DE10051909A1

DE10051909A1 - Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Isolatorgebietes in einem Halbleiterkörper für solchen Randabschluss

Info

Publication number: DE10051909A1
Application number: DE2000151909
Authority: DE
Inventors: Dirk Ahlers; Thomas Detzel; Wolfgang Friza; Michael Rueb
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: DE10051909B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Randabschluss für ein Hochvolt-Halbleiterbauelement, bei dem der Ort der Krümmung und Verdichtung von Äquipotentiallinien (9) in ein vertikal verlaufendes Isolatorgebiet (6) verlegt ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Isolatorgebietes (6) durch Ätzen, thermisches Oxidieren und Verfüllen von wenigstens zwei Gräben (10').

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Randabschluss für ein Hochvolt-Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem bezieht sich die vorliegende Er findung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Isolatorgebie tes, wie dieses vorzugsweise bei einem solchen Randabschluss verwendet wird.

Hochvolt-Halbleiterbauelemente erfordern aufwendige Randkon struktionen, wenn sie eine Spannungsfestigkeit von einigen hundert Volt (z. B. 600 bis 900 V) erreichen sollen. Beispiele für solche Hochvolt-Halbleiterbauelemente sind SIPMOS- und IGBT-Leistungstransistoren (SIPMOS = Silizium-Power-MOS; IGBT = Bipolartransistor mit isoliertem Gate) sowie Hochvolt- Dioden.

Bei Hochvolt-Halbleiterbauelementen ist es die Hauptaufgabe des Randabschlusses, also eines Hochvolt-Chiprandes, die elektrische Feldstärke im Bereich zwischen dem aktiven Gebiet bzw. Zellenfeld des Halbleiterbauelementes und dessen Säge kante so zu steuern, dass ein verfrühter Durchbruch im Sperr fall des Halbleiterbauelementes sicher vermieden wird. Hierzu darf im Chiprand die elektrische Feldstärke jedenfalls nicht die maximalen Werte übersteigen, welche im aktiven Gebiet des Halbleiterbauelementes auftreten können. Um dies zu errei chen, müssen im Sperrfall die Äquipotentiallinien im Bereich des Chiprandes definiert aus dem Innern des Bauelementes an dessen Oberfläche geführt werden. Diese Führung der Äquipo tentiallinien und damit des Verlaufes des elektrischen Feldes wird auch als Äquipotentiallinien- bzw. -Feldlinien-Manage ment bezeichnet.

Dieses Äquipotentiallinien- bzw. - Feldlinien-Management muss so ausgeführt werden, dass Krümmung und Dichte der Äquipoten tiallinien keine Überhöhungen des elektrischen Feldes verur sachen, welche das Bauelement in einen vorzeitigen Spannungs durchbruch bringen, also in einen Avalanche-Durchbruch im Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium, und in einen di elektrischen Durchbruch in Isolier- und Passivierungsschich ten, wie insbesondere in Siliziumdioxidschichten.

Eine weitere Aufgabe des Randabschlusses liegt in der Ab schirmung des äußeren Chipbereiches des Halbleiterbauelemen tes gegen elektrische Ladungen und chemische Einflüsse, wel che lokale Feldstärkeerhöhungen und damit eine Erniedrigung der maximalen Sperrspannung bewirken können.

Seit geraumer Zeit werden intensiv Kompensationsbauelemente der sogenannten CoolMOS-Reihe entwickelt, bei denen es sich um vertikale Leistungstransistoren handeln kann, für welche das Produkt aus deren Einschaltwiderstand R_on und aktiver Chipfläche A mittels des Kompensationsprinzips optimiert ist. Bei diesen Leistungstransistoren liegen im ausgeschalteten Zustand die zu sperrenden Spannungen in der Größenordnung von 600 bis 800 V.

Bei Kompensationsbauelementen kompensieren sich beispielswei se in einer epitaktischen Schicht elektrische Bereiche entge gengesetzter Dotierung gegenseitig, so dass eine quasi-in trinsische Schicht auf einem hochdotierten Substrat entsteht. Beispielsweise p-dotierte Kompensationssäulen werden so auf dem Substrat mittels der sogenannten Aufbautechnik über meh rere Epitaxie- und Implantationszyklen in einem sonst n- leitenden Gebiet erzeugt, wobei die Ladungsbilanz lokal über die Fläche der Implantationsöffnungen gesteuert wird.

Bei den Kompensationsbauelementen kann aufgrund der Optimie rung des Produktes R_on × A ein bestimmter Einschaltwiderstand mit einer kleineren aktiven Fläche A realisiert werden, als dies bei herkömmlichen Leistungs-MOSFETs der Fall ist. Dies bedeutet aber, dass bei den Kompensationsbauelementen der an teilsmäßige Flächenverbrauch für den Randabschluss deutlich stärker ins Gewicht fällt. So gibt es nämlich Kompensations bauelemente, bei denen bis zu 50% der Gesamtfläche des je weiligen Bauelementes für den Randabschluss benötigt werden.

Bisher werden für den Randabschluss von Hochvolt-Halbleiter bauelementen schon seit langem verschiedene Maßnahmen vorge schlagen, wie Feldplatten, Guard- bzw. Schutzringe, Junction Termination Extension (JTE), semilsolierendes polykristalli nes Silizium (SIPOS), reduziertes Oberflächenfeld (RESURF) und Dioden-Sequenz (vgl. beispielsweise US 5 113 237, US 5 714 396, US 5 486 718, US 5 266 831, EP 0 436 171 B1, DE 69 00 5805 T2, US 4 927 772, DE 195 31 369 A1). Alle diese bekannten Varianten von Randabschlüssen sind durch einen ho hen Flächenbedarf gekennzeichnet. So benötigt beispielsweise eine Feldplattenkonstruktion mit einem Polsteroxid für ein Halbleiterbauelement mit einer Spannungsfestigkeit von etwa 600 V eine Breite des Randabschlusses von etwa 200 bis 250 µm. Für Halbleiterchips der CoolMOS-Reihe bedeutet dies, dass bis zu 50% der gesamten Fläche eines solchen Halblei terbauelementes für den Randabschluss aufgewendet werden muss. Neben einem solchen hohen Flächenverbrauch weisen die obigen bekannten Maßnahmen aber noch weitere Nachteile auf: Guard-Ringe zeigen eine starke Abhängigkeit von der Dotierung des Halbleitersubstrates und von Grenzflächenladungen. Bei SIPOS-Randabschlüssen, die auf hochohmigen polykristallinen Siliziumschichten beruhen, beeinflusst eindringende Feuchtig keit den Filmwiderstand dieser Schichten und damit das Durch bruchsverhalten. Außerdem sind SIPOS-Randabschlüsse aufgrund einer großen RC-Konstanten der hochohmigen polykristallinen Siliziumschichten für schnelle Schaltvorgänge ungeeignet.

Der große Flächen- bzw. Platzbedarf der für Randabschlüsse bisher eingesetzten Maßnahmen kommt letztlich dadurch zustan de, dass die Äquipotentiallinien allgemein ihre Krümmung zum größten Teil im Halbleiterkörper, also vorzugsweise in Sili zium, erfahren, um aus dem Bauelement heraus an die Oberflä che des Halbleiterkörpers geführt zu werden. Eine Krümmung der Äquipotentiallinien im Halbleiterkörper ist aber mit ei ner Erhöhung des elektrischen Feldes verbunden. Übersteigt diese den kritischen Wert im jeweiligen Halbleitermaterial, also insbesondere im Silizium, so kommt es zu dem bereits er wähnten Avalanche-Durchbruch. Um nun den Krümmungsradius niedrig zu halten, ist bei den bisherigen Randabschlüssen in lateraler Richtung eine erhebliche Ausdehnung notwendig.

Ein bestehender Randabschluss kann beispielsweise ausgehend von einer Gate-Kontaktierung drei Feldplatten in der Nähe der Oberfläche eines Siliziumkörpers haben, wobei die Dicke des zwischen diesen Feldplatten und der Oberfläche des Silizium körpers liegenden Siliziumdioxids von innen nach außen zum Rand hin stufenweise zunimmt. Mit einer solchen Randkonstruk tion kann erreicht werden, dass die Äquipotentiallinien im Silizium in einem sanften Bogen zur Oberfläche des Silizium körpers geführt sind. In der horizontal verlaufenden Silizi umdioxidschicht verdichten sich dann die Äquipotentiallinien. Maximal auftretende Feldstärken bei einem solchen Randab schluss, der eine Breite von etwa 150 µm hat, betragen etwa 250 kV/cm in Silizium und etwa 700 kV/cm in Siliziumdioxid und liegen damit ausreichend unterhalb der kritischen Werte von 300 kV/cm für Silizium und 4500 kV/cm für Siliziumdioxid.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Randab schluss für Hochvolt-Halbleiterbauelemente zu schaffen, der sich durch einen geringen Flächenbedarf auszeichnet und ein fach herstellbar ist; außerdem soll ein Verfahren zum Her stellen eines Isolatorgebietes in einem Halbleiterkörper an gegeben werden, das vorzugsweise in einem solchen Randab schluss verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Randabschluss mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. durch ein Ver fahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 10 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss ist der Ort der Krüm mung und der Verdichtung der Äquipotentiallinien primär in ein vorzugsweise vertikal verlaufendes Isolatorgebiet aus beispielsweise Siliziumdioxid verlegt. Damit wird in vorteil hafter Weise ausgenutzt, dass die Durchbruchsfeldstärke des das Isolatorgebiet bildenden Isolators einen deutlich höheren Wert besitzt als das den Halbleiterkörper bildende Halblei termaterial, wie insbesondere Silizium. Diese höhere Durch bruchsfeldstärke erlaubt stärkere Krümmungen und Verdichtun gen der Äquipotentiallinien, wodurch sich eine beträchtliche Verringerung des Flächenbedarfs erreichen läßt.

Der erfindungsgemäße Randabschluss zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik speziell durch die folgenden Vorteile aus:
Zunächst kann der erfindungsgemäße Randabschluss infolge des vertikal verlaufenden Isolatorgebietes, das zusätzlich noch mit einer vertikalen Feldplatte versehen sein kann, äußerst schmal gestaltet werden, so dass im Vergleich mit herkömmli chen Randabschlüssen deutlich weniger Fläche auf einem Halb leiterchip verbraucht wird. So hat bei einem Bauelement mit einer Spannungsbelastbarkeit bis etwa 600 V das Isolationsge biet des Randabschlusses mit einer der Feldplatte in latera ler Richtung lediglich eine Breite von etwa 15 bis 20 µm, so dass sich Randbreiten von insgesamt weniger als 50 µm reali sieren lassen, was die Chipkosten für Halbleiterbauelemente deutlich verringert.

Die Geometrie eines vertikal verlaufenden Isolatorgebietes, das gegebenenfalls mit einer vertikalen Feldplatte versehen ist, eröffnet neue Möglichkeiten für die Gestaltung von akti ven Bereichen eines Halbleiterbauelementes. So kann der er findungsgemäße Randabschluss ohne weiteres bei Streifenzellen eingesetzt werden, die quer über das gesamte Bauelement ver laufen und durch das vertikale Isolatorgebiet begrenzt sind. Derzeit bei Bauelementen der CoolMOS-Baureihen verwendete Randabschlüsse erlauben keine solchen Streifenzellen. Dies folgt allein aus der Tatsache, dass bei der derzeitigen Cool- MOS-Technologie für die Kompensationssäulen im Randbereich das halbe Zellraster verwendet werden muss, um die geforderte Spannungsfestigkeit des Randabschlusses zu erreichen.

Der erfindungsgemäße Randabschluss ist unempfindlich gegen über Ionen aus Verunreinigungen. Bei intakter Metallisierung können an sich unerwünschte Ladungen nur an Stellen eindrin gen, an denen die Metallisierung strukturiert ist und insbe sondere unterbrochene Bereiche hat. Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss ist die Metallisierung nur direkt über dem ver tikal verlaufenden Isolatorgebiet unterbrochen. In diesem Ge biet eindringende Ionen erfahren im Sperrfall durch ein hori zontal verlaufendes elektrisches Feld im Isolatorgebiet eine Kraft in Richtung auf die Metallisierung. Ladungen, die im eingeschalteten Zustand des Bauelementes von den Kanten der Metallisierung weg diffundieren, üben ihren Einfluss haupt sächlich auf den Feldverlauf im Isolatorgebiet und nicht im Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, des Halbleiterkör pers aus. Im Isolatormaterial ist diese Störung aber von un tergeordneter Bedeutung und wirkt sich nicht negativ auf die Zuverlässigkeit der Durchbruchsfestigkeit aus.

Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss ist also durch die Verwendung des vertikal verlaufenden Isolatorgebietes mit ei ner vertikal angeordneten Feldplatte der Flächenbedarf deut lich reduziert. Der Randabschluss ist weiterhin mit Streifen transistorzellen kompatibel. Nachteilhafte Auswirkungen von Verunreinigungen und anderen freien Ladungen auf die Span nungsfestigkeit bzw. das Durchbruchsverhalten des Halbleiter bauelementes sind praktisch ausgeschlossen. Ein Durchbruch des Halbleiterbauelementes im Randbereich kann zuverlässig verhindert werden.

Der erfindungsgemäße Randabschluss erlaubt so mit Hilfe des vertikal verlaufenden Isolatorgebietes, gegebenenfalls er gänzt durch eine Feldplatte, einen Abbau der elektrischen Spannung zwischen Source (oder Drain) und Sägekante auf eng stem Raum, wobei die Durchbruchsfestigkeit des Randbereiches gewährleistet bleibt. Eine Kombination einer vertikalen Feld platte mit einer horizontalen Feldplatte kann in vorteilhaf ter Weise dazu beitragen, die Äquipotentiallinien auf ihrem Weg zum Chiprand möglichst lange ohne Krümmung bzw. Verdich tung verlaufen zu lassen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Iso latorgebietes lassen sich solche Isolatorgebiete mit großer lateraler sowie noch größerer vertikaler Ausdehnung erzeugen. So kann die Breite bzw. laterale Ausdehnung dieser Isolatorgebiete einige 10 µm betragen, während ihre vertikale Abmes sung einige 10 µm bis einige 100 µm aufweisen kann.

Die Isolatorgebiete sind in aktive Bereiche des Halbleiterma terials eingebettet und wirken als Isolation zwischen kri stallinen Bereichen. Die Isolatorgebiete können mit ihren großen vertikalen und lateralen Abmessungen auch in anderen Halbleiterbauelementen als Hochvolt-Halbleiterbauelementen bzw. deren Randabschluss eingesetzt werden. Beispiele für noch andere Verwendungsmöglichkeiten sind Produkte aus dem Bereich der Mikromechanik.

Abweichend von den bisher üblichen Lösungsansätzen bei der Bildung von Isolatorgebieten, nämlich der thermischen Oxida tion von offenliegenden Halbleiterflächen einerseits und der Graben- bzw. Trenchätzung und thermischen Oxidation bzw. Ab scheidung von Isolatormaterialien im Trench andererseits wer den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Trenches bzw. Gräben, die durch schmale Stege voneinander getrennt sind, in einen Halbleiterkörper eingebracht. Diese Trenches und Stege werden unter Vorgabe geeigneter Oxidationsparameter, wie Temperatur, Gasatmosphäre und Zeit, so dimensioniert, dass die Stege vollständig durch das entstehende Isolatorgebiet konsumiert werden und die Trenche durch die auf den Trenchseitenwänden entstehenden Isolatorschichten gerade vollständig gefüllt sind. Mit anderen Worten, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zahlreiche, relativ dünne Isolatorschichten in latera ler Richtung miteinander "aufaddiert".

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Isolatorgebieten mit großen lateralen und vertikalen Abmes sungen und kommt ohne aufwendige konforme Abscheideprozesse aus, da die thermische Oxidation der Stege ausreichend ist. Bei entsprechender Dimensionierung der Trenches und der Stege können mechanische Verspannungen und Rissbildungen praktisch ausgeschlossen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können ohne weiteres Grä ben und Stege im Halbleiterkörper so definiert, geätzt und in lateraler Richtung dimensioniert werden, dass bei vorgegebe nen Oxidationsparametern die Halbleiterstege vollständig kon sumiert werden und die Gräben bzw. Trenches ganz oder teil weise zuwachsen. Dabei können die Trenches bzw. Gräben auch relativ breit ausgeführt werden. In diesem Fall kann ein Ab scheideverfahren zusätzlich angewandt werden, um im Trench verbleibende Restöffnungen zu verschließen. Durch Kombination mit einem LOCOS-Verfahren (LOCOS = lokale Oxidation von Sili zium) kann verhindert werden, dass die gesamte Oberfläche des Halbleiterkörpers einer Oxidation unterworfen ist.

Hinsichtlich Anzahl, Anordnung und Ausführung der Stege und Trenches bestehen keine Einschränkungen: diese können viel mehr beliebig gestaltet werden, solange eine vollständige Konsumierung der Stege und ein mehr oder weniger komplettes Zuwachsen der Trenches bzw. Gräben gewährleistet sind. Es ist sogar möglich, eine gesamte Hauptoberfläche eines Halbleiter körpers bzw. -chips mit Stegen und Trenches zu überziehen, um so ein durchgehendes Isolatorgebiet auf dieser Hauptoberflä che des Halbleiterkörpers entstehen zu lassen. Bezüglich der Tiefe der Gräben bzw. Trenches, also der vertikalen Abmessung des Isolatorgebietes, bestehen keine Einschränkungen. Im Ex tremfall ist es sogar möglich, den Halbleiterkörper insgesamt mit den Gräben oder Trenches durchzuätzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Silizium als Halbleitermaterial begrenzt. Es kann vielmehr auch bei allen anderen Materialien erfolgreich eingesetzt werden, bei denen durch thermische Behandlung, also durch Reaktionen mit der Gasphase, Oberflächenschichten entstehen, die vorzugsweise für eine elektrische Isolation geeignet sind. Bei der Bildung dieser Oberflächenschichten muss allerdings Halbleitermateri al konsumiert werden.

Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Randabschlusses mit einem vertikal verlau fenden Isolatorgebiet angewandt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips des erfindungsgemäßen Randabschlusses mit einer vertikalen Isolations-/Feldplatten struktur, bei der der Ort der Krümmung der Äqui potentiallinien in ein Isolatorgebiet verlagert ist,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Randabschlusses, bei dem als vertikale Feldplatte nichtladungskompensiertes epitaxiales Silizium dient,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Randabschlusses, bei dem ein Trench nicht voll ständig mit Isolatormaterial gefüllt ist,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Randabschlusses mit einer in ein Isolatorgebiet eingelagerten polykristallinen Siliziumelektrode,

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Randabschlusses mit einem Dual-Trench-System, bei dem Silizium zwischen den beiden Isolatortrenches ladungskompensiert ist und nichtladungskompen siertes Silizium zwischen dem äußeren Trench und einer Sägekante eine vertikale Feldplatte bildet,

Fig. 6 bis 8 Schnittbilder zur Erläuterung eines Ausfüh rungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 9 und 10 schematische Schnittdarstellungen eines Halb leiterkörpers bzw. Wafers vor und nach der Oxida tion von Stegen,

Fig. 11 und 12 eine schematische Draufsicht bzw. Schnittdar stellung von geätzten Trenches und

Fig. 13 und 14 zwei schematische Schnittdarstellungen, die die Herstellung einer "Oxidwand" vor und nach der Oxidation gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt einen Randabschluss eines vertikalen Halbleiter bauelementes mit einem n^--leitenden Halbleiterkörper 1, in dessen Oberfläche zwei p⁺-leitende Gebiete 2, 3 als Guard- Ringe eingelagert sind, die ihrerseits von einer Feldplatte 4 umgeben sind. Bei den p⁺-leitenden Gebieten 3 und gegebenen falls auch 2 kann es sich auch um Bereiche der letzten akti ven Zelle(n) des Halbleiterbauelementes handeln. Auch können die Gebiete 2, 3 den gleichen Leitungstyp wie der Halbleiter körper 1 aufweisen, aber höher als dieser dotiert sein. Gege benenfalls kann auch ein Gebiet n⁺- und das andere Gebiet p⁺- dotiert sein. Die Feldplatte 4 ist durch eine Isolatorschicht 5 aus beispielsweise Siliziumdioxid von dem n^--leitenden Halbleiterkörper bzw. von dem p⁺-leitenden Gebiet 2 getrennt. Am Ende der Feldplatte 4 beginnt ein Isolatorgebiet 6, das eine laterale Breite d und eine vertikale Tiefe D hat. Dieses Isolatorgebiet 6 besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid. An das Isolatorgebiet 6 schließt sich noch eine vertikale Feld platte 7 an, die auf gleichem Potential +U, wie die der Feld platte 4 gegenüberliegende Rückseite des Halbleiterkörpers 1 liegt. Zwischen der Feldplatte 4 und dem Isolatorgebiet 6 kann auch ein kleiner Abstand sein, so daß der Halbleiterkör per 1 bis zur Oberfläche reicht. Gleiches gilt auch für das Isolatorgebiet 6 und die Feldplatte 7. Die Gebiete 2, 3 sowie die Feldplatte 4 liegen auf Bezugspotential (Ground).

Die aktiven Bereiche des Halbleiterbauelementes liegen in der Fig. 1 links von der gezeigten Darstellung, welche auf ihrem rechten Rand noch eine Sägekante 8 des Halbleiterkörpers 1 veranschaulicht. Gegebenenfalls können noch die Gebiete 3 und evtl. 2 Teile des aktiven Bereiches sein, wie dies oben er läutert wurde.

Fig. 1 zeigt also grundsätzlich lediglich die Elemente des Randabschlusses, die für die Randproblematik wesentlich sind.

Im Sperrfall des Halbleiterbauelementes breitet sich im akti ven Bereich und auch ausgehend vom p⁺n^--Übergang zwischen den Gebieten 2, 3 und dem Halbleiterkörper 1 eine Raumladungszone aus, die die anliegende Spannung aufnimmt. Äquipotentiallini en 9 verlaufen dann im Innern des Halbleiterkörpers 1 in er ster Näherung horizontal. In Richtung auf den Rand des Halb leiterkörpers 1 zu werden die Äquipotentiallinien durch die horizontale Feldplatte 4 innerhalb des Halbleiterkörpers 1 am Abbiegen in Richtung auf die Vorderseite bzw. Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 gehindert und dringen in das vertikale Isolatorgebiet 6 ein. Die horizontale Feldplatte 4 wird dabei näherungsweise auf dasselbe Potential gelegt wie die p⁺-leitenden Gebiete 2, 3, also beispielsweise auf Source- bzw. Ga te-Potential, oder auch auf Ground.

Die vertikal in das Bauelement eingebettete Feldplatte 7, die auf dem Potential +U, also beispielsweise Drain-Potential liegt, stellt einen Feldstopp dar und krümmt die Äquipoten tiallinien 9 in Richtung auf die obere Hauptoberfläche des Halbleiterbauelementes. Dabei kommt es nur innerhalb des Iso latorgebietes 6 zu starken Krümmungen und Verdichtungen der Äquipotentiallinien 9.

Die Dicke d des vertikalen Isolatorgebietes 6 muss also der art dimensioniert sein, dass die maximal auftretenden elek trischen Felder nicht zum dielektrischen Durchbruch in diesem Gebiet 6 führen. Zudem beeinflusst die Dicke d des Isolator gebietes b die Krümmung der Äquipotentiallinien 9 im Silizium des Halbleiterkörpers 1 und darf deshalb bei vorgegebenem Ab stand zwischen der letzten aktiven Zelle (in Fig. 1 ggf. links von dem Gebiet 3) und dem vertikalen Isolatorgebiet 6 eine Mindestdicke nicht unterschreiten.

Die Tiefe D des Isolatorgebietes 6 kann ohne weiteres an die gewünschten Verhältnisse angepasst werden, indem entsprechen de Trenches ausreichend tief geätzt werden.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Randabschlusses auf ein CoolMOS-Bauelement für 600 V kann das vertikale Isolatorge biet 6 eine Breite d von etwa 15 µm und eine Tiefe D von etwa 50 µm haben. Die Äquipotentiallinien verlaufen dann innerhalb des aktiven Chipgebietes in erster Näherung horizontal und erfahren ihre Hauptkrümmung und Verdichtung im vertikal ange ordneten Isolatorgebiet 6, wie dies auch in Fig. 1 veran schaulicht ist. Die auftretenden elektrischen Feldstärken liegen alle für Silizium als Halbleitermaterial und Siliziumdioxid als Isolator des Isolatorgebietes 6 unterhalb der kri tischen Werte. Das heißt, der erfindungsgemäße Randabschluss besitzt die geforderte Durchbruchsfestigkeit.

Der Bereich des Randabschlusses zwischen der letzten aktiven Transistorzelle (in Fig. 1 im allgemeinen der Bereiche links von dem Gebiet 3) und dem Isolatorgebiet 6 ist durch Einbrin gung geeigneter p-leitender Gebiete (unterhalb der Gebiete 2, 3) ladungskompensiert und verhält sich im Sperrfall intrin sisch, während der Bereich zwischen dem Isolatorgebiet 6 und der Sägekante 8 die n-leitende Grunddotierung der Epitaxie schicht in der Größenordnung von 1,5 mal 1015 Ladungsträger cm^-3 hat.

Aufgrund der vergleichsweise hohen Leitfähigkeit in diesem Randabschluß breitet sich die Raumladungszone nur wenig aus, so dass der entsprechende Bereich die benötigten Feldplat teneigenschaften aufweist und die Äquipotentiallinien 9 nahe zu senkrecht in Richtung zur Chipoberfläche gekrümmt sind. Dabei kann die Effektivität der vertikalen Feldplatte 7, d. h. die Ausdehnung der Raumladungszone im Bereich zwischen dem Isolatorgebiet 6 und der Sägekante 8 durch die lokale Ein bringung einer entsprechenden Dotierung gesteuert werden, was ohne weiteres während der Durchführung der CoolMOS-spezifi schen Aufbautechnik erreicht werden kann.

Jedenfalls kann mit dem erfindungsgemäßen Randabschluss der Feldverlauf im Randbereich und damit der Flächenbedarf für den Randabschluss optimiert werden. Die horizontale Feldplat te 4, welche ein zu frühes Abbiegen der Äquipotentiallinien 9 nach oben verhindert, stellt sich gegebenenfalls als Fortfüh rung der Gate-Kontaktierung dar.

Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss wird die elektrische Spannung zwischen einem Source-Gebiet (allenfalls Gebiet 2) und Sägekante 8 auf praktisch engstem Raum abgebaut, wobei eine hohe Durchbruchsfestigkeit des Randes gewährleistet bleibt.

Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Abwandlung des Ausführungsbei spiels von Fig. 1. In Fig. 2 besteht nämlich das Isolatorge biet 6 aus einem mit Isolatormaterial vollständig gefüllten Einzeltrench 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ausge hend von einem Kompensationsgebiet 11 mit einem n-dotierten Siliziumsubstrat mit bereits gefertigten Kompensationssäulen über eine Maskierung ein Graben bzw. Trench 10 in den Halb leiterkörper 1 so eingebracht, dass er ringförmig um das ei gentliche Bauelement verläuft. Dies kann durch anisotropes Ätzen des Siliziums geschehen. Der Trench-Boden kann dabei je nach Optimierungsvorgabe in einer den Halbleiterkörper 1 bil denden epitaktischen Schicht oder in einem Halbleitersubstrat 25 (insbesondere aus Silizium) dieses Halbleiterkörpers en den. Ersteres reduziert den Aufwand und die Kosten für die Ätzung des Trenches, während letzteres dazu beiträgt, oxid induzierte Kristallfehler im aktiven Halbleitergebiet zu ver meiden.

Anschließend wird der Trench 10 mit isolierendem Material ge füllt, welches beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe aufgebaut sein kann: Thermisch aufgewachse nes Siliziumdioxid, abgeschiedenes Siliziumdioxid, thermi sches und abgeschiedenes Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, an deres Isolatormaterial, wie beispielsweise Spin-on-Glass, Flow-Fill-Material, Aerogel, Polyimid, Photoimid usw.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von Fig. 1 besteht beim Ausführungsbeispiel von Fig. 2 der Halbleiterkörper aus einem Kompensationsgebiet 11, also beispielsweise aus einer n-leitenden Schicht, in welche p-leitende Kompensationssäulen eingebracht sind. In einem Randbereich, angrenzend an die Sä gekante 8 ist die epitaktische Schicht nicht kompensiert, so dass hier ein nichtkompensiertes Gebiet 12 vorliegt, das als vertikale Feldplatte wirkt.

Werden nichtkonforme Verfüllungsmethoden zum Füllen des Tren ches 10 angewandt, kann in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in Fig. 3 veranschaulicht ist, der Trench 10 mit einem gegebenenfalls eingeschlossenen Hohlraum 13 her gestellt werden. Ein solcher Trench 10 mit dem Isolatorgebiet 6 und dem Hohlraum 13 weist ebenfalls die gewünschten Isola tionseigenschaften auf.

Als vertikale Feldplatte dient beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 das nicht kompensierte Silizium in einem Gebiet 12 zwischen dem Trench 10 und der Sägekante 6.

Bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 und 3 kann durch ge zielte Anpassung der p-Implantation im Kompensationsgebiet 11 und durch Einbringen von p-leitenden Dotierstoffen in Nähe des Trenches 10 im nichtladungskompensierten Gebiet 12 der Feldverlauf vorteilhaft beeinflusst werden.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Randabschlusses. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Trench 10 wie bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 3 ein Isolatorgebiet 6 vorgesehen. Dieses Isolatorgebiet 6 weist aber zusätzlich eine eingebettete Feldplatte (bzw. Elektrode) 7 auf, welche aus polykristallinem Silizium beste hen kann.

Der Randabschluss von Fig. 4 ist beispielsweise für Bauele mente vorteilhaft, die keine lokalen Unterschiede der Dotie rung im Volumen haben.

Als Elektrodenmaterial für die Feldplatte 7 eignet sich hier in besonders vorteilhafter Weise dotiertes polykristallines Silizium, das hervorragende Spalt-Füll-(Gap-Fill-)Eigenschaf ten hat. Eine solche Elektrode aus polykristallinem Silizium für die Feldplatte 7 trägt auch dazu bei, mechanische Span nungen, die durch die Herstellung der Trenches 10 entstehen, abzubauen.

Nach Auskleidung des Trenches 10 mit Isolatormaterial wird die verbleibende Öffnung mit polykristallinem Silizium aufge füllt. Überschüssiges polykristallines Silizium wird dann mit Hilfe von Ätzen oder chemisch-mechanischem Polieren, die bei de eine hohe Selektivität von polykristallinem Silizium zum darunterliegenden Isolatormaterial aufweisen, abgetragen. Ein ganzflächiges Rückätzen des Isolatormaterials bis zum Sub strat schließt dann die Randherstellung ab. Die Kontaktierung der Feldplatte 7 kann im Rahmen des üblichen Herstellungspro zesses des Bauelementes ohne zusätzliche Prozessschritte vor genommen werden.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Randabschlusses, bei dem zwei (oder mehrere) Isolati onstrenches 10, 10' verwendet werden, die in der anhand der Fig. 2 bis 4 gezeigten Weise "gefüllt" sein können. Ein Hauptvorteil des Ausführungsbeispiels von Fig. 5 liegt darin, dass die Trenches 10, 10' für sich genommen weniger breit zu sein brauchen und dadurch technologisch einfacher zu reali sieren sind.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist der Bereich zwi schen den Trenches 10, 10' ladungskompensiert, also in glei cher Weise dotiert wie die epitaktische Schicht unterhalb der Gebiete 2, 3 und der Feldplatte 4.

Als vertikale Feldplatte dient beim Ausführungsbeispiel von Fig. 5 wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 4 das nichtkompensierte Silizium zwischen dem äu ßeren Trench 10' und der Sägekante 8.

Die Trenches 10, 10' können eine Breite d von beispielsweise 6 µm und eine Tiefe D von beispielsweise 30 µm haben. Die an dem Bauelement anliegende und zu sperrende Spannung kann dann etwa 650 V betragen.

Auch das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 ist in hervorragender Weise geeignet, einen Randabschluss zu ermöglichen, bei dem wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 4 die Hauptkrümmung und Verdichtung der Äquipotentialli nien 9 im vertikal angeordneten Isolatorgebiet 6, 6' auf tritt.

Der erfindungsgemäße Randabschluss beschreitet einen gegen über dem Stand der Technik vollkommen neuen Weg: die Grund idee, den Spannungsabbau zwischen der letzten aktiven Zelle und der Sägekante 8 hauptsächlich in einem oder mehreren ver tikalen Isolatorgebieten 6, 6' zu vollziehen, erlaubt eine drastische Verringerung der Breite des Randabschlusses. Ein System aus vertikalen und horizontalen Feldplatten steuert den Verlauf der Äquipotentiallinien bzw. der elektrischen Feldstärke im Randbereich derart, dass hohe elektrische Feld stärken nur im Isolatorgebiet 6, 6' auftreten. Außerdem kann die Möglichkeit ausgenutzt werden, den Verlauf des elektri schen Feldes im Randbereich durch eine geeignete Anpassung der lokalen Dotierungen (vgl. die Gebiete 2, 3 und das Kom pensationsgebiet 11) zu optimieren.

Die vertikale Feldplatte 7 bzw. 12 (gebildet aus nichtkompen siertem Silizium) kann entweder in das Isolatorgebiet einge bettet sein oder durch höher dotiertes Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, gebildet werden, das sich zwischen dem Isolatorgebiet 6 bzw. 6' und der Sägekante 8 befindet. Letz teres erlaubt es auch, die Effektivität der Feldplatte, ge bildet durch das nichtladungskompensierte Gebiet 12, und da mit den Feldverlauf in günstiger Weise zu beeinflussen.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Isolati onsgebietes anhand der Fig. 6 bis 8 näher beschrieben.

In einen Halbleiterkörper 1 aus Silizium werden Kammstruktu ren anisotrop über eine geeignete Maskierung ausreichend tief geätzt. Die Böden von so entstehenden Trenches 10' zwischen Stegen 14 mit einer Breite s können dabei in einer auf ein Substrat 25 aufgebrachten epitaktischen Schicht oder im Sub strat 25 selbst enden, wenn der Halbleiterkörper 1 aus dem Substrat und der darauf aufgebrachten epitaktischen Schicht besteht. Die Trenchbreite b und die Stegbreite s sind in ge eigneter Weise zu dimensionieren (vgl. Fig. 6), wie dies wei ter unten noch näher erläutert werden wird.

Anschließend wird das Silizium des Halbleiterkörpers 1 in Stegen 14 thermisch oxidiert, wodurch es auch in die Gräben 10' hineinwächst. Damit entsteht die in Fig. 7 gezeigte An ordnung mit einem Bereich 26 an thermisch oxidiertem Silizi umdioxid.

Grundsätzlich sind für die Bemessung der Trenchbreite d und der Stegbreite s die folgenden Varianten möglich:
In einer ersten Variante werden die Trenchbreite b und die Stegbreite s derart gewählt, dass bei einer vollständigen Oxidation der Stege 14 die Trenches 10' in voller Breite zu sammenwachsen. Unter der Annahme, dass für eine Siliziumdi oxidschicht einer Dicke t eine etwa 0,5.t dicke Silizium schicht verbraucht wird, sind dann b und s jeweils etwa gleich zu wählen, so dass beispielsweise b = 3 µm und s = 3 µm gelten.

In einer zweiten Variante wird die Trenchbreite b deutlich größer dimensioniert als die Stegbreite s. Dies führt dazu, dass nach einer vollständigen Oxidation der Stege 14 noch Zwischenräume zwischen den oxidierten Stegen vorhanden sind. Diese können dann anschließend mit einem abgeschiedenen Iso latormaterial 27 (z. B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid) verfüllt werden, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist.

Bei dieser zweiten Variante können für die Größen b und s beispielsweise die folgenden Werte gewählt werden: b = 3 µm, s = 1 µm. Nach der thermischen Oxidation ergibt sich hieraus eine verbleibende Trenchbreite von b' = 2 µm (vgl. Fig. 8).

Zum Verfüllen der verbleibenden Trenches der Breite b' können verschiedene Oxide, Spin-on-Glass, Flow-Fill-Material oder ein beliebiges anderes isolierendes Füllmaterial eingesetzt werden.

Außerdem kann die verbleibende Trenchöffnung an der Oberseite mit einem Pfropf 30 verschlossen werden, so dass ein einge schlossener Hohlraum 15 entsteht (vgl. Fig. 7).

In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, den Trench 10 (vgl. Fig. 2 und 3) mit Isolatormaterial lediglich auszukleiden oder im Trench 10 die Feldplatte 7 einzubetten (vgl. Fig. 4).

Voraussetzung für die Anwendung der Ausführungsform von Fig. 3 mit einem offenen Trench 10 ist es, dass solche große of fenliegende Trench-Volumina mit nachfolgenden Prozessen kom patibel sind. Kritisch können in diesem Zusammenhang bei spielsweise Photoprozesse sein, da offenliegende Trenches als Lacksenken wirken. Sind die nachfolgenden Prozesse also tat sächlich kritisch, so empfiehlt es sich, die Herstellung der Trenches vorzugsweise nach der Abscheidung und Strukturierung von Metallisierungen im Gesamtprozess vorzunehmen, wenn ein offener Trench beibehalten werden soll.

Sollen aber derartige Einschränkungen für die nachfolgende Prozessführung vermieden werden, besteht die Möglichkeit, die Trenchoberseite bei der Variante von Fig. 3 nach Auskleidung des Trenches mit isolierendem Material zu verschließen, wo durch ein Hohlraum (Lunker) im Trench entsteht (vgl. Fig. 7). Diese Verkapselung kann beispielsweise mit Hilfe von nicht konformen Abscheidungen erreicht werden, welche zu einem Zu wachsen der Trenchoberseite führen, bevor der Trench selbst vollständig mit Isolatormaterial gefüllt ist. Der Vorteil der Ausführungsform von Fig. 3 mit einem offenliegenden bzw. ver kapselten Trenchvolumen liegt in der geringen Dicke der im Trench aufgebrachten dielektrischen Isolatorschicht und in der damit sich ergebenden Möglichkeit, sehr breite Trenches zu realisieren. Solche breiten Trenches sind nämlich aus elektrischer Sicht vorteilhaft, da der Abstand zwischen Sour ce- und Draingebieten ausreichend groß gewählt werden kann.

Die Fig. 9 und 10 zeigen nochmals den Zusammenhang zwischen der Trenchbreite d der Trenches 10' und der Stegbreite b der Stege 14 in einem Halbleiterkörper 1 aus Silizium.

Wenn angenommen wird, dass die Dicke dOX einer aufwachsenden Siliziumoxidschicht 16 mit einer Wachstumsfront 28 (in Fig. 10 in Strichlinien gezeigt) pro Trenchseitenwand etwa 1,0 µm beträgt, so ergeben sich eine Stegbreite b = 2 × 0,45 dOX = 0,9 µm und eine Trenchbreite d = 2 × (dOX - b/2) = 2 × (1,0 µm - 0,45 µm) = 1,1 µm.

Auf jeden Fall wird auf diese Weise ein Isolatorgebiet 29 mit sehr großer lateraler Gesamtabmessung und ebenfalls großer vertikaler Gesamtabmessung erhalten, wie dies in Fig. 10 ver anschaulicht ist. Solche Isolatorgebiete 29 können ohne wei teres für die Isolatorgebiete 6 bei dem eingangs erläuterten Randabschluss verwendet werden. Dabei bestehen hinsichtlich der Breite des Isolatorgebietes 29 keine Einschränkungen, da eine beliebige Anzahl von Stegen 14 und Trenches 10' lateral nebeneinander ausgeführt werden können. Es ist sogar möglich, einen Halbleiterkörper 1 bzw. Wafer insgesamt mit solchen Stegen 14 und Trenches 10 zu versehen, so dass auf dem Halb leiterkörper 1 ein durchgehendes Isolatorgebiet aus Silizium dioxid oder einem anderen geeigneten Isolationsmaterial ent steht.

Auch hinsichtlich der Tiefe der Gräben oder Trenches 10 (bzw. 10') sind für die vertikale Abmessung des Isolatorgebietes 29 keine grundsätzlichen Einschränkungen vorhanden: im Extrem fall ist es möglich, mit den Trenches 10' sogar den Halblei terkörper 1 insgesamt zu durchätzen.

Die Fig. 11 und 12 zeigen eine verkleinerte Draufsicht auf Trenches 10' mit zwischenliegenden Stegen 14 sowie einen Schnitt AA' durch diese Trenches 10' und Stege 14 in einem Randbereich von Fig. 11. Auf diese Weise entsteht ein iso liertes Gebiet 17 in einem Wafer 18 einer Waferdicke t, auf dessen Rückseite eine Siliziumdioxidschicht 19 abgeschieden ist und das aus einer epitaktischen Schicht 20 auf einem Si liziumsubstrat 21 besteht.

Die Herstellung der Anordnung der Fig. 11 und 12 kann in der folgenden Weise geschehen: Zunächst werden auf dem Wafer 18 die zu ätzenden Trenchgebiete definiert (vgl. die Draufsicht von Fig. 11). Dabei werden keine zusammenhängend umlaufenden Ringe aus den Trenchgebieten gebildet, da sonst die Zwischen stege herausfallen würden. Umlaufende Isolationsgebiete wer den vielmehr aus Kreisen oder Rechtecken zusammengesetzt, die in einem geeigneten Abstand voneinander enden, so dass bei der Oxidation die Wachstumsfronten 28 aus den einzelnen Tren ches miteinander zusammenwachsen.

Anschließend wird die Trenchätzung durch den gesamten Wafer 18, der gegebenenfalls zuvor gedünnt werden kann, vorgenom men, so dass eine maximale Trenchtiefe entsteht.

Dann wird ein Oxidationsschritt vorgenommen, wobei gegebenen falls noch die Isolatorschicht 19 aus Siliziumdioxid auf der Waferrückseite aufgewachsen werden kann.

Die Fig. 13 und 14 zeigen noch eine Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mikromechanischen Einrichtung, wobei Fig. 13 einen Zustand vor einer Oxidation und Fig. 14 den Zustand nach der Oxidation der Oxidwand ver anschaulicht. Diese Einrichtung hat zusätzliche Gräben 22, die durch Ätzen in den Halbleiterkörper 1 eingebracht sind und zusammen oder getrennt von den Trenches 10 eingebracht werden können. Nach dem Oxidieren der Gräben bzw. Trenches 10 und 22 liegt die in Fig. 14 gezeigte Anordnung vor, bei der eine breite Oxidwand 23 in einem Trench 10 die Gräben 22 von einander trennt, in deren Boden- und Randbereich Siliziumdioxidschichten 24 aufgewachsen sind. Im unteren aktiven Gebiet des Halbleiterkörpers 1 können gegebenenfalls Bauelemente un tergebracht werden.

Die Trenches 10 bzw. 10' können, worauf bereits mehrmals hin gewiesen wurde, nur teilweise mit dem Isolatormaterial ver füllt werden. Eine solche teilweise Füllung, die in den Fig. 3 und 8 veranschaulicht ist, bietet Vorteile hinsichtlich ei ner Stressminderung: treffen nämlich zwei Oxidationsfronten in einer Trenchmitte aufeinander, so kann dies zu starken me chanischen Spannungen und zu einer Verbiegung des Wafers füh ren. Ein definierter Spalt, der mit einem anderen Material verfüllt wird, entspannt diese Situation.

Weiterhin können verschiedene Vorprozesse, wie beispielsweise Phototechnik und Ätzverfahren, zu Schwankungen in der Trench breite b und der Stegbreite s führen. Auch können Temperatur schwankungen bei der Oxidation zu Abweichungen in der Enddic ke der jeweils gebildeten Oxidschichten bewirken. Bei nur teilweiser Füllung der Trenches durch thermische Oxidation werden hiermit verbundene Probleme vermieden, da keine zu dicken Oxidschichten bei zu schmalen Gräben auftreten. Auch lässt sich eine nachträgliche Verfüllung der verbleibenden Spalten durch Abscheidung leichter kontrollieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf Silizium als Halbleitermaterial begrenzt, sondern kann bei allen Materia lien angewandt werden, bei denen durch thermische Behandlung, also durch Reaktionen mit der Gasphase, Oberflächenschichten entstehen, die für beispielsweise elektrische Isolation ge eignet sind. Außerdem muss bei der Entstehung dieser Oberflä chenschichten Grundmaterial aus den Stegen konsumiert werden.

Besonders vorteilhaft ist aber die Anwendung des erfindungs gemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Randabschlusses, wie dieser eingangs ausführlich beschrieben wurde.

Andere Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Herstellung von Kondensatoren betreffen, bei denen die nach der Oxidation verbleibenden Spalten in Trenches mit lei tenden Materialien, wie beispielsweise polykristallinem Sili zium, verfüllt werden (vgl. das Ausführungsbeispiel von Fig. 4).

Bezugszeichenliste

1

Halbleiterkörper

2

p⁺

-leitendes Gebiet

3

p⁺

-leitendes Gebiet

4

horizontale Feldplatte

5

Isolatorschicht

6

Isolatorgebiet

7

vertikale Feldplatte

8

Sägerand

9

Äquipotentiallinien
D Tiefe des Isolatorgebietes

6

d Dicke des Isolatorgebietes

6

10

Trench

10

' Trench

11

Kompensationsgebiet

12

nichtladungskompensiertes Gebiet

13

Hohlraum

14

Steg

15

Hohlraum bzw. Spalt
b Breite der Trenche

10

'
s Breite der Stege

16

aufgewachsene Oxidschicht
dOX Dicke der aufgewachsenen Oxidschicht

17

isoliertes Gebiet

18

Siliziumwafer

19

abgeschiedene Siliziumdioxidschicht auf Waferrück seite

20

epitaktische Schicht

21

Siliziumsubstrat

22

geätzter zusätzlicher Graben

23

Oxidwand

24

Siliziumdioxidschicht

25

Halbleitersubstrat

26

Bereich aus thermisch Siliziumdioxid

27

Isolatormaterial

28

Wachstumsfront

29

Isolatorgebiet

30

Pfropf

Claims

1. Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (1) des einen Leitungstyps, in dessen an ei ne erste Hauptoberfläche angrenzenden Rand-Oberflächenbereich wenigstens ein Halbleitergebiet (2, 3) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und/oder wenig stens ein höher als der Halbleiterkörper (1) dotiertes Halb leitergebiet des einen Leitungstyps eingebettet sind und mit wenigstens einer auf dem Rand-Oberflächenbereich und der er sten Hauptoberfläche vorgesehenen Feldplatte (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Ort der Krümmung und Verdichtung von Äquipotential linien (9) bei an dem Hochvolt-Halbleiterbauelement anliegen der Spannung in ein Isolatorgebiet (6, 6') verlegt ist.

2. Randabschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6, 6') ein sich vertikal von der er sten Hauptoberfläche aus in den Halbleiterkörper (1) erstrec kender Isolatorbereich mit größerer vertikaler Ausdehnung (D) als lateraler Ausdehnung (d) ist.

3. Randabschluss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6) mit einer vertikalen Feldplatte (7) versehen ist.

4. Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Feldplatte (7) in das Isolatorgebiet (6) eingebettet ist.

5. Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6) einen Hohlhraum (13) aufweist.

6. Randabschluss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (13) wenigstens teilweise mit einem Iso liermaterial (27) gefüllt ist.

7. Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6) eine Breite (d) von 10 bis 30 µm und eine Tiefe (D) von 35 bis 70 µm aufweist.

8. Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Feldplatte (7) durch ein dotiertes bzw. nichtladungskompensiertes Halbleitergebiet (12) zwischen dem Isolatorgebiet (6) und einem Sägerand (8) gebildet ist.

9. Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der ersten Hauptoberfläche vorgesehene Feldplat te (4) und das wenigstens eine dotierte Halbleitergebiet (2, 3) auf gleichem Potential liegen.

10. Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (1) wenigstens einen ladungskompen sierten Bereich (11) hat.

11. Verfahren zum Herstellen eines Isolatorgebietes in einem Halbleiterkörper, dadurch gekennzeichnet, dass in den Halbleiterkörper (1) von einer Hauptoberfläche aus wenigstens zwei im wesentlichen parallel zueinander ver laufende Gräben (10') eingebracht werden, wobei die Breite (s) des zwischen den Gräben (10') verbleibenden Steges (14) so gewählt ist, dass bei einer nachfolgenden thermischen Be handlung das Halbleitermaterial des Steges (14) zu Isolati onsmaterial (26) konsumiert wird und die Gräben (10') wenig stens teilweise mit dem Isolationsmaterial (26) zuwachsen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') vollständig mit dem Isolationsmaterial (26) zuwachsen.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') nur teilweise mit dem thermisch abge schiedenen Isolationsmaterial (26) zuwachsen und verbleibende Spalte mit weiterem Isoliermaterial (27) gefüllt werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verfüllen der verbleibenden Spalten Oxide, insbeson dere Siliziumdioxid, Spin-on-Glass, Flow-Fill-Material oder ein beliebiges anderes isolierendes Füllmaterial verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') und die Stege (14) etwa die gleiche Breite (b bzw. s) aufweisen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (14) etwa die halbe Breite (s) der Gräben (10') aufweisen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') durch den Halbleiterkörper (1) hindurch geätzt werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') bis zu einem Halbleitersubstrat (25) geätzt werden.