DE19632077A1 - Leistungshalbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Leistungshalbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Leistungshalbleiterbauteil, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauteil das einen Durchschalt-Effekt ("latch-up"-Effekt) steuern kann und ein Verfahren um dieses herzustellen.
Wie nach dem Stand der Technik gut bekannt ist, wirkt bei einem Gate-gesteuerten Transistor unter den Leistungshalbleiterbauteilen, insbesondere bei einem Gate- gesteuerten Transistor mit einem n-Kanal, ein Durchschalt- Effekt als ein Hauptfaktor, der den Betriebsstrom beschränkt.
Falls bei einem solchen Gate-gesteuerten Transistor mit einem Thyristoraufbau ein Löcherstrom, der unter dem im oberen Teil der p⁻-Wanne ausgebildeten n⁺-Source- Übergangsbereich fließt, vergrößert wird, wird aufgrund des Widerstandes der p⁻-Wanne eine Spannungsdifferenz zwischen der Wanne und dem Source-Übergangsbereich erzeugt. Wenn die Spannungsdifferenz über einen konstanten Wert ansteigt, nimmt beim Gate-gesteuerten Transistor ein parasitärer npnp-Thyristor seinen Betrieb auf.
Falls beim Gate-gesteuerten Transistor ein solcher parasitärer npnp-Thyristor seinen Betrieb aufnimmt, bewirkt der Transistor, daß ein Strom an einen pnp-Transistor angelegt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der pnp-Transistor nicht ausgeschaltet, selbst wenn die Gate-Spannung an dem Gate-gesteuerten Transistor abgeschaltet wird. Im Gegenteil, es wird sogar ein durch den pnp-Transistor fließender Strom weiter vergrößert. Durch einen solchen Betrieb steigt die Temperatur im Gate-gesteuerten Transistor an und daher wird sein Normalbetrieb gestört. Die oben beschriebenen, aufeinander folgenden Vorgänge werden kurz als Durchschalt-Effekt ("latch-up"-Effekt) bezeichnet.
Um das obige, durch den Durchschalt-Effekt verursachte Problem zu vermeiden, sollte der durch den Transistor fließende Betriebsstrom erhöht werden. D. h., um den Betriebsstrom des Transistors zu vergrößern, sollte der Widerstand einer p⁻-Wanne unter dem n⁺-Source- Übergangsbereich soweit wie möglich minimiert werden. Folglich kann eine Spannungsdifferenz dazwischen wesentlich verringert werden. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Gate­ gesteuerten Transistors nach dem Stand der Technik, der als Leistungshalbleiterbauteil in der Technik am häufigsten verwendet wurde, um den Widerstand einer p⁺-Wanne zu vermindern, die durch Ionenimplantation in einer p⁻-Wanne ausgebildet wird.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist auf einer hochdotierten p⁻-Halbleiterschicht 12, auf der eine Anodenelektrode (nicht dargestellt) ausgebildet ist, eine hochdotierte n⁺- Pufferschicht 13 ausgebildet und auf der Pufferschicht 13 ist mittels epitaktischem Wachstum eine schwach dotierte n⁺-Halbleiterschicht 14 ausgebildet. Ebenso ist eine Gate- Polysiliciumschicht 16 auf der Halbleiterschicht 14 ausgebildet, wobei eine Gate-Oxidschicht 15 dazwischen eingefügt ist, und ein p⁻-Wannenbereich 19 ist zwischen den Gate-Polysiliciumschichten 16 und der Halbleiterschicht 14 mittels Ionenimplantation und thermischer Behandlung ausgebildet. Um das Auftreten des Durchschalt-Effekts zu unterdrücken, wird durch Ionenimplantation und thermische Behandlung eine p⁺-Wanne ausgebildet, die durch die Mitte des p⁻-Wannenbereichs 19 hindurch zu einem Teil der Halbleiterschicht 14 verläuft. Unter Verwendung einer Source-bildenden Maske wird als nächstes ein n⁺-Source- Übergangsbereich 25 auf dem p⁻-Wannenbereich 19 und auf der p⁺-Wanne 30 ausgebildet. Als eine Kathodenelektrode wird auf einem Teil des n⁺-Source-Übergangsbereichs 25 und der p⁺-Wanne 3a eine Metallelektrode 29 ausgebildet. Das oben nicht erwähnte Bezugszeichen 28 ist eine PSG-Schicht 28 (Phosphorsilikatglas) zum elektrischen Isolieren der Metallelektrode 29 gegen die Gate-Polysiliciumschicht 16.
Beim Gate-gesteuerten Transistor nach dem Stand der Technik mit dem obigen Aufbau kann eine Spannungsdifferenz zwischen dem Source-Übergangsbereich 25 und den Wannen 19 und 30 verringert werden, weil die Stärke eines unter dem Source- Übergangsbereichs 25 fließenden Stroms durch die p⁺-Wanne 30 gesteuert werden kann, die durch die p⁻-Wanne 19 hindurchlaufend ausgebildet ist, d. h. durch die p⁺-Wanne 30 ist der Widerstand klein. Folglich kann der Durchschalt- Effekt beim Gate-gesteuerten Transistor nach dem Stand der Technik besser unterdrückt werden.
Da jedoch solche Fenster, die eine Breite von mehr als ungefähr 2-3 µm aufweisen, auf einem Halbleitersubstrat bei jeder Zelle ausgebildet werden müssen, um einen p⁺- Wannenbereich auszubilden, bestehen bei einem Herstellungsverfahren des oben beschriebenen, Gate- gesteuerten Transistors darin Probleme, daß die Größe eines Chips ziemlich groß ist und daß unvermeidlicherweise Masken zum Ausbilden der Fenster erzeugt werden müssen. Da außerdem beim Herstellungsverfahren des oben beschriebenen Transistors zusätzliche Prozesse erforderlich sind, um solche fensterausbildenden Masken herzustellen, besteht darin ein Problem, daß ein Herstellungsverfahren kompliziert ist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Leistungshalbleiterbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzusehen, bei denen der Durchschalt-Effekt effektiv unterdrückt und die Größe des Chips reduziert werden kann.
Ferner sollen ein Leistungshalbleiterbauteil und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorgesehen werden, bei denen der Durchschalt-Effekt ohne die Verwendung einer p⁺- Wanne effektiv unterdrückt werden kann.
Außerdem soll ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils vorgesehen werden, bei dem die Anzahl der Herstellungsschritte reduziert werden kann.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die in dem Anspruch 1, 2, 4 bzw. 5 angegebenen Merkmale gelöst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Unteranspruch 3 angegeben.
Insbesondere sieht die Erfindung ein Leistungshalbleiterbauteil vor mit einem Halbleitersubstrat, das mit einem Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps hoch dotiert ist; einer Pufferschicht, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet und mit einem Halbleitermaterial eines zweiten Leitfähigkeitstyps schwach dotiert ist; einer Halbleiterschicht, die mittels epitaktischem Wachstum auf der Pufferschicht ausgebildet und mit dem Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps schwach dotiert ist; einem Wannenbereich, der in der Halbleiterschicht ausgebildet und mit dem Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps schwach dotiert ist; einer Gate-Polysiliciumschicht, die auf der Halbleiterschicht ausgebildet ist, wobei zwischen der Gate- Polysiliciumschicht und der Halbleiterschicht eine Gate- Oxidschicht liegt, und die einen Teil des Wannenbereichs abdeckt, aber nicht alles davon; zwei Source- Übergangsbereichen, die im Wannenbereich ausgebildet, voneinander beabstandet und mit dem Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps hoch dotiert sind, wobei diese Bereiche durch Ausbilden einer Metallelektrode darauf elektrisch miteinander verbunden sind; einem ohmschen Kontaktbereich, der im Wannenbereich ausgebildet und mit dem Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps hoch dotiert ist; und einem diffundierten Bereich, der im Wannenbereich und zwischen dem Wannenbereich und dem ohmschen Kontaktbereich horizontal ausgebildet ist, die Unterseiten der beiden Source-Übergangsbereiche umschließt und sich vom einen zum andern erstreckt, aber nicht bis zu einem Kanal, der neben dem Gate-Oxid ausgebildet werden soll.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils die Schritte auf: Ausbilden einer Pufferschicht auf einem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat ein hochdotiertes Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und wobei die Pufferschicht ein hochdotiertes Halbleitermaterial eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist; epitaktisches Aufwachsen einer schwach dotierten Halbleiterschicht auf der Pufferschicht, wobei die Halbleiterschicht den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist; Ausbilden einer Polysiliciumschicht auf der Halbleiterschicht mit einer dazwischenliegenden Oxidschicht; Ausbilden eines Photolackmusters auf der Polysiliciumschicht, um einen Wannenbereich abzugrenzen; nacheinander Entfernen der Polysiliciumschicht und der Oxidschicht unter Verwendung des Photolackmusters als eine Wannen-ausbildende Maske, um eine Gate-Polysiliciumschicht auszubilden; Injizieren von Fremdatomionen in den Wannenbereich unter Verwendung der Gate-Polysiliciumschicht als eine Maske, um eine Wanne mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht auszubilden; Ausbilden einer ersten fremdatominjizierten Schicht in der Wanne durch Injizieren von Fremdatomionen mit dem ersten Leitfähigkeitstyp; Ausbilden eines Nitridmusters auf der Wanne, um einen Source-Übergangsbereich abzugrenzen; Injizieren von Fremdatomionen in die Wanne unter Verwendung des Nitridmusters als eine Source-ausbildende Maske, um eine zweite fremdatominjizierte Schicht mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp oberhalb der ersten fremdatominjizierten Schicht auszubilden; Durchführen einer thermischen Behandlung, um durch Diffusion der ersten und zweiten fremdatominjizierten Schicht gleichzeitig einen diffundierten Bereich und einen Source-Übergangsbereich auszubilden, wobei der diffundierte Bereich höher dotiert ist als die Wanne und eine Unterseite des Source- Übergangsbereichs bedeckt; Injizieren von Fremdatomionen in die Wanne, um einen ohmschen Kathodenkontaktbereich mit dem ersten Leitfähigkeitstyp zwischen den Source- Übergangsbereichen auszubilden, wobei der Kontaktbereich höher dotiert ist als der diffundierte Bereich; und Ausbilden einer Metallelektrode auf dem ohmschen Kathodenkontaktbereich und auf der Gate-Polysiliciumschicht mit einer dazwischenliegenden Isolatorschicht.
Beim Verfahren ist der erste Leitfähigkeitstyp vom p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp vom n-Typ.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Leistungshalbleiterbauteil eine auf einem Halbleitersubstrat ausgebildete Halbleiterschicht, eine in der Halbleiterschicht ausgebildete schwach dotierte Wanne, einen in der Wanne ausgebildeten hochdotierten Source- Übergangsbereich und eine auf der Halbleiterschicht ausgebildete Gate-Polysiliciumschicht mit einer dazwischenliegenden Gate-Oxidschicht auf und weist weiterhin einen ohmschen Kontaktbereich mit einem hochdotierten Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der ohmsche Kontaktbereich in der Wanne und zwischen den Source-Übergangsbereichen ausgebildet ist; und einen diffundierten Bereich auf, der im Wannenbereich sowie zwischen dem Wannenbereich und dem ohmschen Kontaktbereich ausgebildet ist, die Unterseiten der Source-Übergangsbereiche umschließt und sich vom einen zum andern erstreckt, aber nicht bis zu einem Kanal, der unterhalb des Gate-Oxids ausgebildet werden soll.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiterbauteils mit einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Halbleiterschicht, einer schwach dotierten Wanne in der Halbleiterschicht, einem hochdotierten Source- Übergangsbereich in der Wanne und einer Gate- Polysiliciumschicht auf der Halbleiterschicht mit einer dazwischenliegenden Gate-Oxidschicht, die Schritte auf: Ausbilden eines ohmschen Kontaktbereichs mit einem hochdotierten Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps in der Wanne und zwischen den Source- Übergangsbereichen; und Ausbilden eines diffundierten Bereichs in der Wanne sowie zwischen der Wanne und dem ohmschen Kontaktbereich, wobei der diffundierte Bereich die Unterseiten der Source-Übergangsbereiche umschließt und sich vom einen zum andern erstreckt, aber nicht bis zu einem Kanal, der unterhalb des Gate-Oxids ausgebildet werden soll, und wobei der diffundierte Bereich höher dotiert ist als die Wanne und schwächer dotiert ist als der ohmsche Kontaktbereich.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Leistungshalbleiterbauteils nach dem Stand der Technik darstellt;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau eines Leistungshalbleiterbauteils gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
Fig. 3A bis 3I Querschnittsansichten, die die Bearbeitungsschritte zum Herstellen des Leistungshalbleiterbauteils von Fig. 2 gemäß einem neuen Verfahren der Erfindung darstellt;
Fig. 4A eine Querschnittsansicht, die einen Teil des Aufbaus des Halbleiterbauteils von Fig. 2 darstellt;
Fig. 4B ein Liniendiagramm, das die Dotierungs­ konzentration von Fremdatominjektionsbereichen erläutert, die auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats horizontal ausgebildet sind;
Fig. 5A eine weitere Querschnittsansicht, die einen Teil des Aufbaus des Leistungshalbleiterbauteils von Fig. 2 darstellt;
Fig. 5B ein Liniendiagramm, das die Dotierungs­ konzentration der Fremdatomsinjektionsbereiche erläutert, die von einem Source-Übergangsbereich bis zu einer Epitaxieschicht vertikal ausgebildet sind;
Fig. 6A eine weitere Querschnittsansicht, die einen Teil des Aufbaus des Leistungshalbleiterbauteils von Fig. 2 darstellt; und
Fig. 6B ein Liniendiagramm, das die Dotierungs­ konzentration der Fremdatominjektionsbereiche erläutert, die von einem Kathodenkontaktbereich bis zur Epitaxieschicht vertikal ausgebildet sind.
Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, weist ein neues Leistungshalbleiterbauteil gemäß der Erfindung n⁺-Source- Übergangsbereiche 25, die mit einem Fremdatom hoch dotiert sind, einen ohmschen p⁻-Kathodenkontaktbereich 27, der mit einem Fremdatom hoch dotiert und zwischen den Source- Übergangsbereichen sowie in einer mit einem Fremdatom schwach dotierten p⁻-Wanne 19 ausgebildet ist, und einen p- Typ diffundierten Bereich 24 auf, der zwischen dem ohmschen Kathodenkontaktbereich 27 und dem unteren Teil der Wanne 19 ausgebildet ist, um einen Durchschalt-Effekt zu steuern, und die gesamten unteren Teile der Source-Übergangsbereiche 25 bedeckt. Beim Bauteil ist der diffundierte Bereich 24 mit Fremdatomen höher dotiert als die Wanne 19 und schwächer als der ohmsche Kathodenkontaktbereich 27. Weil die p⁻-Wanne 19 mit Fremdatomen schwach dotiert ist und der in der p⁻-Wanne 19 ausgebildete, diffundierte Bereich 24 hoch dotiert ist, kann gemäß dem Bauteil der Erfindung ein Auftreten des Durchschalt-Effekts darin effektiv unterdrückt werden ohne die Verwendung einer Ionenimplantation zum Ausbilden einer hochdotierten p⁺- Wanne in einem Halbleitersubstrat.
Die Fig. 3A bis 3I zeigen die Bearbeitungsschritte zum Herstellen des Leistungshalbleiterbauteils von Fig. 2. Bauteilelemente, die ähnliche Funktionen wie das Leistungshalbleiterbauteil (in Fig. 2 dargestellt) aufweisen, werden mit den selben Bezugszeichen angegeben.
In Fig. 3A ist dargestellt, wie mittels epitaktischem Wachstum auf einem p⁻-Halbleitersubstrat 12 eine dünne n⁺- Pufferschicht 13 ausgebildet wird, die mit Phosphorionen als Dotierstoff dotiert ist. Mittels epitaktischem Wachstum wird auf der n⁺-Pufferschicht 13 eine n⁻-Halbleiterschicht 14 ausgebildet, die mit Phosphorionen als Dotierstoff schwach dotiert ist.
Ebenfalls werden nacheinander eine Oxidschicht, eine Polysiliciumschicht und eine Photolackschicht auf der n⁻- Halbleiterschicht 14 ausgebildet und die Photolackschicht wird durch einen gut bekannten Belichtungsprozeß strukturiert, der eine musterausbildende Maske verwendet, um einen Wannenbereich abzugrenzen. Dann wird unter Verwendung der strukturierten Photolackschicht als eine Gate-ausbildende Maske ein Ätzprozeß ausgeführt, um selektiv zuerst die Polysiliciumschicht und dann die Oxidschicht zu entfernen. Wie dies in Fig. 3B dargestellt ist, werden folglich eine Gate-Polysiliciumschicht 16 und eine Gate-Oxidschicht 15 auf der Halbleiterschicht 14 ausgebildet.
Die Gate-Polysiliciumschicht 16 muß eine solche Leitfähigkeit aufweisen, daß sie als eine Gate-Elektrode des Bauteils wirkt. Sie kann durch eine in der Technik gut bekannte "in situ"-Technik oder durch Abscheidung einer undotierten Polysiliciumschicht vor der Injektion von Fremdatomen in die undotierte Polysiliciumschicht ausgebildet werden.
Wie dies in Fig. 3C dargestellt ist, wird nach dem Entfernen der Photolackstruktur 17 unter Verwendung der Gate-Polysiliciumschicht 16 als eine Wannen-ausbildende Maske eine Ioneninjektion in die Halbleiterschicht 14 ausgeführt, um eine p⁻-fremdatominjizierte Schicht 18 auszubilden. Und ein thermischer Diffusionsprozeß wird ausgeführt, um durch Ionendiffusion der p⁻­ fremdatominjizierten Schicht 18 in die Halbleiterschicht 14 eine p⁻-Wanne 19 auszubilden, wie dies in Fig. 3D dargestellt ist.
In Fig. 3E ist dargestellt, wie wiederum unter Verwendung der Gate-Polysiliciumschicht 16 als eine Maske ebenfalls eine Ioneninjektion in die Wanne 19 ausgeführt wird, um eine fremdatoininjizierte Schicht 20 zum Steuern des Durchschalt-Effekts auszubilden. Folglich wird die p-Typ­ fremdatominjizierte Schicht 20 in einer konstanten Tiefe der p⁻-Wanne 19 ausgebildet.
Als nächstes wird auf der offenliegenden Oberfläche der Halbleiterschicht 14, d. h., auf der p⁻-Wanne 20, eine strukturierte Maske 21 ausgebildet, wie in Fig. 3F dargestellt. Nach der Ausbildung der strukturierten Maske wird eine Ioneninjektion in die p⁻-Wanne 20 ausgeführt, wobei die strukturierte Maske als eine kontaktausbildende Maske verwendet wird, um eine fremdatominjizierte Schicht 22 für ohmsche Kontakte auszubilden. Beim Ausführungsbeispiel wird die strukturierte Maske 21 durch den Schritt des Abscheidens einer Nitridschicht auf die Halbleiterschicht 14 und den Schritt des selektiven Atzens der Nitridschicht ausgebildet. Ebenfalls werden in der p⁻- Wanne die fremdatominjizierte Schicht 20, die den Durchschalt-Effekt steuert, und die fremdatominjizierte Schicht 22 erzeugt, die die Kontakte ausbildet. Die Schicht 20 wird in der p⁻-Wanne 19 tiefer ausgebildet als die Schicht 22. Ebenfalls ist die Schicht 20 mit p-Typ- Fremdatomen schwach dotiert und die Schicht 22 ist mit n- Typ-Fremdatomen hoch dotiert.
Nach Entfernen der strukturierten Nitridschicht 21 wird eine thermische Behandlung durchgeführt, um durch Ionendiffusion der fremdatominjizierten Schichten 22 und 20 in die p⁻-Wanne 19 einen n⁺-Source-Übergangsbereich 25 und einen fremdatomdiffundierten Bereich 24 zur Steuerung des Durchschalt-Effekts auszubilden, wie dies in Fig. 3G dargestellt ist.
Durch entsprechendes Steuern der Temperatur und der Zeit für die thermische Behandlung, bedeckt der diffundierte Bereich 24 zum Steuern des Durchschalt-Effekts den unteren Teil des n⁺-Source-Übergangsbereichs 25 in der Wanne 19, aber erstreckt sich andererseits nicht über den seitlichen Teil des n⁺-Source-Übergangsbereichs hinaus bis zum Kanal unter der Unterseite der Gate-Oxidschicht 15. Da der diffundierte Bereich 24 mit Fremdatomen höher dotiert ist als die p⁻-Wanne 19, kann der Durchschalt-Effekt gesteuert werden.
Im einzelnen ist der Widerstand unter dem n⁺-Source- Übergangsbereich 25 klein, weil der diffundierte Bereich 24 zum Steuern des Durchschalt-Effekts unter dem n⁺-Source- Übergangsbereich 25 ausgebildet wird. Folglich wird eine Spannungsdifferenz zwischen dem diffundierten Bereich 24 und dem n⁺-Source-Übergangsbereich 25 verringert, so daß ein Betreiben eines parasitären npnp-Thyristors verhindert wird.
Zusätzlich wird mittels einer Ioneninjektion unter Verwendung der Gate-Polysiliciumschicht 16 als eine Maske ein p⁻-Fremdatomsinjektionsbereich 26 zwischen den Source- Übergangsbereichen 25 und auf der Oberfläche des diffundierten Bereichs 24 ausgebildet, wie dies in Fig. 3H dargestellt ist, und dann wird eine thermische Behandlung durchgeführt, um einen ohmschen Kathodenkontaktbereich 27 durch Ionendiffusion des Bereichs 26 in den diffundierten Bereich auszubilden.
Wie oben beschrieben, kann durch die Ioneninjektion unter Verwendung der Gate-Polysiliciumschicht 16 als eine Maske zur Ausbildung eines ohmschen Kathodenkontaktes der Kontaktbereich 27 auf dem n⁺-Source-Übergangsbereich 24 ausgebildet werden. Dies folgt daraus, daß die n⁺- Fremdatomkonzentration des Source-Übergangsbereichs 26 gegenüber dem ohmschen p⁻-Kathodenkontaktbereich 27 höher ist.
Beim Ausführungsbeispiel wird der ohmsche Kathodenkontaktbereich 27 zusätzlich zur Ioneninjektion durch die thermische Behandlung ausgebildet. Der ohmsche Kathodenkontaktbereich 27 kann jedoch durch den folgenden PSG-Abscheideprozeß ausgebildet werden, ohne die Verwendung der thermischen Behandlung nach der Ioneninjektion.
Wenn auf dem Halbleitersubstrat eine PSG-Schicht 28 abgeschieden und strukturiert wird, wird ein Durchgangsloch ausgebildet, das einen Teil der Oberfläche des Source- Übergangsbereichs 25 sowie die gesamte Oberfläche des ohmschen Kathodenkontaktbereichs 27 unbedeckt läßt. Ebenfalls wird auf der PSG-Schicht 28 durch Auffüllen des Durchgangslochs eine Metallelektrode 29 ausgebildet, wie dies in Fig. 3I dargestellt ist. Die PSG-Schicht 28 wird vorgesehen, um die Gate-Polysiliciumschichten 16 gegen die Metallelektrode 29 elektrisch zu isolieren.
Fig. 4A ist eine Querschnittsansicht entlang des Kanals beim Leistungshalbleiterbauteil, das gemäß des oben beschriebenen Verfahrens hergestellt wurde, und Fig. 4B ist ein Liniendiagramm, das die Dotierstoffkonzentrations­ verteilung von der Oberfläche des Halbleitersubstrats horizontal bis zu den Fremdatominjektionsbereichen darstellt.
Wie dies anhand Fig. 4B ersichtlich ist, wird beim Bauteil die Dotierstoffkonzentration des p-Typs an der Oberfläche des Kanals nicht erhöht. Dies liegt daran, daß der diffundierte Bereich 24 zum Steuern des Durchschalt-Effekts nicht entlang der Grenzfläche des Source-Übergangsbereichs 25 bis zum Kanal ausgebildet ist.
Fig. 5A ist eine Querschnittsansicht, die an der Oberfläche des Source-Übergangsbereichs beim Leistungshalbleiterbauteil anfangend vertikal verlaufend angefertigt wurde, und Fig. 5B ist ein Liniendiagramm, das die Dotierstoffkonzentrationsverteilung der Fremdatominjektionsbereiche erläutert, die vertikal vom Source-Übergangsbereich bis zu einer epitaktischen Schicht ausgebildet sind.
Wie dies aus Fig. 5B ersichtlich ist, kann der durch den diffundierten Bereich 24 unter dem Source-Übergangsbereich 25 fließende Löcherstrom verringert werden. Dies folgt daraus, daß der diffundierte Bereich 24 mit Fremdatomen höher dotiert ist als die p⁻-Wanne 19.
Fig. 6A ist eine vertikal entlang der Oberfläche des ohmschen Kathodenkontaktbereichs 27 des Leistungshalbleiterbauteils angefertigte Querschnittsansicht und Fig. 6B ist ein Liniendiagramm, das eine Dotierstoffkonzentrationsverteilung der Fremdatomsinjektionsbereiche erläutert, welche vertikal vom Kathodenkontaktbereich bis zur Epitaxieschicht ausgebildet sind.
Beim gemäß dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Leistungshalbleiterbauteil kann wie oben beschrieben, der Kontaktkennwert der Metallelektrode 29 effektiv verbessert werden, weil der ohmsche Kathodenkontaktbereich 27 höher dotiert ist als der diffundierte Bereich 24 zum Steuern des Durchschalt-Effekts, und die Zunahme eines Löcherstroms, der unter den Source-Übergangsbereichen 25 fließt, kann verhindert werden, weil der diffundierte Bereich 24, der zwischen der p⁻-Wanne 19 und dem ohmschen Kathodenkontaktbereich 27 ausgebildet ist, höher als die Wanne 19 aber schwächer als der ohmsche Kathodenkontaktbereich 27 dotiert ist.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es möglich einen Durchschalt-Effekt ohne eine Ausbildung einer solchen p⁺- Wanne zu verhindern, weil kein Bedarf des Herstellens einer p⁺-Wanne, die durch eine p⁻-Wanne bis zu einer Halbleiterschicht reicht, vorhanden ist.
Außerdem ist es nicht notwendig ein Ionenimplantationsfenster mit einer Breite von ungefähr 2-3 µm bei jeder Zelle zu öffnen, weil bei der Erfindung zur Ausbildung einer p⁺-Wanne keine p⁺-Wannenimplantation verwendet wird, so daß keine Maske für ein Ionenimplantationsfenster hergestellt werden muß. Aus diesem Grund ist es möglich den Herstellungsprozeß zu vereinfachen und die Größe eines Chips zu minimieren.

Claims (5)

1. Leistungshalbleiterbauteil mit:
einem Halbleitersubstrat, das mit einem Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps hoch dotiert ist;
einer Pufferschicht (13), die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet und mit einem Halbleitermaterial eines zweiten Leitfähigkeitstyps schwach dotiert ist;
einer Halbleiterschicht (14), die mittels epitaktischem Wachstum auf der Pufferschicht (13) ausgebildet und mit dem Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps schwach dotiert ist;
einem Wannenbereich (19), der in der Halbleiterschicht (14) ausgebildet und mit dem Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps schwach dotiert ist;
einer Gate-Polysiliciumschicht (16), die auf der Halbleiterschicht (14) ausgebildet ist, wobei zwischen der Gate-Polysiliciumschicht (16) und der Halbleiterschicht (14) eine Gate-Oxidschicht (15) liegt, und die einen Teil des Wannenbereichs (19) abdeckt, aber nicht alles davon;
zwei Source-Übergangsbereichen (25), die im Wannenbereich (19) ausgebildet, voneinander beabstandet und mit dem Halbleitermaterial des zweiten Leitfähigkeitstyps hoch dotiert sind, wobei diese Bereiche durch eine darauf ausgebildete Metallelektrode (29) elektrisch miteinander verbunden sind;
einem ohmschen Kontaktbereich (27), der im Wannenbereich (19) ausgebildet und mit dem Halbleitermaterial des ersten Leitfähigkeitstyps hoch dotiert ist; und
einem diffundierten Bereich (24), der im Wannenbereich (19) und zwischen dem Wannenbereich (19) und dem ohmschen Kontaktbereich (27) horizontal ausgebildet ist, die Unterseiten der beiden Source-Übergangsbereiche (25) umschließt und sich vom einen zum andern erstreckt, aber nicht bis zu einem Kanal, der neben dem Gate-Oxid (15) ausgebildet werden soll.
2. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiter­ bauteils, das die Schritte aufweist:
Ausbilden einer Pufferschicht (13) auf einem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat ein hochdotiertes Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist und wobei die Pufferschicht (13) ein hochdotiertes Halbleitermaterial eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist;
epitaktisches Aufwachsen einer schwach dotierten Halbleiterschicht (14) auf der Pufferschicht (13), wobei die Halbleiterschicht (14) den zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist;
Ausbilden einer Polysiliciumschicht auf der Halbleiterschicht (14) mit einer dazwischenliegenden Oxidschicht;
Ausbilden eines Photolackmusters (17) auf der Polysiliciumschicht, um einen Wannenbereich abzugrenzen;
nacheinander Entfernen der Polysiliciumschicht und der Oxidschicht unter Verwendung des Photolackmusters (17) als eine wannenausbildende Maske, um eine Gate- Polysiliciumschicht (16) auszubilden;
Injizieren von Fremdatomionen in den Wannenbereich unter Verwendung der Gate-Polysiliciumschicht (16) als eine Maske, um eine Wanne (19) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp in der Halbleiterschicht (14) auszubilden;
Ausbilden einer ersten fremdatominjizierten Schicht (20) in der Wanne (19) durch Injizieren von Fremdatomionen mit dem ersten Leitfähigkeitstyp;
Ausbilden eines Nitridmusters auf der Wanne (19), um einen Source-Übergangsbereich abzugrenzen;
Injizieren von Fremdatomionen in die Wanne (19) unter Verwendung des Nitridmusters als eine Source-ausbildende Maske, um eine zweite fremdatominjizierte Schicht (22) mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp oberhalb der ersten fremdatominjizierten Schicht (20) auszubilden;
Durchführen einer thermischen Behandlung, um durch Diffusion der ersten und zweiten fremdatominjizierten Schicht (20, 22) gleichzeitig einen diffundierten Bereich (24) und einen Source-Übergangsbereich (25) auszubilden, wobei der diffundierte Bereich höher dotiert ist als die Wanne (19) und eine Unterseite des Source-Übergangsbereichs bedeckt;
Injizieren von Fremdatomionen in die Wanne (19), um einen ohmschen Kathodenkontaktbereich (27) mit dem ersten Leitfähigkeitstyp zwischen den Source-Übergangsbereichen (25) auszubilden, wobei der Kontaktbereich höher dotiert ist als der diffundierte Bereich (24); und
Ausbilden einer Metallelektrode (29) auf dem ohmschen Kathodenkontaktbereich (27) und auf der Gate- Polysiliciumschicht (16), mit einer dazwischenliegenden Isolatorschicht (28).
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem der erste Leitfähigkeitstyp vom p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp vom n-Typ ist.
4. Leistungshalbleiterbauteil, das eine auf einem Halbleitersubstrat ausgebildete Halbleiterschicht (14), eine in der Halbleiterschicht (14) ausgebildete schwach dotierte Wanne (19), einen in der Wanne ausgebildeten hochdotierten Source-Übergangsbereich (25) und eine auf der Halbleiterschicht (14) ausgebildete Gate- Polysiliciumschicht (16) mit einer dazwischenliegenden Gate-Oxidschicht (15) aufweist, wobei das Bauteil weiterhin aufweist:
einen ohmschen Kontaktbereich (27) mit einem hochdotierten Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei der ohmsche Kontaktbereich in der Wanne (19) und zwischen den Source-Übergangsbereichen (25) ausgebildet ist; und
einen diffundierten Bereich (24), der im Wannenbereich (19) sowie zwischen dem Wannenbereich (19) und dem ohmschen Kontaktbereich (27) ausgebildet ist, die Unterseiten der Source-Übergangsbereiche (25) umschließt und sich vom einen zum andern erstreckt, aber nicht bis zu einem Kanal, der unterhalb des Gate-Oxids (15) ausgebildet werden soll.
5. Verfahren zur Herstellung eines Leistungshalbleiter­ bauteils mit einer auf einem Halbleitersubstrat ausgebildeten Halbleiterschicht (14), einer schwach dotierten Wanne (19) in der Halbleiterschicht (14), einem hochdotierten Source-Übergangsbereich (25) in der Wanne und einer Gate-Polysiliciumschicht (16) auf der Halbleiterschicht (14) mit einer dazwischenliegenden Gate- Oxidschicht (15), wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
Ausbilden eines ohmschen Kontaktbereichs (27) mit einem hochdotierten Halbleitermaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps in der Wanne (19) und zwischen den Source-Übergangsbereichen (25); und
Ausbilden eines diffundierten Bereichs (24) in der Wanne (19) sowie zwischen der Wanne und dem ohmschen Kontaktbereich (27), wobei der diffundierte Bereich die Unterseiten der Source-Übergangsbereiche (25) umschließt und sich vom einen zum andern erstreckt, aber nicht bis zu einem Kanal, der unterhalb des Gate-Oxids (15) ausgebildet werden soll, und wobei der diffundierte Bereich (24) höher dotiert ist als die Wanne (19) und schwächer dotiert ist als der ohmsche Kontaktbereich (27).
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