DE10051909B4

DE10051909B4 - Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Isolationstrenches in einem Halbleiterkörper für solchen Randabschluss

Info

Publication number: DE10051909B4
Application number: DE2000151909
Authority: DE
Inventors: Dirk Ahlers; Thomas Detzel; Wolfgang Friza; Michael RÜB
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2000-10-19
Filing date: 2000-10-19
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2020-10-20
Also published as: DE10051909A1

Abstract

Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelement mit
– einem Halbleiterkörper (1) des einen Leitungstyps, in dessen an eine erste Hauptoberfläche angrenzenden Rand-Oberflächenbereich wenigstens ein Halbleitergebiet (2, 3) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und/oder wenigstens ein höher als der Halbleiterkörper (1) dotiertes Halbleitergebiet des einen Leitungstyps eingebettet sind, und mit
– wenigstens einer auf dem Rand-Oberflächenbereich und der ersten Hauptoberfläche vorgesehenen Feldplatte (4),
– wobei der Ort der Krümmung und Verdichtung von Äquipotentiallinien (9) bei an dem Hochvolt-Halbleiterbauelement anliegender Spannung in ein Isolatorgebiet (6, 6') verlegt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Isolatorgebiet (6, 6') durch zwei oder mehrere Isolationstrenches (10, 10') gebildet ist, zwischen denen sich wenigstens ein ladungskompensierter Bereich befindet.

Description

Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Isolationstrenches in einem Halbleiterkörper für solchen Randabschluss.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Randabschluss für ein Hochvolt-Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Isolationstrenches, wie dieser bei einem solchen Randabschluss verwendet wird.
Hochvolt-Halbleiterbauelemente erfordern aufwendige Randkonstruktionen, 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 Sägekante so zu steuern, dass ein verfrühter Durchbruch im Sperrfall 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 erreichen, müssen im Sperrfall die Äquipotentiallinien im Bereich des Chiprandes definiert aus dem Innern des Bauelementes an dessen Oberfläche geführt werden. Diese Führung der Äquipotentiallinien und damit des Verlaufes des elektrischen Feldes wird auch als Äquipotentiallinien- bzw. -Feldlinien-Management bezeichnet.
Dieses Äquipotentiallinien- bzw. -Feldlinien-Management muss so ausgeführt werden, dass Krümmung und Dichte der Äquipotentiallinien keine Überhöhungen des elektrischen Feldes verursachen, welche das Bauelement in einen vorzeitigen Spannungsdurchbruch bringen, also in einen Avalanche-Durchbruch im Halbleitermaterial, vorzugsweise Silizium, und in einen dielektrischen Durchbruch in Isolier- und Passivierungsschichten, wie insbesondere in Siliziumdioxidschichten.
Eine weitere Aufgabe des Randabschlusses liegt in der Abschirmung des äußeren Chipbereiches des Halbleiterbauelementes gegen elektrische Ladungen und chemische Einflüsse, welche 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 beispielsweise in einer epitaktischen Schicht elektrische Bereiche entgegengesetzter Dotierung gegenseitig, so dass eine quasi-intrinsische Schicht auf einem hochdotierten Substrat entsteht. Beispielsweise p-dotierte Kompensationssäulen werden so auf dem Substrat mittels der sogenannten Aufbautechnik über mehrere 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 Optimierung 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 anteilsmäßige Flächenverbrauch für den Randabschluss deutlich stärker ins Gewicht fällt. So gibt es nämlich Kompensationsbauelemente, bei denen bis zu 50% der Gesamtfläche des jeweiligen Bauelementes für den Randabschluss benötigt werden.

Bisher werden für den Randabschluss von Hochvolt-Halbleiterbauelementen schon seit langem verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, wie Feldplatten, Guard- bzw. Schutzringe, Junction Termination Extension (JTE), semiisolierendes polykristallines 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 690 05 805 T2 , US 4 927 772 , DE 195 31 369 A1 ). Alle diese bekannten Varianten von Randabschlüssen sind durch einen hohen 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 Halbleiterbauelementes 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 Durchbruchsverhalten. 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 zustande, dass die Äquipotentiallinien allgemein ihre Krümmung zum größten Teil im Halbleiterkörper, also vorzugsweise in Silizium, erfahren, um aus dem Bauelement heraus an die Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt zu werden. Eine Krümmung der Äquipotentiallinien im Halbleiterkörper ist aber mit einer Erhöhung des elektrischen Feldes verbunden. Übersteigt diese den kritischen Wert im jeweiligen Halbleitermaterial, also insbesondere im Silizium, so kommt es zu dem bereits erwähnten 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 Siliziumkörpers liegenden Siliziumdioxids von innen nach außen zum Rand hin stufenweise zunimmt. Mit einer solchen Randkonstruktion kann erreicht werden, dass die Äquipotentiallinien im Silizium in einem sanften Bogen zur Oberfläche des Siliziumkörpers geführt sind. In der horizontal verlaufenden Siliziumdioxidschicht verdichten sich dann die Äquipotentiallinien. Maximal auftretende Feldstärken bei einem solchen Randabschluss, 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.

Weiterhin ist noch in der WO 00/38242 A1 ein Leistungshalbleiterbauelement beschrieben, das in einer Randabschlussstruktur einen Graben hat, der mit einem Dielektrikum gefüllt ist. Das dieelektrische Material in diesem Graben lenkt dabei Äquipotentialflächen aus der Horizontalen in einem Halbleiterkörper auf sehr engem Raum in die vertikale Richtung um. Dadurch kann das elektrische Feld innerhalb eines kleinen Bereiches der Chipoberfläche aus dem Leistungshalbleiterbauelement austreten. Damit soll ein Randabschluss eines pn-Überganges mit möglichst geringem Chipflächenbedarf geschaffen werden.

Schließlich beschreibt die DE 38 25 547 A1 eine Verbindungsschicht auf einem eingegrabenen Dieelektrikum sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Verbindungsschicht. Dabei können in ein Siliziumsubstrat Gräben in beispielsweise drei Reihen von jeweils gleicher Größe eingebracht werden. Die Oberfläche des Siliziumsubstrates wird sodann zusammen mit der Innenseite der Gräben zur Bildung eines Oxidfilmes thermisch oxidiert, so dass auf der Oberfläche des Siliziumsubstrates eine Oxidschicht entsteht, die im Bereich der ehemaligen Gräben tiefer in das Siliziumsubstrat hinein reicht. Damit soll ein Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Verbindungsstruktur auf dem Siliziumsubstrat angegeben werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelemente zu schaffen, der sich durch einen geringen Flächenbedarf auszeichnet und einfach herstellbar ist; außerdem soll ein Verfahren zum Herstellen eines Isolationstrenches in einem Halbleiterkörper angegeben werden, das in einem solchen Randabschluss verwendet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Randabschluss mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 11 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss ist der Ort der Krümmung und der Verdichtung der Äquipotentiallinien primär in ein vorzugsweise vertikal verlaufendes Isolatorgebiet aus beispielsweise Siliziumdioxid verlegt. Damit wird in vorteilhafter Weise ausgenutzt, dass die Durchbruchsfeldstärke des das Isolatorgebiet bildenden Isolators einen deutlich höheren Wert besitzt als das den Halbleiterkörper bildende Halbleitermaterial, wie insbesondere Silizium. Diese höhere Durchbruchsfeldstärke erlaubt stärkere Krümmungen und Verdichtungen 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 herkömmlichen Randabschlüssen deutlich weniger Fläche auf einem Halbleiterchip verbraucht wird. So hat bei einem Bauelement mit einer Spannungsbelastbarkeit bis etwa 600 V das Isolatorgebiet des Randabschlusses mit einer der Feldplatte in lateraler Richtung lediglich eine Breite von etwa 15 bis 20 μm, so dass sich Randbreiten von insgesamt weniger als 50 μm realisieren 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 aktiven Bereichen eines Halbleiterbauelementes. So kann der erfindungsgemäße Randabschluss ohne weiteres bei Streifenzellen eingesetzt werden, die quer über das gesamte Bauelement verlaufen 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 CoolMOS-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 gegenüber Ionen aus Verunreinigungen. Bei intakter Metallisierung können an sich unerwünschte Ladungen nur an Stellen eindringen, an denen die Metallisierung strukturiert ist und insbesondere unterbrochene Bereiche hat. Bei dem erfindungsgemäßen Randabschluss ist die Metallisierung nur direkt über dem vertikal verlaufenden Isolatorgebiet unterbrochen. In diesem Gebiet eindringende Ionen erfahren im Sperrfall durch ein horizontal 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 hauptsächlich auf den Feldverlauf im Isolatorgebiet und nicht im Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, des Halbleiterkörpers aus. Im Isolatormaterial ist diese Störung aber von untergeordneter 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 einer vertikal angeordneten Feldplatte der Flächenbedarf deutlich reduziert. Der Randabschluss ist weiterhin mit Streifentransistorzellen kompatibel. Nachteilhafte Auswirkungen von Verunreinigungen und anderen freien Ladungen auf die Spannungsfestigkeit bzw. das Durchbruchsverhalten des Halbleiterbauelementes 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 ergänzt durch eine Feldplatte, einen Abbau der elektrischen Spannung zwischen Source (oder Drain) und Sägekante auf engstem Raum, wobei die Durchbruchsfestigkeit des Randbereiches gewährleistet bleibt. Eine Kombination einer vertikalen Feldplatte mit einer horizontalen Feldplatte kann in vorteilhafter Weise dazu beitragen, die Äquipotentiallinien auf ihrem Weg zum Chiprand möglichst lange ohne Krümmung bzw. Verdichtung verlaufen zu lassen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Isolatorgebietes 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 Abmessung einige 10 μm bis einige 100 μm aufweisen kann.

Die Isolatorgebiete sind in aktive Bereiche des Halbleitermaterials eingebettet und wirken als Isolation zwischen kristallinen 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. Abscheidung von Isolatormaterialien im Trench andererseits werden 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 lateraler Richtung miteinander "aufaddiert".

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von Isolatorgebieten mit großen lateralen und vertikalen Abmessungen 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 Gräben und Stege im Halbleiterkörper so definiert, geätzt und in lateraler Richtung dimensioniert werden, dass bei vorgegebenen Oxidationsparametern die Halbleiterstege vollständig konsumiert werden und die Gräben bzw. Trenches ganz oder teilweise zuwachsen. Dabei können die Trenches bzw. Gräben auch relativ breit ausgeführt werden. In diesem Fall kann ein Abscheideverfahren zusätzlich angewandt werden, um im Trench verbleibende Restöffnungen zu verschließen. Durch Kombination mit einem LOCOS-Verfahren (LOCOS = lokale Oxidation von Silizium) 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 vielmehr 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 Halbleiterkörpers bzw. -chips mit Stegen und Trenches zu überziehen, um so ein durchgehendes Isolatorgebiet auf dieser Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers entstehen zu lassen. Bezüglich der Tiefe der Gräben bzw. Trenches, also der vertikalen Abmessung des Isolatorgebietes, bestehen keine Einschränkungen. Im Extremfall 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 Halbleitermaterial konsumiert werden.

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

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

1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Prinzips des Randabschlusses mit einer vertikalen Isolations-/Feldplattenstruktur, bei der der Ort der Krümmung der Äquipotentiallinien in ein Isolatorgebiet verlagert ist,

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

3 ein Ausführungsbeispiel des Randabschlusses, bei dem ein Trench nicht vollständig mit Isolatormaterial gefüllt ist,

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

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

6 bis 8 Schnittbilder zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,

9 und 10 schematische Schnittdarstellungen eines Halbleiterkörpers bzw. Wafers vor und nach der Oxidation von Stegen,

11 und 12 eine schematische Draufsicht bzw. Schnittdarstellung von geätzten Trenches und

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

1 zeigt einen Randabschluss eines vertikalen Halbleiterbauelementes 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 gegebenenfalls auch 2 kann es sich auch um Bereiche der letzten aktiven Zelle(n) des Halbleiterbauelementes handeln. Auch können die Gebiete 2, 3 den gleichen Leitungstyp wie der Halbleiterkörper 1 aufweisen, aber höher als dieser dotiert sein. Gegebenenfalls 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 Feldplatte 7 an, die auf gleichem Potential +U, wie die der Feldplatte 4 gegenüberliegende Rückseite des Halbleiterkörpers 1 liegt. Zwischen der Feldplatte 4 und dem Isolatorgebiet 6 kann auch ein kleiner Abstand sein, so daß der Halbleiterkörper 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 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 erläutert wurde.
1 zeigt also grundsätzlich lediglich die Elemente des Randabschlusses, die für die Randproblematik wesentlich sind.
Im Sperrfall des Halbleiterbauelementes breitet sich im aktiven 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. Äquipotentiallinien 9 verlaufen dann im Innern des Halbleiterkörpers 1 in erster Näherung horizontal. In Richtung auf den Rand des Halbleiterkörpers 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. Gate-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 Äquipotentiallinien 9 in Richtung auf die obere Hauptoberfläche des Halbleiterbauelementes. Dabei kommt es nur innerhalb des Isolatorgebietes 6 zu starken Krümmungen und Verdichtungen der Äquipotentiallinien 9.
Die Dicke d des vertikalen Isolatorgebietes 6 muss also derart dimensioniert sein, dass die maximal auftretenden elektrischen Felder nicht zum dielektrischen Durchbruch in diesem Gebiet 6 führen. Zudem beeinflusst die Dicke d des Isolatorgebietes b die Krümmung der Äquipotentiallinien 9 im Silizium des Halbleiterkörpers 1 und darf deshalb bei vorgegebenem Abstand zwischen der letzten aktiven Zelle (in 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 entsprechende Trenches ausreichend tief geätzt werden.
Bei Anwendung des Randabschlusses auf ein CoolMOS-Bauelement für 600 V kann das vertikale Isolatorgebiet 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 angeordneten Isolatorgebiet 6, wie dies auch in 1 veranschaulicht ist. Die auftretenden elektrischen Feldstärken liegen alle für Silizium als Halbleitermaterial und Siliziumdioxid als Isolator des Isolatorgebietes 6 unterhalb der kritischen Werte. Das heißt, der Randabschluss besitzt die geforderte Durchbruchsfestigkeit.
Der Bereich des Randabschlusses zwischen der letzten aktiven Transistorzelle (in 1 im allgemeinen der Bereiche links von dem Gebiet 3) und dem Isolatorgebiet 6 ist durch Einbringung geeigneter p-leitender Gebiete (unterhalb der Gebiete 2, 3) ladungskompensiert und verhält sich im Sperrfall intrinsisch, während der Bereich zwischen dem Isolatorgebiet 6 und der Sägekante 8 die n-leitende Grunddotierung der Epitaxieschicht 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 Feldplatteneigenschaften aufweist und die Äquipotentiallinien 9 nahezu 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 Einbringung einer entsprechenden Dotierung gesteuert werden, was ohne weiteres während der Durchführung der CoolMOS-spezifischen Aufbautechnik erreicht werden kann.
Jedenfalls kann mit dem Randabschluss der Feldverlauf im Randbereich und damit der Flächenbedarf für den Randabschluss optimiert werden. Die horizontale Feldplatte 4, welche ein zu frühes Abbiegen der Äquipotentiallinien 9 nach oben verhindert, stellt sich gegebenenfalls als Fortführung der Gate-Kontaktierung dar.
Bei dem 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.
2 zeigt eine vorteilhafte Abwandlung des Ausführungsbeispiels von 1. In 2 besteht nämlich das Isolatorgebiet 6 aus einem mit Isolatormaterial vollständig gefüllten Einzeltrench 10. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ausgehend von einem Kompensationsgebiet 11 mit einem n-dotierten Siliziumsubstrat mit bereits gefertigten Kompensationssäulen über eine Maskierung ein Graben bzw. Trench 10 in den Halbleiterkörper 1 so eingebracht, dass er ringförmig um das eigentliche Bauelement verläuft. Dies kann durch anisotropes Ätzen des Siliziums geschehen. Der Trench-Boden kann dabei je nach Optimierungsvorgabe in einer den Halbleiterkörper 1 bildenden epitaktischen Schicht oder in einem Halbleitersubstrat 25 (insbesondere aus Silizium) dieses Halbleiterkörpers enden. Ersteres reduziert den Aufwand und die Kosten für die Ätzung des Trenches, während letzteres dazu beiträgt, oxidinduzierte Kristallfehler im aktiven Halbleitergebiet zu vermeiden.
Anschließend wird der Trench 10 mit isolierendem Material gefüllt, welches beispielsweise aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe aufgebaut sein kann: Thermisch aufgewachsenes Siliziumdioxid, abgeschiedenes Siliziumdioxid, thermisches und abgeschiedenes Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, anderes Isolatormaterial, wie beispielsweise Spin-on-Glass, Flow-Fill-Material, Aerogel, Polyimid, Photoimid usw.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel von 1 besteht beim Ausführungsbeispiel von 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 Sägekante 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 Trenches 10 angewandt, kann in einem anderen Ausführungsbeispiel, das in 3 veranschaulicht ist, der Trench 10 mit einem gegebenenfalls eingeschlossenen Hohlraum 13 hergestellt werden. Ein solcher Trench 10 mit dem Isolatorgebiet 6 und dem Hohlraum 13 weist ebenfalls die gewünschten Isolationseigenschaften auf.
Als vertikale Feldplatte dient beim Ausführungsbeispiel der 3 wie beim Ausführungsbeispiel der 2 das nichtkompensierte Silizium in einem Gebiet 12 zwischen dem Trench 10 und der Sägekante 8.
Bei den Ausführungsbeispielen der 2 und 3 kann durch gezielte 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.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Randabschlusses. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist im Trench 10 wie bei den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 ein Isolatorgebiet 6 vorgesehen. Dieses Isolatorgebiet 6 weist aber zusätzlich eine eingebettete Feldplatte (bzw. Elektrode) 7 auf, welche aus polykristallinem Silizium bestehen kann.
Der Randabschluss von 4 ist beispielsweise für Bauelemente vorteilhaft, die keine lokalen Unterschiede der Dotierung 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-)Eigenschaften hat. Eine solche Elektrode aus polykristallinem Silizium für die Feldplatte 7 trägt auch dazu bei, mechanische Spannungen, die durch die Herstellung der Trenches 10 entstehen, abzubauen.
Nach Auskleidung des Trenches 10 mit Isolatormaterial wird die verbleibende Öffnung mit polykristallinem Silizium aufgefüllt. Überschüssiges polykristallines Silizium wird dann mit Hilfe von Ätzen oder chemisch-mechanischem Polieren, die beide eine hohe Selektivität von polykristallinem Silizium zum darunterliegenden Isolatormaterial aufweisen, abgetragen. Ein ganzflächiges Rückätzen des Isolatormaterials bis zum Substrat schließt dann die Randherstellung ab. Die Kontaktierung der Feldplatte 7 kann im Rahmen des üblichen Herstellungsprozesses des Bauelementes ohne zusätzliche Prozessschritte vorgenommen werden.
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Randabschlusses, bei dem zwei (oder mehrere) Isolationstrenches 10, 10' verwendet werden, die in der anhand der 2 bis 4 gezeigten Weise "gefüllt" sein können. Ein Hauptvorteil des Ausführungsbeispiels von 5 liegt darin, dass die Trenches 10, 10' für sich genommen weniger breit zu sein brauchen und dadurch technologisch einfacher zu realisieren sind.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 ist der Bereich zwischen den Trenches 10, 10' ladungskompensiert, also in gleicher Weise dotiert wie die epitaktische Schicht unterhalb der Gebiete 2, 3 und der Feldplatte 4.
Als vertikale Feldplatte dient beim Ausführungsbeispiel von 5 wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen der 2 bis 4 das nichtkompensierte Silizium zwischen dem äußeren 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 5 ist in hervorragender Weise geeignet, einen Randabschluss zu ermöglichen, bei dem wie bei den vorangehenden Ausführungsbeispielen der 1 bis 4 die Hauptkrümmung und Verdichtung der Äquipotentiallinien 9 im vertikal angeordneten Isolatorgebiet 6, 6' auftritt.
Der erfindungsgemäße Randabschluss beschreitet einen gegenüber dem Stand der Technik vollkommen neuen Weg: die Grundidee, den Spannungsabbau zwischen der letzten aktiven Zelle und der Sägekante 8 hauptsächlich in einem oder mehreren vertikalen 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 Feldstärken nur im Isolatorgebiet 6, 6' auftreten. Außerdem kann die Möglichkeit ausgenutzt werden, den Verlauf des elektrischen Feldes im Randbereich durch eine geeignete Anpassung der lokalen Dotierungen (vgl. die Gebiete 2, 3 und das Kompensationsgebiet 11) zu optimieren.
Die vertikale Feldplatte 7 bzw. 12 (gebildet aus nichtkompensiertem Silizium) kann entweder in das Isolatorgebiet eingebettet sein oder durch höher dotiertes Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, gebildet werden, das sich zwischen dem Isolatorgebiet 6 bzw. 6' und der Sägekante 8 befindet. Letzteres erlaubt es auch, die Effektivität der Feldplatte, gebildet durch das nichtladungskompensierte Gebiet 12, und damit den Feldverlauf in günstiger Weise zu beeinflussen.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen eines Isolatorgebietes anhand der 6 bis 8 näher beschrieben.
In einen Halbleiterkörper 1 aus Silizium werden Kammstrukturen 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 Substrat 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 geeigneter Weise zu dimensionieren (vgl. 6), wie dies weiter 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 7 gezeigte Anordnung mit einem Bereich 26 an thermisch oxidiertem Siliziumdioxid.
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 zusammenwachsen. Unter der Annahme, dass für eine Siliziumdioxidschicht einer Dicke t eine etwa 0,5·t dicke Siliziumschicht 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 Isolatormaterial 27 (z.B. Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid) verfüllt werden, wie dies in 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. 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 eingeschlossener Hohlraum 15 entsteht (vgl. 7).
In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, den Trench 10 (vgl. 2 und 3) mit Isolatormaterial lediglich auszukleiden oder im Trench 10 die Feldplatte 7 einzubetten (vgl. 4).
Voraussetzung für die Anwendung der Ausführungsform von 3 mit einem offenen Trench 10 ist es, dass solche große offenliegende Trench-Volumina mit nachfolgenden Prozessen kompatibel sind. Kritisch können in diesem Zusammenhang beispielsweise Photoprozesse sein, da offenliegende Trenches als Lacksenken wirken. Sind die nachfolgenden Prozesse also tatsächlich 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 3 nach Auskleidung des Trenches mit isolierendem Material zu verschließen, wodurch ein Hohlraum (Lunker) im Trench entsteht (vgl. 7). Diese Verkapselung kann beispielsweise mit Hilfe von nichtkonformen Abscheidungen erreicht werden, welche zu einem Zuwachsen der Trenchoberseite führen, bevor der Trench selbst vollständig mit Isolatormaterial gefüllt ist. Der Vorteil der Ausführungsform von 3 mit einem offenliegenden bzw. verkapselten 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 Source- und Draingebieten ausreichend groß gewählt werden kann.
Die 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 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 10 veranschaulicht ist. Solche Isolatorgebiete 29 können ohne weiteres 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 Halbleiterkörper 1 ein durchgehendes Isolatorgebiet aus Siliziumdioxid oder einem anderen geeigneten Isolationsmaterial entsteht.
Auch hinsichtlich der Tiefe der Gräben oder Trenches 10 (bzw. 10') sind für die vertikale Abmessung des Isolatorgebietes 29 keine grundsätzlichen Einschränkungen vorhanden: im Extremfall ist es möglich, mit den Trenches 10' sogar den Halbleiterkörper 1 insgesamt zu durchätzen.
Die 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 11. Auf diese Weise entsteht ein isoliertes 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 Siliziumsubstrat 21 besteht.
Die Herstellung der Anordnung der 11 und 12 kann in der folgenden Weise geschehen: Zunächst werden auf dem Wafer 18 die zu ätzenden Trenchgebiete definiert (vgl. die Draufsicht von 11). Dabei werden keine zusammenhängend umlaufenden Ringe aus den Trenchgebieten gebildet, da sonst die Zwischenstege herausfallen würden. Umlaufende Isolationsgebiete werden vielmehr aus Kreisen oder Rechtecken zusammengesetzt, die in einem geeigneten Abstand voneinander enden, so dass bei der Oxidation die Wachstumsfronten 28 aus den einzelnen Trenches miteinander zusammenwachsen.
Anschließend wird die Trenchätzung durch den gesamten Wafer 18, der gegebenenfalls zuvor gedünnt werden kann, vorgenommen, so dass eine maximale Trenchtiefe entsteht.
Dann wird ein Oxidationsschritt vorgenommen, wobei gegebenenfalls noch die Isolatorschicht 19 aus Siliziumdioxid auf der Waferrückseite aufgewachsen werden kann.
Die 13 und 14 zeigen noch eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer mikromechanischen Einrichtung, wobei 13 einen Zustand vor einer Oxidation und 14 den Zustand nach der Oxidation der Oxidwand veranschaulicht. 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 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 untergebracht werden.
Die Trenches 10 bzw. 10' können, worauf bereits mehrmals hingewiesen wurde, nur teilweise mit dem Isolatormaterial verfüllt werden. Eine solche teilweise Füllung, die in den 3 und 8 veranschaulicht ist, bietet Vorteile hinsichtlich einer Stressminderung: treffen nämlich zwei Oxidationsfronten in einer Trenchmitte aufeinander, so kann dies zu starken mechanischen Spannungen und zu einer Verbiegung des Wafers führen. 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 Trenchbreite b und der Stegbreite s führen. Auch können Temperaturschwankungen bei der Oxidation zu Abweichungen in der Enddicke 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 Materialien angewandt werden, bei denen durch thermische Behandlung, also durch Reaktionen mit der Gasphase, Oberflächenschichten entstehen, die für beispielsweise elektrische Isolation geeignet sind. Außerdem muss bei der Entstehung dieser Oberflächenschichten Grundmaterial aus den Stegen konsumiert werden.
Besonders vorteilhaft ist aber die Anwendung des erfindungsgemäßen 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 leitenden Materialien, wie beispielsweise polykristallinem Silizium, verfüllt werden (vgl. das Ausführungsbeispiel von 4).

Claims

Randabschluss für Hochvolt-Halbleiterbauelement mit – einem Halbleiterkörper (1) des einen Leitungstyps, in dessen an eine erste Hauptoberfläche angrenzenden Rand-Oberflächenbereich wenigstens ein Halbleitergebiet (2, 3) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und/oder wenigstens ein höher als der Halbleiterkörper (1) dotiertes Halbleitergebiet des einen Leitungstyps eingebettet sind, und mit – wenigstens einer auf dem Rand-Oberflächenbereich und der ersten Hauptoberfläche vorgesehenen Feldplatte (4), – wobei der Ort der Krümmung und Verdichtung von Äquipotentiallinien (9) bei an dem Hochvolt-Halbleiterbauelement anliegender Spannung in ein Isolatorgebiet (6, 6') verlegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6, 6') durch zwei oder mehrere Isolationstrenches (10, 10') gebildet ist, zwischen denen sich wenigstens ein ladungskompensierter Bereich befindet.
Randabschluss nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6, 6') ein sich vertikal von der ersten Hauptoberfläche aus in den Halbleiterkörper (1) erstreckender Isolatorbereich mit größerer vertikaler Ausdehnung (D) als lateraler Ausdehnung (d) ist.
Randabschluss nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6) mit einer vertikalen Feldplatte (7) versehen ist.
Randabschluss nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Feldplatte (7) in das Isolatorgebiet (6) eingebettet ist.
Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolatorgebiet (6) einen Hohlraum (13) aufweist.
Randabschluss nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (13) wenigstens teilweise mit einem Isoliermaterial (27) gefüllt ist.
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.
Randabschluss nach Anspruch 3 oder 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.
Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der ersten Hauptoberfläche vorgesehene Feldplatte (4) und das wenigstens eine dotierte Halbleitergebiet (2, 3) auf gleichem Potential liegen.
Randabschluss nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine ladungskompensierte Bereich (11) Kompensationssäulen hat und sich im Sperrfall intrinsisch verhält.
Verfahren zum Herstellen eines Randabschlusses für ein Hochvolt-Halbleiterbauelement mit – einem Halbleiterkörper (1) des einen Leitungstyps, in dessen an eine erste Hauptoberfläche angrenzenden Rand-Oberflächenbereich wenigstens ein Halbleitergebiet (2, 3) des anderen, zum einen Leitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und/oder wenigstens ein höher als der Halbleiterkörper (1) dotiertes Halbleitergebiet des einen Leitungstyps eingebettet sind, und – wenigstens einer auf dem Rand-Oberflächenbereich und der ersten Hauptoberfläche vorgesehenen Feldplatte (4), – wobei der Ort der Krümmung und Verdichtung von Äquipotentiallinien (9) bei an dem Hochvolt-Halbleiterbauelement anliegender Spannung in ein Isolotorgebiet (6, 6') verlegt ist, das durch zwei oder mehrere Isolationstrenches (10, 10') gebildet ist, zwischen denen sich wenigstens ein ladungskompensierter Bereich (11) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass zum Herstellen eines Isolationstrenches in den Halbleiterkörper (1) von der ersten Hauptoberfläche aus wenigstens zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Gräben eingebracht werden, wobei die Breite (s) eines zwischen den Gräben (10') verbleibenden Steges (14) so gewählt ist, dass bei einer nachfolgenden thermischen Behandlung das Halbleitermaterial des Steges (14) zu Isolationsmaterial (26) konsumiert wird und die Gräben (10') wenigstens teilweise mit dem Isolationsmaterial (26) zuwachsen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') vollständig mit dem Isolationsmaterial (26) zuwachsen.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') nur teilweise mit dem thermisch abgeschiedenen Isolationsmaterial (26) zuwachsen und verbleibende Spalten mit weiterem Isoliermaterial (27) gefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verfüllen der verbleibenden Spalten Oxide, insbesondere Siliziumdioxid, Spin-on-Glass, Flow-Fill-Material oder ein beliebiges anderes isolierendes Füllmaterial verwendet wird.
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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (14) etwa die halbe Breite (s) der Gräben (10') aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') durch den Halbleiterkörper (1) hindurch geätzt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gräben (10') bis zu einem Halbleitersubstrat (25) geätzt werden.