DE102005047104B3

DE102005047104B3 - Halbleiterbauelement mit miteinander verschalteten Zellstreifen

Info

Publication number: DE102005047104B3
Application number: DE102005047104A
Authority: DE
Inventors: Christian Heiling; Clemens Kain; Valentin Cee
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: US20070108617A1; US7687912B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (19) aufweist, sowie eine Anzahl von Zellstreifen (91, 92) mit jeweils einer auf der Vorderseite (19) angeordneten Anschlusszone (7) eines ersten Typs (D) und einer auf der Vorderseite (19) angeordneten Anschlusszone (8) eines zweiten Typs (S). Auf der Vorderseite (19) sind aufeinanderfolgend eine strukturierte erste Metallisierungsschicht (1), eine strukturierte zweite Metallisierungsschicht (2) und eine strukturierte dritte Metallisierungsschicht (3) angeordnet. In der ersten Metallisierungsschicht (1) sind Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) und in der zweiten Metallisierungsschicht (2) Leiterbahnen (21-31) ausgebildet. Die Leiterbahnen der zweiten Metallisierungsschicht (2) überkreuzen Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) der ersten Metallisierungsschicht (1) an vorgegebenen Kreuzungsstellen und sind dort mit den jeweils überkreuzten Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht (1) elektrisch leitend verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesondere ein Leistungshalbleiterbauelement, mit miteinander verschalteten Zellstreifen.
Um höhere Ströme tragen zu können, weisen derartige Halbleiterbauelemente mehrere elektrisch zueinander parallel geschaltete Zellen auf. Jede der Zellen umfasst eine Anschlusszone eines ersten Typs, beispielsweise einen Drain-Anschluss einer DMOS-Zelle, und eine Anschlusszone eines zweiten Typs, beispielsweise einen Source-Anschluss einer DMOS-Zelle. Üblicherweise sind jeweils mehrere solcher Zellen zu Zellstreifen zusammengeschaltet.
Um zwei oder mehr solcher Zellstreifen elektrisch parallel zu verschalten, müssen von allen parallel zu verschaltenden Zellstreifen zum Einen deren Anschlusszonen vom ersten Typ miteinander und zum Anderen deren Anschlusszonen vom zweiten Typ miteinander elektrisch leitend verbunden werden.

1 zeigt einen Abschnitt eines solchen Halbleiterbauelementes gemäß dem Stand der Technik in perspektivischer Ansicht.

Das Halbleiterleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit zwei Zellstreifen 91, 92 mit einer Zellstreifenbreite d ("Pitch"), die jeweils eine streifenförmige Anschlusszone 7 von einem ersten Typ und eine streifenförmige Anschlusszone 8 von einem zweiten Typ aufweisen. Die Anschlusszonen 7, 8 verlaufen in einer ersten lateralen Richtung x des Halbleiterkörpers 10 und senkrecht zu einer zweiten lateralen Richtung y des Halbleiterkörpers 10.

Beispielhaft sind die Anschlusszonen 7 vom ersten Typ als Drain-Anschlusszonen D und die Anschlusszonen 8 vom zweiten Typ als Source-Anschlusszonen S ausgebildet. Die Anschlusszonen 7 vom ersten Typ und die Anschlusszonen 8 vom zweiten Typ sind abwechselnd aufeinanderfolgend sowie parallel zueinander angeordnet.

Auf der Vorderseite 19 des Halbleiterkörpers 10 sind oberhalb der Anschlusszonen 7, 8 aufeinanderfolgend eine strukturierte erste Metallisierungsschicht 1, eine strukturierte zweite Metallisierungsschicht 2 und eine strukturierte dritte Metallisierungsschicht 3 angeordnet. Die erste und die zweite Metallisierungsschicht 1, 2 sind aus Aluminium, die dritte Metallisierungsschicht 3 aus Kupfer gebildet.

Die dritte Metallisierungsschicht 3 weist einen ersten Abschnitt 33 und einen zweiten Abschnitt 34 auf. Alle Anschlusszonen 7 vom ersten Typ sind mit dem ersten Abschnitt 33, alle Anschlusszonen 8 vom zweiten Typ mit dem zweiten Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht 3 elektrisch leitend verbunden.

Die erste und die zweite Metallisierungsschicht 1, 2 werden vor allem dazu benötigt, in 1 nicht dargestellte Anschlusszonen zur Ansteuerung der Zellstreifen 91, 92, also beispielsweise deren Gate-Anschlusszonen, die erforderlichen elektrischen Ansteuersignale zuzuführen.

Da aus diesem Grund auf die erste und die zweite Metallisierungsschicht 1, 2 nicht verzichtet werden kann, werden Abschnitte der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht 1, 2 dazu verwendet, zusammen mit Durchkontaktierungen 41, 51, 61, die auch als "Vias" bezeichnet werden, sowie mit weiteren in dieser Ansicht nicht erkennbaren Durchkontaktierungen, die elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusszonen 7 vom ersten Typ und dem ersten Abschnitt 33 der dritten Metallisierungsschicht 3 sowie zwischen den Anschlusszonen 8 vom zweiten Typ und dem zweiten Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht 3 herzustellen.

Hierzu weisen die strukturierte erste Metallisierungsschicht 1 voneinander beabstandete Leiterbahnen 11, 12, 13, 14 und die strukturierte zweite Metallisierungsschicht 2 voneinander beabstandete Leiterbahnen 21, 22, 23, 24 auf. Die Leiterbahnen 11, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24 sind streifenförmig ausgebildet, verlaufen parallel zueinander sowie parallel zu den streifenförmigen Anschlusszonen 7, 8 des Halbleiterkörpers 10.

Jede der Anschlusszonen 7, 8 bildet mit zwei darüber liegenden Leiterbahnen, von denen eine der ersten Metallisierungsschicht 1 und eine der zweiten Metallisierungsschicht 2 angehört, übereinander und ist mit diesen mittels Durchkontaktierungen elektrisch leitend verbunden.

Oberhalb der Leiterbahnen 21, 23 der zweiten Metallisierungsschicht 2 sind Durchkontaktierungen 61 angeordnet, die die Leiterbahnen 21, 23 mit dem ersten Abschnitt 33 der dritten Metallisierungsschicht 3 elektrisch verbinden.

Entsprechend sind oberhalb der Leiterbahnen 22, 24 der zweiten Metallisierungsschicht 2 in 1 nicht erkennbare Durchkontaktierungen angeordnet, die die Leiterbahnen 22, 24 mit dem zweiten Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht 3 elektrisch verbinden.

Zwischen dem Halbleiterkörper 10 und der ersten Metallisierungsschicht 1, zwischen der ersten Metallisierungsschicht 1 und der zweiten Metallisierungsschicht 2, zwischen der zweiten Metallisierungsschicht 2 und der dritten Metallisierungsschicht 3, zwischen den Leiterbahnen 11, 12, 13, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1, zwischen den Leiterbahnen 21, 22, 23, 24 der zweiten Metallisierungsschicht 2 sowie zwischen den Abschnitten 33, 34 der dritten Metallisierungs schicht 3 ist in der Regel ein Intermetall-Dielektrikum angeordnet, auf dessen Darstellung in 1 aus Gründen der Übersicht verzichtet wurde.

2 zeigt eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement gemäß 1. In dieser Ansicht sind die Leiterbahnen 21, 22, 23 und 24 der zweiten Metallisierungsschicht erkennbar, oberhalb denen die Abschnitte 33, 34 der dritten Metallisierungsschicht angeordnet sind.

Die Positionen von Durchkontaktierungen 61, 62, die zwischen der zweiten und der dritten Metallisierungsschicht 2, 3 angeordnet sind, sind in 2 als gepunktete Kreise angedeutet.

Dabei verbinden die Durchkontaktierungen 61 die mit den Drain-Anschlusszonen verbundenen Leiterbahnen 21, 23 der zweiten Metallisierungsschicht mit dem ersten Abschnitt 33 der dritten Metallisierungsschicht. Entsprechend verbinden die Durchkontaktierungen 62 die mit den Source-Anschlusszonen verbundenen Leiterbahnen 22, 24 der zweiten Metallisierungsschicht mit dem zweiten Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht.

Im Rahmen der technischen Weiterentwicklung nehmen die Zellstreifenbreiten d bei gleicher Stromtragfähigkeit immer weiter ab, was bezogen auf die aktive Chipfläche zu immer höheren Stromdichten im Bauelement führt.

Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass an den elektrischen Leitungswiderständen zwischen den Anschlusszonen 7 und dem Abschnitt 33 der dritten Metallisierungsschicht 3 sowie zwischen den Anschlusszonen 8 und dem Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht 3 mit zunehmenden Stromdichten unerwünscht hohe Spannungen abfallen.

Aus der EP 0 720 225 A2 ist ein lateraler Leistungs-MOSFET bekannt, auf dem zur Verschaltung der einzelnen MOSFET-Zellen drei strukturierte Metallisierungsschichten aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die mittlere und die oberste dieser Metallisierungsschichten weisen jeweils Leiterbahnen mit parallel zueinander verlaufenden Fortsätzen auf. Die Fortsätze der Leiterbahnen der obersten Metallisierungsschicht und die Fortsätze der Leitungsbahnen der mittleren Metallisierungsschicht verlaufen parallel zueinander und überschneiden sich nicht.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleiterbauelement mit miteinander verschalteten Zellstreifen bereitzustellen, dessen Verdrahtung einen verringerten Widerstand aufweist.

Diese Aufgabe wird durch ein Halbleiterbauelement gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite, in dem eine Anzahl von beispielsweise aus DMOS-Zellen gebildeten Zellstreifen angeordnet ist.

Jeder der DMOS-Zellstreifen umfasst eine Anschlusszone von einem ersten Typ, beispielsweise eine Drain-Anschlusszone, und eine Anschlusszone von einem zweiten Typ, beispielsweise eine Source-Anschlusszone. Die Anschlusszonen vom ersten Typ und die Anschlusszonen vom zweiten Typ sind auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet.

Zur Parallelschaltung der Zellstreifen werden deren Anschlusszonen vom ersten Typ elektrisch leitend miteinander verbunden. Des Weiteren werden deren Anschlusszonen vom zweiten Typ elektrisch leitend miteinander verbunden.

Hierzu sind auf der Vorderseite aufeinanderfolgend eine strukturierte erste Metallisierungsschicht, eine strukturierte zweite Metallisierungsschicht und eine strukturierte dritte Metallisierungsschicht angeordnet, wobei in der ersten Metallisierungsschicht und in der zweiten Metallisierungsschicht jeweils Leiterbahnen ausgebildet sind.

Leiterbahnen der zweiten Metallisierungsschicht überkreuzen an Kreuzungsstellen Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht und sind an vorgegebenen Kreuzungsstellen mit den überkreuzten Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht beispielsweise mittels einer Durchkontaktierung ("Via") elektrisch leitend verbunden.

Infolge einer solchen Anordnung bilden die Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht und die Leiterbahnen der zweiten Metallisierungsschicht zusammen mit den dazwischen befindlichen Durchkontaktierungen eine netzartige Struktur, durch die ein Stromfluss nicht wie beim einem Halbleiterbauelement gemäß dem Stand der Technik nur in einer, sondern in zwei lateralen Richtungen des Halbleiterkörpers möglich ist. Im Ergebnis verringert sich somit der elektrische Widerstand des Bauelementes.

Die Erfindung wird nachfolgend unter bezugnehmend auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der aktiven Zone eines Halbleiterbauelements gemäß dem Stand der Technik,
2 eine Draufsicht auf das Halbleiterbauelement gemäß 1,
3 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts der aktiven Zone eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements bei entfernter dritter Metallisierungsschicht,
4 eine Ansicht des Halbleiterbauelements gemäß 3, bei dem einige der Leiterbahnen der zweiten Metallisierungsschicht entfernt sind,
5 eine Ansicht des Halbleiterbauelements gemäß 3 mit auf der zweiten Metallisierungsschicht angeordneten Durchkontaktierungen,
6 eine Draufsicht auf die zwei Abschnitte aufweisende dritte Metallisierungsschicht des Halbleiterbauelements gemäß 3, wobei jeder der Abschnitte parallel zueinander angeordnete Fortsätze aufweist, die mit den Fortsätzen des anderen Abschnittes ineinander greifen,
7 einen Vertikalschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß 6 in einer in 6 gezeigten Ebene A,
8 einen Vertikalschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß 6 in einer in 6 gezeigten Ebene B, und
9 eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes, das eine H-Brücke mit vier DMOS-Elementen umfasst.
In den Figuren bezeichnen – sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Bedeutung.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts aus dem Bereich des aktiven Gebietes eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements.
Das Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper 10 auf, der sich in einer ersten lateralen Richtung x und in einer zweiten lateralen Richtung y erstreckt.
Der Halbleiterkörper 10 umfasst DMOS-Zellstreifen 91, 92 mit einer Zellstreifenbreite d mit jeweils einer Drain-Anschlusszone 7 und einer Source-Anschlusszone 8. Die Anschlusszonen 7 und 8 sind voneinander beabstandet an einer zur x-y-Ebene parallelen Vorderseite 19 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet, länglich ausgebildet und verlaufen in der ers ten lateralen Richtung x. Des Weiteren sind die Drain-Anschlusszonen 7 und die Source-Anschlusszonen 8 in der zweiten lateralen Richtung y abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet.
Auf der Vorderseite 19 des Halbleiterkörpers 10 sind aufeinanderfolgend eine erste Metallisierungsschicht 1, eine zweite Metallisierungsschicht 2 sowie eine dritte – in dieser Ansicht aus Übersichtsgründen nicht dargestellte – dritte Metallisierungsschicht angeordnet.
Die erste und die zweite Metallisierungsschicht 1, 2 sind vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet, während die dritte Metallisierungsschicht bevorzugt aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Die erste Metallisierungsschicht 1 umfasst eine Vielzahl länglich ausgebildeter und in der ersten lateralen Richtung x verlaufender Leiterbahnen 11, 12, 13, 14 mit einer Breite b1, die vorzugsweise zumindest oberhalb des aktiven Gebietes de s Halbleiterbauelements voneinander beabstandet sind.
Entsprechend weist die zweite Metallisierungsschicht 2 eine Vielzahl länglich ausgebildeter und in der zweiten lateralen Richtung y verlaufender Leiterbahnen 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31 mit einer Breite b2 auf, die vorzugsweise zumindest oberhalb des aktiven Gebietes voneinander beabstandet sind.
Die Leiterbahnen 11, 13 der ersten Metallisierungsschicht 1 und die Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 sind elektrisch leitend mit den Drain-Anschlusszonen 7 verbunden.
Entsprechend sind die Leiterbahnen 12, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 und die Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2 elektrisch leitend mit den Source-Anschlusszonen 8 verbunden.
Innerhalb jeder der Metallisierungsschichten 1, 2 sind die mit den Drain-Anschlüssen 7 verbundenen Leiterbahnen 11, 13 bzw. 21, 23, 25, 27, 29, 31 und die mit den Source-Anschlüssen 8 verbundenen Leiterbahnen 12, 14 bzw. 22, 24, 26, 28, 30 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet.
Die Leiterbahnen 11 bis 12, 21 bis 31 sind mit Buchstaben "D" oder "S" gekennzeichnet, je nachdem, ob die betreffende Leiterbahn mit den Drain-Anschlusszonen 7 ("D") oder mit den Source-Anschlusszonen 8 ("S") elektrisch leitend verbunden ist.
Zur Herstellung der elektrisch leitenden Verbindungen zwischen den Anschlusszonen 7, 8 und den Leiterbahnen 11 bis 14 bzw. 21 bis 31 sind Durchkontaktierungen vorgesehen, von denen in der vorliegenden Ansicht lediglich Durchkontaktierungen 41, 42 und 51 erkennbar sind.
Die Durchkontaktierungen 41 sind oberhalb der Drain-Anschlusszonen 7 zwischen der Vorderseite 19 und der ersten Metallisierungsschicht 1 angeordnet und verbinden die Drain-Anschlusszonen 7 mit den Leiterbahnen 11, 13 der ersten Metallisierungsschicht 1.
Weiterhin sind die Durchkontaktierungen 42 oberhalb der Source-Anschlusszonen 8 zwischen der Vorderseite 19 und der ersten Metallisierungsschicht 1 angeordnet und verbinden die Source-Anschlusszonen 8 mit den Leiterbahnen 12, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1.
Die Durchkontaktierungen 51 sind zwischen der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht 1, 2 an Kreuzungsstellen angeordnet, an denen die Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 die Leiterbahnen 11, 13 der ersten Metallisierungsschicht 1 überkreuzen, und verbinden an diesen Kreuzungsstellen die Leiterbahnen 11, 13 der ersten Metallisierungsschicht 1 mit den Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2.
In entsprechender Weise sind – in der vorliegenden Ansicht nicht erkennbare – Durchkontaktierungen zwischen der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht 1, 2 an Kreuzungsstellen angeordnet, an denen die Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2 die Leiterbahnen 12, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 überkreuzen, und verbinden an diesen Kreuzungsstellen die Leiterbahnen 12, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 mit den Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2.
4 zeigt die Anordnung gemäß 3, wobei die Leiterbahnen 23, 26 und 31 entfernt wurden, wodurch Durchkontaktierungen 52 erkennbar sind, die zwischen den Leiterbahnen 12, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 und den Leiterbahnen 22, 24, 26, 28 und 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2 angeordnet sind und die Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 an Kreuzungsstellen mit den Leiterbahnen 12, 14 elektrisch leitend miteinander verbinden.
5 zeigt die Anordnung gemäß 3, bei der auf den Leiterbahnen 21 bis 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 Durchkontaktierungen 61, 62 angeordnet sind, die dazu dienen, die Leiterbahnen 21 bis 31 mit nicht dargestellten Abschnitten der dritten Metallisierungsschicht zu verbinden. Dabei sind die Durchkontaktierungen 61 auf den mit den Drain-Anschlusszonen 7 verbundenen Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 und die Durchkontaktierungen 62 auf den mit den Source-Anschlusszonen 8 verbundenen Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 angeordnet.
6 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß 5, bei der jedoch zusätzlich Abschnitte 33, 34 der dritten Metallisierungsschicht oberhalb der zweiten Metallisierungsschicht 2 und oberhalb der Durchkontaktierungen 61, 62 dargestellt sind.
Der Abschnitt 33 der dritten Metallisierungsschicht ist mittels der Durchkontaktierungen 61, deren Lage gestrichelt angedeutet ist, mit den Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 verbunden.
Des Weiteren ist der Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht mittels der Durchkontaktierungen 62, deren Lage ebenfalls gestrichelt angedeutet ist, mit den Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2 verbunden.
Um den elektrischen Widerstand der aus den Leiterbahnen der Metallisierungsschichten und den Durchkontaktierungen gebildeten Verdrahtung zu minimieren, sind die Abschnitte 33 mit parallel zueinander verlaufenden Fortsätzen 33b und die Abschnitte 34 mit parallel zueinander verlaufenden Fortsätzen 34b versehen, so dass kammartige Strukturen entstehen. Die Fortsätze 33b des ersten Abschnittes 33 und die Fortsätze 34b des zweiten Abschnittes 34 greifen ineinander.
Die Fortsätze 33b des Abschnitts 33 verlaufen in der ersten lateralen Richtung x und sind mittels Teilabschnitten 33a des Abschnitts 33, welche in der zweiten lateralen Richtung y verlaufen, elektrisch miteinander verbunden.
Auch die Fortsätze 34b des Abschnitts 34 verlaufen in der ersten lateralen Richtung x. Sie sind mittels Teilabschnitten 34a des Abschnitts 34, welche in der zweiten lateralen Richtung y verlaufen, elektrisch miteinander verbunden.
Da sich die durch die Fortsätze 33b und 34b fließenden elektrischen Ströme in den Teilabschnitten 33a bzw. 34a vereinigen, ist die Breite der Teilabschnitte 33a bzw. 34a vorzugsweise größer gewählt als die Breite der Fortsätze 33b bzw. 34b.
Bei einer geeigneten Anordnung der Fortsätze 33b und 34b können diese Fortsätze mehrere der Leiterbahnen 21 bis 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 überkreuzen und an vorgegebenen Kreuzungsstellen mittels der Durchkontaktierungen 61 bzw. 62 elektrisch miteinander verbunden werden.
Im Ergebnis entsteht eine Anordnung mit einer Vielzahl von Kreuzungs- und Verbindungsstellen, an denen die erste Metallisierungsschicht mit der zweiten Metallisierungsschicht und die zweite Metallisierungsschicht mit der dritten Metallisierungsschicht elektrisch miteinander verbunden sind. Durch diese Vielzahl von Verbindungen entsteht eine netzartige Struktur, so dass ein Strom zwischen einer bestimmten Stelle einer Anschlusszone und einer bestimmten Stelle des mit dieser Anschlusszone verbundenen Abschnitts der dritten Metallisierungsschicht über einen Pfad erfolgen kann, der im allgemeinen kürzer ist und einen geringeren Widerstand aufweist als der entsprechende Strompfad bei einem sonst äquivalenten Halbleiterbauelement gemäß dem Stand der Technik.
Für die widerstandsreduzierende Eigenschaft der Verdrahtung ist also eine netzartige Struktur verantwortlich, die aus der ersten, zweiten und dritten Metallisierungsschicht und den Durchkontaktierungen gebildet ist.
Entscheidend ist es vor allem, mittels der Durchkontaktierungen eine möglichst große Anzahl von Verbindungsstellen zu realisieren, die möglichst homogen zwischen den verschiedenen Metallisierungsschichten bzw. Anschlusszonen sowie möglichst homogen auf die mit den Anschlusszonen vom ersten Typ und vom zweiten Typ verbundenen Leiterbahnen und Abschnitte der drei Metallisierungsschichten verteilt sein sollen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich eine optimale Stromverteilung und ein möglichst geringer elektrischer Widerstand der Verdrahtung dann erreichen, wenn für die Breite b1 der Leiterbahnen 11, 12, 13, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 und/oder die Breite b2 (siehe 3) der Leiterbahnen 21 bis 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 das 2-fache bis 4-fache, besonders bevorzugt das 3-fache der Breite d der Zellstreifen 91, 92 gewählt wird.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die Leiterbahnen 11, 12, 13, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 und die Leiterbahnen 21 bis 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 senkrecht zueinander. Grundsätzlich können jedoch die Leiterbahnen 11, 12, 13, 14 der ersten Metallisierungsschicht 1 mit den Leiterbahnen 21 bis 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 einen beliebigen, von 0° und von 180° verschiedenen Winkel, vorzugsweise von 90°, oder alternativ von mehr als 0° und weniger als 90°, einschließen. Entscheidend ist lediglich, möglichst viele Kreuzungsstellen zu erhalten, an denen Leiterbahnen der zweiten Metallisierungsschicht 2 Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht 1 überkreuzen, wobei vorteilhafter Weise Leiterbahnen 21 bis 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 nach Möglichkeit wenigstens zwei Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht 1 überkreuzen und mit diesen überkreuzten Leiterbahnen verbunden sind.
7 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß 6 in einer in 6 dargestellten Schnittebene A.
8 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Halbleiterbauelement gemäß 6 in einer in 6 dargestellte Schnittebene B.
Die 7 und 8 zeigen die Source-Anschlusszonen 7 und die Drain-Anschlusszonen 8, die als dotierte Zonen im Halbleiterkörper 10 ausgebildet sind und sich bis zu dessen Vorderseite 19 erstrecken.
Auf der Vorderseite 19 sind aufeinanderfolgend die erste Metallisierungsschicht 1, die zweite Metallisierungsschicht 2 und die dritte Metallisierungsschicht 3 angeordnet. Die Metallisierungsschichten 1 und 2 sind zu Leiterbahnen strukturiert, wobei in von den Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht 1 in 7 nur die Leiterbahn 14 und in 8 nur die Leiterbahn 11 sichtbar ist.
7 zeigt eine Source-Anschlusszone 8, die mittels Durchkontaktierungen 42 mit der Leiterbahn 14 der ersten Metallisierungsschicht 1, sowie mittels weiterer Durchkontaktierungen 52 mit den Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2 verbunden. Aus 8 ergibt sich, dass diese Leiterbahnen 22, 24, 26, 28, 30 der zweiten Metallisierungsschicht 2 mittels Durchkontaktierungen 62 mit dem Abschnitt 34 der dritten Metallisierungsschicht 3 elektrisch verbunden sind.
Des Weiteren zeigt 8 eine Drain-Anschlusszone 7, die mittels Durchkontaktierungen 41 mit der Leiterbahn 11 der ersten Metallisierungsschicht 1, sowie mittels weiterer Durchkontaktierungen 51 mit den Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 verbunden sind. Diese Leiterbahnen 21, 23, 25, 27, 29, 31 der zweiten Metallisierungsschicht 2 wiederum sind mittels Durchkontaktierungen 61 mit dem Abschnitt 33 der dritten Metallisierungsschicht 3 elektrisch verbunden, was aus 7 hervorgeht.
Zwischen den Metallisierungsschichten 1, 2, 3 ist ein Intermetall-Dielektrikum 4 vorgesehen, um die Isolationsfestigkeit und die mechanische Stabilität des Halbleiterbauelements zu erhöhen.
In dem in den 3 bis 8 gezeigten Abschnitt eines Halbleiterbauelements sind beispielhaft lediglich zwei Zellstreifen dargestellt. Grundsätzlich kann ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement jedoch nicht nur zwei, sondern beliebig viele Zellstreifen aufweisen, die in der beschriebenen Weise parallel zueinander verschaltet sind.
Des Weiteren kann ein erfindungsgemäßes Leistungshalbleiterbauelement neben der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht auch noch weitere Metallisierungsschichten aufweisen, die zwischen dem Halbleiterkörper und der dritten Metallisierungsschicht angeordnet und mit den zu ihnen benachbarten Metallisierungsschichten entsprechend der Verschaltung der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht miteinander verschaltet sind. Diese weiteren Metallisierungsschichten weisen vorzugsweise dieselben Dimensionierungen und Materialien auf wie die erste und zweite Metallisierungsschicht.
Außerdem können neben der dritten Metallisierungsschicht noch eine oder mehrere weitere Metallisierungsschichten vorgesehen sein, die auf dem Halbleiterkörper angeordnet sind und hinsichtlich ihrer Ausgestaltung, ihrer Materialien und ihrer elektrischen Anbindung entsprechend der dritten Metallisierungsschicht ausgebildet sind.
9 zeigt eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementes, das eine H-Brücke mit vier DMOS-Elementen 100, 200, 300 und 400 umfasst. Die DMOS-Elemente 100 und 200 sowie die DMOS-Elemente 300 und 400 bilden jeweils eine Halbbrücke.
Die Draufsicht entspricht der Anordnung gemäß 6, wobei der Ausschnitt in 6 einen Abschnitt mit lediglich einem solchen DMOS-Element 100, 200, 300 und 400 zeigt.
Die Ansicht zeigt insbesondere die dritte Metallisierungsschicht 3. Diese dritte Metallisierungsschicht 3 umfasst für jedes der vier DMOS-Elemente 100, 200, 300 und 400 wenigstens einen mit den Source-Anschlusszonen verbundenen Abschnitt 134, 234, 334 bzw. 434 sowie wenigstens einen mit den Drain-Anschlusszonen verbundenen Abschnitt 133, 233, 333 bzw. 433.
Die Abschnitte 133, 134, 233, 234, 333, 334, 433, 434 weisen Fortsätze 133b, 134b, 233b, 234b, 333b, 334b, 433b bzw. 434b auf, die mit Teilabschnitten 133a, 134a, 233a, 234a, 333a, 334a, 433a bzw. 434a der Abschnitte 133, 134, 233, 234, 333, 334, 433 bzw. 434 verbunden sind. Die Teilabschnitte 133a, 134a, 233a, 234a, 333a, 334a, 433a, 434a dienen dazu, den Strom aus ihren jeweiligen Fortsätzen 133b, 134b, 233b, 234b, 333b, 334b, 433b bzw. 434b aufzunehmen.
Die demselben Teilabschnitt zugeordneten Fortsätze 133b, 134b, 233b, 234b, 333b, 334b, 433b, 434b sind parallel zueinander angeordnet, verlaufen in der ersten lateralen Richtung x und greifen mit den Fortsätzen 134b, 133b, 234b, 234b, 334b, 333b, 434b bzw. 433b des jeweils anderen Teilabschnittes desselben DMOS-Elements ineinander.
Da es sich vorliegend um ein H-Brücken-Halbleiterbauelement handelt, sind vorteilhafter Weise jeweils zwei der Teilabschnitte mittels Verbindungsabschnitten 512, 523, 534, 541 elektrisch leitend miteinander verbunden.
Die Teilabschnitte 133a, 134a, 233a, 234a, 333a, 334a, 433a, 434a sind länglich ausgebildet und erstrecken sich in der zweiten lateralen Richtung y.
Die Breite der Teilabschnitte 134a, 233a, 334a und 433a, gemessen in der ersten lateralen Richtung x, nimmt mit zunehmender Annäherung an den Verbindungsabschnitt 512, 523, 534, 541, an den der betreffende Teilabschnitt 134a, 233a, 334a und 433a anschlossen ist, zu, um zunehmend mehr Strom aus den Fortsätzen 134b, 233b, 334b bzw. 433b aufnehmen zu können. Dabei kann die Breite der Teilabschnitte 134a, 233a, 334a und 433a insbesondere monoton oder streng monoton mit abnehmendem Abstand von dem jeweiligen Verbindungsabschnitt 512, 523, 534, 541, zunehmen.

1: erste Metallisierungsschicht
2: zweite Metallisierungsschicht
3: dritte Metallisierungsschicht
4: Intermetall-Dielektrikum
7: Anschlusszone des Halbleiterkörpers (Drain)
8: Anschlusszone des Halbleiterkörpers (Source)
10: Halbleiterkörper
19: Vorderseite des Halbleiterkörpers
11–14: Leiterbahn der ersten Metallisierungsschicht
21–31: Leiterbahn der zweiten Metallisierungsschicht
33: Drain-Abschnitt der dritten Metallisierungsschicht
33b: Fortsatz
34: Source-Abschnitt der dritten Metallisierungsschicht
34a: Teilabschnitt des Source-Abschnittes der dritten Metallisierungsschicht
34b: Fortsatz
41: Durchkontaktierung zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Metallisierungsschicht (Drain-Potenzial)
42: Durchkontaktierung zwischen dem Halbleiterkörper und der ersten Metallisierungsschicht (Source-Potenzial)
51: Durchkontaktierung zwischen der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht (Drain-Potenzial)
52: Durchkontaktierung zwischen der ersten und der zweiten Metallisierungsschicht (Source-Potenzial)
61: Durchkontaktierung zwischen der zweiten und der dritten Metallisierungsschicht (Drain-Potenzial)
62: Durchkontaktierung zwischen der zweiten und der dritten Metallisierungsschicht (Source-Potenzial)
91, 92: Zellstreifen
100: erstes DMOS-Element
133: Drain-Abschnitt des ersten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
133a: Teilabschnitt des Drain-Abschnitts des ersten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
133b: Fortsatz des Teilabschnitts des Drain-Abschnitts des ersten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
134: Source-Abschnitt des ersten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
134a: Teilabschnitt des Source-Abschnitts des ersten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
134b: Fortsatz des Teilabschnitts des Source-Abschnitts des ersten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
200: zweites DMOS-Element
233: Drain-Abschnitt des zweiten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
233a: Teilabschnitt des Drain-Abschnitts des zweiten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
233b: Fortsatz des Teilabschnitts des Drain-Abschnitts des zweiten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
234: Source-Abschnitt des zweiten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
234a: Teilabschnitt des Source-Abschnitts des zweiten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
234b: Fortsatz des Teilabschnitts des Source-Abschnitts des zweiten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
300: drittes DMOS-Element
333: Drain-Abschnitt des dritten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
333a: Teilabschnitt des Drain-Abschnitts des dritten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
333b: Fortsatz des Teilabschnitts des Drain-Abschnitts des dritten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
334: Source-Abschnitt des dritten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
334a: Teilabschnitt des Source-Abschnitts des dritten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
334b: Fortsatz des Teilabschnitts des Source-Abschnitts des dritten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
400: viertes DMOS-Element
433: Drain-Abschnitt des vierten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
433a: Teilabschnitt des Drain-Abschnitts des vierten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
433b: Fortsatz des Teilabschnitts des Drain-Abschnitts des vierten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
434: Source-Abschnitt des vierten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
434a: Teilabschnitt des Source-Abschnitts des vierten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
434b: Fortsatz des Teilabschnitts des Source-Abschnitts des vierten DMOS-Elements der dritten Metallisierungsschicht
512: Verbindungsabschnitt
523: Verbindungsabschnitt
534: Verbindungsabschnitt
541: Verbindungsabschnitt
b1: Breite der Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht
b2: Breite der Leiterbahnen der zweiten Metallisierungsschicht
d: Zellstreifenbreite (Pitch)
x: erste laterale Richtung
y: zweite laterale Richtung
z: vertikale Richtung
A: Schnittebene
B: Schnittebene
D: Drain
S: Source

Claims

Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper (10), der eine Vorderseite (19) aufweist, sowie eine Anzahl von Zellstreifen (91, 92) mit jeweils einer auf der Vorderseite (19) angeordneten Anschlusszone (7) eines ersten Typs (D) und einer auf der Vorderseite (19) angeordneten Anschlusszone (8) eines zweiten Typs (S), und bei dem auf der Vorderseite (19) aufeinanderfolgend eine strukturierte erste Metallisierungsschicht (1), eine strukturierte zweite Metallisierungsschicht (2) und eine strukturierte dritte Metallisierungsschicht (3) angeordnet sind, wobei – in der ersten Metallisierungsschicht (1) Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) ausgebildet sind, – in der zweiten Metallisierungsschicht (2) Leiterbahnen (21–31) ausgebildet sind, die an Kreuzungsstellen Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) der ersten Metallisierungsschicht (1) überkreuzen und die an vorgegebenen Kreuzungsstellen mit den dort jeweils überkreuzten Leiterbahnen der ersten Metallisierungsschicht (1) elektrisch leitend verbunden sind, – die dritte Metallisierungsschicht (3) einen ersten Abschnitt (33) und einen von diesem beabstandeten zweiten Abschnitt (34) aufweist, wobei die Anschlusszonen (7) vom ersten Typ (D) elektrisch leitend mit dem ersten Abschnitt (33) verbunden sind und wobei die Anschlusszonen (8) vom zweiten Typ (S) elektrisch leitend mit dem zweiten Abschnitt (34) verbunden sind, – der erste Abschnitt (33) der dritten Metallisierungsschicht (3) eine Anzahl parallel zueinander verlaufende, längliche Fortsätze (33b) aufweist, – der zweite Abschnitt (34) der dritten Metallisierungsschicht (3) eine Anzahl parallel zueinander verlaufende, längliche Fortsätze (34b) aufweist, – die Fortsätze (33b) des ersten Abschnittes (33) der dritter Metallisierungsschicht (3) und die Fortsätze (34b) des zweiten Abschnittes (34) der dritten Metallisierungsschicht (3) ineinander greifen und Leiterbahnen (21–31) der zweiten Metallisierungsschicht (2) überkreuzen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem eine erste Leiterbahn (23) der zweiten Metallisierungsschicht (2) eine erste Leiterbahn (11) der ersten Metallisierungsschicht (1) an einer ersten Kreuzungsstelle und eine zweite Leiterbahn (13) der ersten Metallisierungsschicht (1) an einer zweiten Kreuzungsstelle überkreuzt, wobei die erste Leiterbahn (11) der ersten Metallisierungsschicht (1) und die zweite Leiterbahn (13) der ersten Metallisierungsschicht (1) voneinander beabstandet sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, bei dem die erste Leiterbahn (23) der zweiten Metallisierungsschicht (2) an der ersten Kreuzungsstelle mit der ersten Leiterbahn (11) der ersten Metallisierungsschicht (1) und an der zweiten Kreu zungsstelle mit der zweiten Leiterbahn (13) der ersten Metallisierungsschicht (1) jeweils mittels einem zwischen der ersten Metallisierungsschicht (1) und der zweiten Metallisierungsschicht (2) angeordneten Verbindungselement (51) elektrisch leitend verbunden ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die erste Leiterbahn (23) der zweiten Metallisierungsschicht (2) elektrisch leitend mit den Anschlusszonen (7) vom ersten Typ (D) verbunden ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine zweite Leiterbahn (24) der zweiten Metallisierungsschicht (2) eine dritte Leiterbahn (12) der ersten Metallisierungsschicht (1) an einer dritten Kreuzungsstelle und eine vierte Leiterbahn (14) der ersten Metallisierungsschicht (1) an einer vierten Kreuzungsstelle überkreuzt, wobei die dritte Leiterbahn (12) der ersten Metallisierungsschicht (1) und die vierte Leiterbahn (14) der ersten Metallisierungsschicht (1) voneinander beabstandet sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, bei dem die zweite Leiterbahn (24) der zweiten Metallisierungsschicht (2) an der dritten Kreuzungsstelle mit der dritten Leiterbahn (12) der ersten Metallisierungsschicht (1) und an der vierten Kreuzungsstelle mit der vierten Leiterbahn (14) der ersten Metallisierungsschicht (1) jeweils mittels einem zwischen der ersten Metallisierungsschicht (1) und der zweiten Metallisierungsschicht (2) angeordneten Verbindungselement (52) elektrisch leitend verbunden ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 5 oder 6, bei dem die zweite Leiterbahn (24) der zweiten Metallisierungsschicht (2) elektrisch leitend mit den Anschlusszonen (8) vom zweiten Typ (S) verbunden ist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) der ersten Metallisierungsschicht (1) zumindest abschnittweise parallel zueinander ausgerichtet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahnen (21–31) der zweiten Metallisierungsschicht (2) zumindest abschnittweise parallel zueinander ausgerichtet sind.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem jede der Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) der ersten Metallisierungsschicht (1) mit jeder der Leiterbahnen (21–31) der zweiten Metallisierungsschicht (2) zumindest abschnittweise einen Winkel von mehr als 0° und höchstens 90° einschließt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Metallisierungsschicht (1) und die zweite Metallisierungsschicht (2) zumindest im Bereich der aktiven Chipfläche voneinander beabstandet sind.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem der erste Abschnitt (33) der dritten Metallisierungsschicht (3) einen Teilabschnitt (33a) aufweist, der sich in einer ersten Längsrichtung erstreckt, mit der die Fortsätze (33b) des ersten Abschnitts (33) der dritten Metallisierungsschicht (3) einen Winkel von 90° oder einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 90° einschließen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, bei dem der Teilabschnitt (33a) des ersten Abschnitts (33) der dritten Metallisierungsschicht (3) eine mit der ersten Längsrichtung (y) monoton oder streng monoton veränderliche Breite aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1, 12 oder 13, bei dem der zweite Abschnitt (34) der dritten Metallisierungsschicht (3) einen Teilabschnitt (34a) aufweist, der sich in einer zweiten Längsrichtung erstreckt, mit der die Fortsätze (34b) des zweiten Abschnitts (34) der dritten Metallisierungsschicht (3) einen Winkel von 90° oder einen Winkel von mehr als 0° und weniger als 90° einschließen.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, bei dem der Teilabschnitt (34a) des zweiten Abschnitts (34) der dritten Metallisierungsschicht (3) eine mit der zweiten Längsrichtung monoton oder streng monoton veränderliche Breite aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Leiterbahnen (11, 12, 13, 14) der ersten Metallisierungsschicht (1) und/oder die Leiterbahnen (21–31) der zweiten Metallisierungsschicht (2) eine Breite (b1, b2) aufweisen, die das 2-fache und bis das 4-fache der Breite (d) der Zellstreifen (91, 92) beträgt.