DE102006011567B4 - Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke und Halbleiterbauteil - Google Patents
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Abstract
Randabschlussstruktur für ein Halbleiterbauelement mit Driftstrecke (4) in einem Halbleiterkörper (5) eines Halbleiterchips, wobei das Halbleiterbauelement (6) einen Randbereich (7) und einen innerhalb des Randbereichs (7) umgebenden Zellbereich (8) aufweist, und wobei im Randbereich (7) des Halbleiterbauelements (6) eine das Halbleiterbauelement (6) im Randbereich (7) umgebende Grabenstruktur (9) angeordnet ist, und wobei mindestens Grabenwände (10) von einem Isolationsmaterial (11) bedeckt sind, und wobei die das Halbleiterbauelement (6) umgebende Grabenstruktur (9) sich überlappende Grabenzonen (12) mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial (13) aufweist, wobei die sich überlappenden Grabenzonen (12) in einem spitzen Winkel (α) zu einer Randkante (16) angeordnet sind und wobei das Halbleitermaterial (13) zwischen den Grabenzonen (12) ebenfalls in dem spitzen Winkel (α) zu der Randkante (16) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke in einem Halbleiterkörper eines Halbleiterchips, sowie Halbleiterbauteile, die mindestens ein Halbleiterbauelement mit einer derartige Randabschlussstruktur aufweisen. Dazu weist das Halbleiterbauelement einen Randbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Zellbereich auf.
- Zum Schutz des Zellbereichs und zur Sicherstellung einer zulässigen Sperrspannung für die im Zellbereich angeordneten Schaltstrukturen ist bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen eine Schutzelektrode rund um den Zellbereich angeordnet, die auf dem niedrigsten Potential der Schaltung beim Betrieb des Halbleiterbauteils liegt.
- Ein Halbleiterbauelement mit Driftstrecke und mindestens einer Ringelektrode als Randabschluss wird in der Patentanmeldung
DE 10 2005 023 026 A1 beschrieben. Dazu ist als Randabschluss nicht nur eine einzelne Ringelektrode, sondern eine Vielzahl von Feldringen eines zweiten, komplementären Leitungstyps in dem Randbereich eines ersten Leitungstyps des Halbleiterkörpers angeordnet. - Auch die Druckschrift
US 6 274 904 B1 betrifft eine Randstruktur eines Halbleiterbauelements, wobei ein Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps einen Randbereich mit einer Vielzahl von Bereichen des komplementären Leitungstyps, die in zwei Ebenen angeordnet sind, aufweist. Diese Bereiche sind untereinander elektrisch verbunden oder kapazitiv gekoppelt. - Ferner ist aus der Druckschrift
US 6 621 122 B2 eine Abschlussstruktur bekannt, bei der ein Feldring, der eine Verlängerung der Sourceelektrode ist, in einem radialen Mittelpunkt des Abschlussbereichs den Abschuss bildet, wobei eine aktive Fläche von dem Abschlussbereich umgeben ist, welcher unterschiedlich gestaltete Säulen eines zur Driftstrecke komplementären Leitungstyps aufweist. - Derartige bekannte Randabschlussstrukturen sollen sicherstellen, dass die für das Bauelement vorgesehene Durchbruchspannung auch im Randbereich erreicht wird. Außerdem soll eine Randabschlussstruktur eine elektrische Isolation zwischen monolithisch benachbarten Bauelementen oder bei randlagigen Bauelementen eine elektrische Isolation zu einer Kante des Halbleiterchips hin gewährleisten.
- Ein Nachteil der in den obigen Dokumenten beschriebenen Randabschlussstrukturen ist es, dass die im Randbereich angeordneten pn-Übergänge zwischen einem ersten und einem komplementären Leitungstyp Krümmungen aufweisen, die zu einer Erhöhung des elektrischen Feldes im Bereich der Krümmung und zu einer Absenkung der Durchbruchspannung führen. Darüber hinaus beanspruchen die obigen Randstrukturen in Form kapazitiv gekoppelter Feldringe, Feldplatten und/oder Randabschlüsse mit halbleitenden Schichten einen hohen Platzbedarf.
- Der Nachteil des hohen Platzbedarfs kann durch oxidgefüllte Ringgräben, wie sie in der Patentanmeldung
DE 10 2004 041 892 A1 beschrieben werden, behoben werden. Derartige, den Zellbereich der Halbleiterbauelemente umgebende Ringgräben können aufgrund der höheren Durchbruchsfeldstärke des Oxids im Vergleich zu Silizium die Sperrspannung auf einer deutlich kürzeren Strecke abbauen. - Jedoch zeigt
7 den Nachteil eines derartigen oxidgefüllten Ringgrabens25 , sofern er beispielsweise eine ausreichende Breite b aufweist, die hier zwischen 3 und 4 Mikrometer liegt, wobei sich der Ringgraben25 bis zu einer Tiefe t von etwa 45 Mikrometern in die Driftstrecke4 des Halbleiterkörpers5 hinein erstreckt. Bei einer derartigen minimalen Breite b bildet sich bereits bei 240 V auf der vom Zellbereich8 abgewandten Seite23 des oxidgefüllten Ringgrabens25 ein Löcherkanal24 , der die zum Abbau des elektrischen Feldes notwendige Durchbruchsladung enthält und somit einen weiteren Spannungsabbau im Halbleitermaterial verhindert. - Somit weist eine Ringgrabenstruktur den Nachteil auf, dass es erforderlich ist, die gesamte Spannung in einem ausreichend breiten oxidgefüllten ersten Ringgraben
25 abzubauen, zumal bei nicht ausreichender Breite der erste Ringgraben25 oder der innerste Ringgraben25 die maximal abbaubare Spannung im dem Fall der7 auf 240 V begrenzt. Auch mehrere zum Rand hin gestaffelt angeordnete oxidgefüllte Ringgräben liefern keinen zusätzlichen Beitrag und können somit diese abbaubare Spannung nicht erhöhen. - Aus der
DE 10 2004 052 678 B3 ist ein Leistungs-Trenchtransistor bekannt, der einen Halbleiterkörper aufweist, in dem ein Zellenfeld und ein Randbereich, der das Zellenfeld umgibt, ausgebildet sind. Innerhalb des Randbereichs sind erste Randtrenches ausgebildet, die Feldelektroden enthalten und deren Längsausrichtungen vom Zellenfeld zum Rand des Trenchtransistors hin verlaufen. - Aus der
US 6 995 426 B2 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, das einen Diffusionsbereich, der in einer Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, beinhaltet. Der Diffusionsbereich weist erste und zweite Störstellen-Diffusionsbereiche des ersten bzw. zweiten Leitfähigkeitstyps auf. - Aus der
DE 103 03 335 A1 ist ein Halbleiterbauteil mit einem Driftbereich, um den herum ein peripherer Bereich aus einer Schicht mit alternierendem Leitfähigkeitstyp gebildet ist, bekannt. - Aufgabe der Erfindung ist es, eine Randabschlussstruktur und ein Halbleiterbauelement mit Randabschlussstruktur zu schaffen, die eine Grabenstruktur aufweisen, welche es ermöglicht, den Platzbedarf im Randbereich weiter zu vermindern, und bei verminderter Grabenstrukturbreite eine höhere zulässige Sperrspannung sicherzustellen, als es bei oxidgefüllten Ringgräben gleicher Breite möglich ist.
- Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
- Erfindungsgemäß wird eine Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke in einem Halbleiterkörper eines Halbleiterchips geschaffen, wobei das Halbleiterbauelement einen Randbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Zellbereich aufweist. Im Randbereich des Halbleiterbauelements ist eine das Halbleiterbauelement im Randbereich umgebende Grabenstruktur angeordnet, wobei mindestens die Grabenwände von einem Isolationsmaterial bedeckt sind. Dazu weist die das Halbleiterbauelement im Randbereich umgebende Grabenstruktur sich überlappende Grabenzonen mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial auf.
- Diese Grabenzonen sind in vorteilhafter Weise im Unterschied zu Ringgräben kein geschlossener Ring, sondern die Grabenzonen weisen trotz ihrer Überlappung dazwischen Halbleitermaterial in Form von Mesagebieten auf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Mesagebiet von Source nach Drain durch die ”Faltung” zwischen den Grabenzonen möglichst lang ist, weil somit die maximale Feldstärke reduziert werden kann, bzw. eine höhere Spannung von dem Halbleiterbauelement aufgenommen werden kann. Jedoch ist dabei zu beachten, dass die Gesamtladung in dem zwischen den Grabenzonen angeordneten Halbleitermaterial nicht größer als die Durchbruchsladung von ca. 1,5 × 1012 cm–2 ist. Der Gegenstand des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einer vorgegebenen Sperrspannung die Grabenweite reduziert werden kann, da mehrere Grabenzonen die Gesamtspannung aufnehmen können.
- Darüber hinaus haben Grabenzonen mit geringerer Grabenbreite den Vorteil, dass die Verfüllung mit einem Isolationsmaterial kostengünstiger hergestellt werden kann, da weniger dicke Schichten auf den Wänden der Grabenzonen abzuscheiden bzw. aufzuoxidieren sind. So können beispielsweise anstelle einer Grabenbreite von 20 Mikrometer für ca. 600 V Sperrspannung nun Grabenweiten im Bereich von lediglich 1 Mikrometer Verwendung finden. Somit kann die abzuscheidende oder aufzuoxidierende Isolationsdicke um einen Faktor von ca. 20 verringert werden, was die Prozesszeiten deutlich vermindert.
- Zudem müssen Oxidschichten, die an der Halbleiterwaferoberfläche bei dem Auffüllen der Grabenstruktur entstehen, nach dem Einbringen und Oxidieren der Grabenstruktur zusätzlich strukturiert werden. Das führt bei nasschemischer Ätzung zu Strukturbreiten und Abständen von mindestens der Dicke der Oxidschichten, so dass dicke Oxidschichten für breite Grabenzonen im deutlichen Gegensatz zur Zielsetzung der Konstruktion eines platzsparenden Randabschlusses stehen.
- Schließlich ergibt sich ein weiterer Vorteil der geringen Grabenbreite dadurch, dass die nun erforderlichen Oxidschichten geringere mechanische Verspannungen im Halbleitermaterial verursachen, als die bei Ringgräben erforderlichen dicken isolierenden Ringgräben. Andererseits ist durch die verfügbaren Prozesse die maximale Grabenbreite von umlaufenden Ringgräben begrenzt und damit auch die maximal mögliche Sperrspannung limitiert, während mit der erfindungsgemäßen Randabschlussstruktur sich deutlich höhere Sperrspannungen bei gleicher verfügbarer Prozesstechnologie erreichen lassen, indem keine Ringgräben mehr vorgesehen werden, sondern erfindungsgemäß sich überlappende Grabenzonen mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial vorgesehen werden.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Grabenzonen langgestreckte Isolationsgräben im Material auf, die voneinander beabstandet sind und sich gegenseitig beabstandet derart überlappen, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben angeordnete Halbleitermaterial keine geradlinige von dem Randbereich zu dem Zellbereich des Halbleiterbauelements orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist.
- Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass der Weg aus Halbleitermaterial zwischen den Grabenzonen verlängert wird, und somit eine höhere Spannung von dem dazwischen angeordneten Halbleitermaterial aufgenommen werden kann.
- In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die langgestreckten Isolationsgräben in ihrer Längserstreckung einen spitzen Winkel zur Randkante des Halbleiterbauelements derart auf, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben angeordnete Halbleitermaterial wiederum keine geradlinige von dem Randbereich zu dem Zellbereich des Halbleiterbauelements orthogonal sich erstrechende Verbindung aufweist. Je spitzer dieser Winkel ausgeführt wird, um so länger wird der Weg aus Halbleitermaterial, der zwischen den Grabenzonen angeordnet ist, und um so stärker kann die maximale Feldstärke zum Rand hin reduziert werden.
- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden statt der langgestreckten Isolationsgräben Isolationssäulen als Grabenzonen in die Driftstrecke eingebracht, wobei die Isolationssäulen in mehreren Reihen im Randbereich angeordnet sind. Die Isolationssäulen werden in den Reihen derart versetzt zueinander angeordnet, dass das zwischen den Isolationssäulen angeordnete Halbleitermaterial keine geradlinige von dem Randbereich zu dem Zellbereich des Halbleiterbauelements orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist. Durch das versetzte Anordnen der Isolationssäulen in den Reihen ergibt sich ein Mesagebiet aus Halbleitermaterial, das mäanderförmig oder gefaltet vom Rand zum Zellbereich hin verläuft. Auch hier wird dadurch der Weg aus Halbleitermaterial deutlich verlängert, so dass auch mit Isolationssäulen bei geeigneter versetzter Anordnung eine Wirkung wie mit den versetzten langgestreckten Isolationszonen erreicht werden kann.
- Der Abstand zwischen den Isolationssäulen kann vom Zellbereich in Richtung auf die Randkante des Halbleiterbauelements hin variiert werden. In vorteilhafter Weise nimmt dieser Abstand zwischen den Isolationssäulen vom Zellbereich in Richtung auf die Randkante des Halbleiterbauelements hin zu. Der gleiche Effekt kann erreicht werden, wenn die lichte Weite der Isolationssäulen bei gleichbleibender Schrittweite zwischen den Grabenzonen vom Zellbereich in Richtung auf die Randkante des Halbleiterbauelements hin abnimmt. Dadurch wird ebenfalls erreicht, dass der Abstand zur Randkante hin zunimmt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Abstand zwischen den Grabenzonen bei gleichbleibender lichter Weite konstant. Dieses hat den Vorteil, dass für die Maskentechnik ein einfaches und preiswertes Design zugrunde gelegt werden kann.
- In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die lichte Weite der Grabenzonen um bis zu einer Größenordnung geringer, als bei Grabenstrukturen herkömmlicher Randabschlüsse. Dieses hat die bereits oben geschilderten Vorteile, zumal dann auch die Dicke der Isolationsschicht deutlich abnimmt und somit bei einer Strukturierung mittels nasstechnischer Ätzung deutlich kleinere und filigranere Strukturen der Oberseite des Halbleiterbauelements im Randbereich möglich werden.
- Ferner ist es vorgesehen, die Grabenzonen vollständig mit Isolationsmaterial aufzufüllen. Andererseits reicht es auch, lediglich die Grabenwände mit einem Isolationsmaterial aufzufüllen, während das übrige Grabenvolumen mit polykristallinem Silizium aufgefüllt wird. Dieses hat den Vorteil, dass das polykristalline Silizium auf das niedrigste elektrische Potential beim Betrieb des Halbleiterbauelements gelegt werden kann und somit eine zusätzliche Potentialschwelle in die Randstruktur eingebaut werden kann.
- Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grabenzonen als Isolationsmaterial ein Oxid des Halbleitermaterials aufweisen, zumal dann lediglich eine thermische Oxidation des Halbleitermaterials, insbesondere aus Silizium erforderlich ist, um diese isolierten Grabenwände herzustellen. Dieses gilt nicht für Halbleitermaterialien, die flüchtige Oxide bilden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Grabenzonen mit einem Isolationsmaterial aus einem amorphen Kohlenstoff, der mit Wasserstoff dotiert ist, aufzufüllen.
- Als Halbleitermaterialien werden für den Halbleiterkörper bzw. das Halbleiterbauelement Silizium oder Siliziumcarbid oder ein III-V Halbleitermaterial, vorzugsweise semiisolierendes Galliumindiumarsenid, eingesetzt. Die Art des Halbleitermaterials hängt davon ab, welche Eigenschaft des Halbleitermaterials, wie Beweglichkeit der Ladungsträger sowie Diffusionslänge der Ladungsträger, für ein entsprechendes Halbleiterbauelement mit Driftstrecke von Vorteil sind. Eine derartige Randabschlussstruktur wird vorzugsweise bei Halbleiterbauelementen, wie einer PN–N-Diode, einer Schottky-Diode, einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Feldeffekttransistor eingesetzt. Ein Halbleiterbauteil kann auch mehrere Halbleiterbauelemente mit der erfindungsgemäßen Randabdeckungsstruktur aufweisen.
- Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
-
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements, einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Teilbereich des Halbleiterbauelements gemäß1 ; -
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements, einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teilbereichs des Halbleiterbauteils gemäß1 ohne Grabenfüllung mit Äquipotenziallinien; -
5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements gemäß4 mit Grabenfüllung und mit Äquipotenziallinien; -
6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements gemäß4 mit einer Löcherkonzentrationsverteilung; -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements gemäß einer früheren Patentanmeldung mit Ringgraben. -
1 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A in2 durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements mit Randabschlussstruktur1 , einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper5 auf, der eine Driftstrecke4 besitzt. Der Halbleiterkörper4 weist einen Randbereich7 auf, der einen Zellbereich8 eines Halbleiterbauelements6 umgibt. Innerhalb des Randbereichs7 sind Ladungskompensationszonen26 in der Driftstrecke4 angeordnet, die einen Leitungstyp p komplementär zum Leitungstyp n der Driftstrecke4 aufweisen. - Ferner sind in dieser Schnittebene A-A im Randbereich
7 Isolationssäulen17 in drei Reihen18 ,20 und22 angeordnet, wobei diese Reihen18 ,20 und22 den Zellbereich8 umgeben. Die Isolationssäulen18 ,20 und22 sind in dieser Ausführungsform der Erfindung mit Siliziumoxid als Isolationsmaterial11 aufgefüllt, wobei das Isolationsmaterial11 auch die Grabenwände10 der Grabenstruktur9 bedeckt. Zwischen den Grabenzonen12 in Form von Isolationssäulen17 ist Halbleitermaterial13 angeordnet, wobei der Abstand a zwischen den Isolationssäulen17 , die eine lichte Weite w aufweisen, zur Randkante16 des Halbleiterkörpers5 hin zunimmt. Während die Ladungskompensationszonen26 äquidistant angeordnet sind, variiert der Abstand a zwischen den Isolationssäulen18 ,20 und22 . -
2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Teilbereich des Halbleiterbauelements1 gemäß1 . Während die Ladungskompensationszonen26 streifenförmig angeordnet sind, sind die Isolationssäulen17 der Grabenstruktur9 in Reihen18 ,19 ,20 ,21 und22 angeordnet, wobei die einzelnen Isolationssäulen17 in den Reihen18 bis22 derart versetzt zueinander positioniert sind, so dass das dazwischen angeordnete Halbleitermaterial13 keine geradlinige orthogonale Verbindung zwischen Randkante16 und Zellbereich8 aufweist. Vielmehr sind die Isolationssäulen17 überlappend angeordnet und weisen eine Überlappung h auf, so dass das Mesagebiet zwischen den Isolationssäulen17 mäanderförmig ist und somit ein längerer Weg und damit eine reduzierte Feldstärke zwischen dem Zellbereich8 und der Randkante16 möglich ist. - Dabei bilden die versetzt angeordneten Isolationssäulen
17 einen spitzen Winkel α zur Randkante16 , der gleichzeitig den Winkel des Halbleiterpfades zwischen den Isolationssäulen17 ist. Während1 den Querschnitt entlang der Schnittebenen A-A der2 bildet, sind in1 im Randbereich7 sowohl die streifenförmigen Ladungskompensationszonen26 , als auch die Isolationssäulen17 der Grabenstruktur9 zu sehen, wobei der Abstand a in der Schnittebene A-A zwischen den Grabenzonen deutlich größer ist, als der Abstand a zwischen den Grabenzonen, wie sie in2 dargestellt werden. -
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements mit einer Randabschlussstruktur2 , einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hier sind anschließend an den Zellbereich8 im Randbereich7 langgestreckte Isolationsgräben14 als Grabenzonen12 überlappend angeordnet, wobei die Überlappung15 größer ist, als die Überlappung h in der ersten Ausführungsform gemäß2 . Auch der spitze Winkel α kann bei einer derartigen Anordnung von langgestreckten Grabenzonen12 kleiner ausgeführt werden, als in der Ausführungsform gemäß1 bzw.2 . Die Grabenbreite b liegt in Mikrometern im Bereich von 0,1 μm ≤ b ≤ 2 μm, während die Länge l in Mikrometern der langgestreckten Isolationsgräben14 zwischen 1 μm ≤ l ≤ 60 μm liegen kann. Das Halbleitermaterial13 zwischen den Grabenzonen12 ist ebenfalls in einem spitzen Winkel α zur Randkante16 angeordnet, wodurch der Pfad durch das Halbleitermaterial deutlich gegenüber einer direkten geradlinigen Verbindung zwischen dem Zellbereich8 und der Randkante16 verlängert wird. -
4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teilbereichs des Halbleiterbauteils mit Randabschlussstruktur1 gemäß1 ohne Grabenfüllung mit Äquipotenziallinien30 . Dabei ist deutlich zu erkennen, dass sich die Äquipotenziallinien30 in dem Halbleitermaterial13 weiter ausdehnen können, als im Stand der Technik, gemäß der7 . Dadurch ist es möglich, deutlich höhere Sperrspannungen bei dieser Konstruktion des Randabschlusses zuzulassen. -
5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements mit Randabschlussstruktur1 gemäß4 mit Grabenfüllung und mit Äquipotenziallinien30 . Dabei ist die Grabenfüllung ein Isolationsmaterial11 , das durch thermische Oxidation des Halbleitermaterials entstanden ist. Die Äquipotenziallinien30 reichen weit über die Randseite23 der Grabenzone12 , die vom Zellbereich7 abgewandt ist, hinaus, so dass im Gegensatz zum Stand der Technik eine beliebig hohe Sperrspannung realisierbar ist, obgleich die lichte Weite w um mindestens eine Größenordnung kleiner ist, als die Grabenbreite von Ringgräben, wie sie aus der oben erwähnten Patentanmeldung bekannt sind. Bei dieser Darstellung sind auch Äquipotenziallinien30 in der auf der Oberseite27 des Halbleiterkörpers4 angeordneten Oxidschicht28 und der Feldoxidschicht29 . -
6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements mit der Randabschlussstruktur1 gemäß4 und einer Löcherkonzentrationsverteilung. Deutlich sichtbar ist in dieser Zeichnung, dass kein Löcherkanal auf der von dem Zellbereich8 abgewandten Seite23 der Grabenzone12 festgestellt werden konnte. Vielmehr konzentrieren sich die Löcher mit hoher Konzentration auf die Bodyzone im Zellbereich des Halbleiterchips. -
7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements mit Randabschlussstruktur3 , gemäß einer früheren Patentanmeldung mit Ringgraben25 . Die7 wird bereits in der Beschreibungseinleitung erörtert, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen die7 nicht erneut beschrieben wird. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Randabschlussstruktur (1. Ausführungsform)
- 2
- Randabschlussstruktur (2. Ausführungsform)
- 3
- Randabschlussstruktur (frühere Patentanmeldung)
- 4
- Driftstrecke
- 5
- Halbleiterkörper
- 6
- Halbleiterbauelement
- 7
- Randbereich
- 8
- Zellbereich
- 9
- Grabenstruktur
- 10
- Grabenwand
- 11
- Isolationsmaterial
- 12
- Grabenzone
- 13
- Halbleitermaterial
- 14
- langgestreckter Isolationsgraben
- 15
- Überlappung
- 16
- Randkante
- 17
- Isolationssäule
- 18
- Reihe von Isolationssäulen
- 19
- Reihe von Isolationssäulen
- 20
- Reihe von Isolationssäulen
- 21
- Reihe von Isolationssäulen
- 22
- Reihe von Isolationssäulen
- 23
- abgewandte Seite der Grabenzone
- 24
- Löcherkanal
- 25
- Ringgraben
- 26
- Ladungskompensationszone
- 27
- Oberseite
- 28
- Oxidschicht
- 29
- Feldoxidschicht
- 30
- Äquipotenziallinie
- a
- Abstand zwischen Reihen von Isolationssäulen
- b
- Breite einer Grabenstruktur
- h
- Überlappung
- s
- Schrittweite
- w
- lichte Weite
- α
- spitzer Winkel
Claims (16)
- Randabschlussstruktur für ein Halbleiterbauelement mit Driftstrecke (
4 ) in einem Halbleiterkörper (5 ) eines Halbleiterchips, wobei das Halbleiterbauelement (6 ) einen Randbereich (7 ) und einen innerhalb des Randbereichs (7 ) umgebenden Zellbereich (8 ) aufweist, und wobei im Randbereich (7 ) des Halbleiterbauelements (6 ) eine das Halbleiterbauelement (6 ) im Randbereich (7 ) umgebende Grabenstruktur (9 ) angeordnet ist, und wobei mindestens Grabenwände (10 ) von einem Isolationsmaterial (11 ) bedeckt sind, und wobei die das Halbleiterbauelement (6 ) umgebende Grabenstruktur (9 ) sich überlappende Grabenzonen (12 ) mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial (13 ) aufweist, wobei die sich überlappenden Grabenzonen (12 ) in einem spitzen Winkel (α) zu einer Randkante (16 ) angeordnet sind und wobei das Halbleitermaterial (13 ) zwischen den Grabenzonen (12 ) ebenfalls in dem spitzen Winkel (α) zu der Randkante (16 ) angeordnet ist. - Randabschlussstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) langgestreckte Isolationsgräben (14 ) im Material der Driftstrecke (4 ) aufweisen, die voneinander beabstandet sind und sich gegenseitig beabstandet derart überlappen, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben (14 ) angeordnete Halbleitermaterial (13 ) keine geradlinige von dem Randbereich (7 ) zu dem Zellbereich (8 ) des Halbleiterbauelements (6 ) orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist. - Randabschlussstruktur nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) langgestreckte Isolationsgräben (14 ) im Material der Driftstrecke (4 ) aufweisen, die voneinander beabstandet sind und sich gegenseitig beabstandet überlappen, und wobei deren Längserstreckung einen spitzen Winkel (α) zur Randkante (16 ) des Halbleiterbauelements (6 ) derart aufweist, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben (14 ) angeordnete Halbleitermaterial (13 ) keine geradlinige von dem Randbereich (7 ) zu dem Zellbereich (8 ) des Halbleiterchips (6 ) orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) Isolationssäulen (17 ) aufweisen, die in mehreren Reihen (18 ,19 ,20 ,21 ,22 ) im Randbereich (7 ) angeordnet sind, wobei die Isolationssäulen (17 ) der Reihen (18 ,19 ,20 ,21 ,22 ) derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass das zwischen den Isolationssäulen (17 ) angeordnete Halbleitermaterial (13 ) keine geradlinige von dem Randbereich (7 ) zu dem Zellbereich (8 ) des Halbleiterbauelements (6 ) sich orthogonal erstreckende Verbindung aufweist. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) zwischen den Grabenzonen (
12 ) vom Zellbereich (8 ) in Richtung auf die Randkante (16 ) des Halbleiterbauelements (6 ) hin zunimmt. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Weite (w) der Grabenzonen (
12 ) bei gleichbleibender Schrittweite zwischen den Grabenzonen (12 ) vom Zellbereich (8 ) in Richtung auf die Randkante (16 ) des Halbleiterbauelements (6 ) hin abnimmt. - Randabschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) zwischen den Grabenzonen (
12 ) bei gleichbleibender lichter Weite (w) konstant ist. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) vollständig mit Isolationsmaterial (11 ) gefüllt sind. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) auf dem Isolationsmaterial (11 ) der Grabenwände (10 ) eine Grabenfüllung aufweisen, die polykristallines Silizium aufweist. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) als Isolationsmaterial (11 ) ein Oxid des Halbleitermaterials aufweisen. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (
12 ) als Isolationsmaterial (11 ) einen amorphen Kohlenstoff, der mit Wasserstoff dotiert ist, aufweisen. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (
6 ) als Halbleitermaterial (13 ) Silizium oder Siliziumcarbid oder ein III-V Halbleitermaterial, vorzugsweise semiisolierendes Galliumindiumarsenid aufweist. - Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Grabenzonen (
12 ) Ladungskompensationszonen angeordnet sind. - Halbleiterbauteil, das ein Halbleiterbauelement mit einer Randabschlussstruktur (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil auf einem Halbleiterchip mehrere Halbleiterbauelemente mit Randabschlussstruktur (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist. - Halbleiterbauteil nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil als Halbleiterbauelement mit Randabschlussstruktur (
1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 eine PN-N-Diode, eine Schottky-Diode, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen Feldeffekttransistor aufweist.
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