine zwischen der Source-Zone (20; 220) und der Driftzone (12; 212) angeordnete Body-Zone (30; 230) eines zweiten Leitungstyps, wobei die wenigstens ein Source-Zone (10; 210) und die Body-Zone (30; 230) durch eine gemeinsame Anschlusselektrode (50; 250) kontaktiert sind, – eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100; 210) angeordnete Gate-Elektrode (40; 240), – wenigstens eine sich an die Body-Zone (30; 230) anschließende und in die Driftzone (12; 212) erstreckende Kompensationszone (32; 232A-232S) des zweiten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abschnitt der Driftzone (12; 212) benachbart zu der Body-Zone (30; 230) und wenigstens einer Kompensationszone (32; 232A-232S) oder durch die Body-Zone (30; 230) und wenigstens eine Kompensationszone (32; 232A-232S) bis an die Anschlusselektrode (50) erstreckt, wobei zwischen der Anschlusselektrode (50) und der Driftzone (12) ein Schottky-Kontakt ausgebildet ist.
  2. MOS-Transistorbauelement, das folgende Merkmale aufweist: – eine in einem Halbleiterkörper (100; 200) ausgebildete Drain-Zone (10; 210) eines ersten Leitungstyps, und eine sich an die Drain-Zone (10; 210) anschließende, schwächer als diese dotierte Driftzone (12; 212) des ersten Leitungstyps, – wenigstens eine beabstandet zu der Drain-Zone (10; 210) angeordnete Source-Zone (20; 220) des ersten Leitungstyps und eine zwischen der Source-Zone (20; 220) und der Driftzone (12; 212) angeordnete Body-Zone (30; 230) eines zweiten Leitungstyps, wobei die wenigstens ein Source-Zone (10; 210) und die Body-Zone (30; 230) durch eine gemeinsame Anschlusselektrode (50; 250) kontaktiert sind, – eine isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper (100; 210) angeordnete Gate-Elektrode (40; 240), – wenigstens eine sich an die Body-Zone (30; 230) anschließende und in die Driftzone (12; 212) erstreckende Kompensationszone (32; 232A-232S) des zweiten Leitungstyps, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Abschnitt der Driftzone (12; 212) benachbart zu der Body-Zone (30; 230) und wenigstens einer Kompensationszone (32; 232A-232S) oder durch die Body-Zone (30; 230) und wenigstens eine Kompensationszone (32; 232A-232S) bis an die Anschlusselektrode (50) erstreckt, wobei zwischen der Anschlusselektrode (50; 250) und der Driftzone (12; 212) eine im Vergleich zur Body-Zone (30; 230) schwächer dotierte Halbleiterschicht (60) des zweiten Leitungstyps ausgebildet ist.
  3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dotierung der Body-Zone (30; 230) und der wenigstens einen Kompensationszone (32; 232A-232S) so auf die Dotierung der Source-Zone (20; 220) und der Driftzone (12; 212) abgestimmt sind, dass sich diese Zonen bei anliegender Sperrspannung vollständig von Ladungsträgern ausräumen können.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Drain-Zone (10) in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu der Source-Zone (20) und der Body-Zone (30) ausgebildet ist.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Drain-Zone (210) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zu der Source-Zone (220) und der wenigstens einen Body-Zone (230) an einer Vorderseite (210) des Halbleiterkörpers angeordnet ist.
  6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem mehrere schichtartig ausgebildete Kompensationszonen (232A-232C; 232L-232S) beabstandet zueinander und wenigstens annäherungsweise parallel zu der Vorderseite (201) des Halbleiterkörpers (200) verlaufen.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem mehrere schichtartig ausgebildete Kompensationszonen (232D-232K) beabstandet zueinander und wenigstens annäherungsweise senkrecht zu der Vorderseite (201) des Halbleiterkörpers (200) verlaufen.
  8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Dotierungskonzentration der wenigstens einen Kompensationszone (32; 232A-232S) in Richtung der Anschlusselektrode (50; 250) zunimmt.
  9. Vertikales Halbleiterbauelement mit einem in einem Halbleiterkörper integriertem Zellenfeld, das eine Anzahl parallel geschalteter Transistorzellen mit je einer Source-Zone (20), einer Body-Zone und einer Kompensationszone (32) aufweist und das wenigstens eine Driftzone (12) und eine Drain-Zone (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Transistorzellen entsprechend einem Bauelement gemäß der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.
  10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, bei dem das Zellenfeld Randzellen aufweist, die in horizontaler Richtung des Halbleiterkörpers am Rand des Zellenfeldes angeordnet sind, wobei wenigstens eine der Randzellen entsprechend einem Bauelement gemäß Anspruch 1 ausgebildet ist.
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