DE102007063728B4 - Halbleiterbauelementanordnung mit einem Trench-Transistor - Google Patents

Halbleiterbauelementanordnung mit einem Trench-Transistor Download PDF

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Dr. Hirler Franz
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Abstract

Halbleiterbauelementanordnung miteinem Halbleiterkörper (100), der eine erste Seite (101) und eine der ersten Seite (101) gegenüberliegende zweite Seite (102) aufweist,einer in dem Halbleiterkörper (100) integrierten Trench-Transistorstruktur (60), die wenigstens einen Graben und in dem wenigstens einen Graben wenigstens eine Gateelektrode (64) aufweist,einer in wenigstens einem weiteren Graben (11) angeordneten Trench-Leitungsverbindung (21), die wenigstens abschnittsweise eine gleiche geometrische Struktur wie die wenigstens eine Gateelektrode (64) aufweist, undwenigstens zwei in dem Halbleiterkörper (100) oder auf dem Halbleiterkörper (100) angeordneten Anschlusskontakten (41, 42), die jeweils an die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) angeschlossen sind und die durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) elektrisch leitend miteinander verbunden sind,wobei die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) mittels einer Isolationsschicht (12) gegenüber dem Halbleiterkörper (100) isoliert ist undwobei die Trench-Leitungsverbindung aus einem dotierten polykristallinen Halbleitermaterial, aus einer Halbleiter-Metall-Verbindung oder aus einem Metall besteht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiterbauelementanordnung mit einem Trench-Transistor.
  • Um mehrere Bauelemente in einem Halbleiterkörper bzw. Halbleiterchip zu einer integrierten Schaltung miteinander zu verbinden oder um die in einem Halbleiterkörper integrierten Bauelemente an Anschlusskontakte für eine externe Verschaltung anzuschließen, sind während des Herstellungsverfahrens der Bauelemente auch Leitungsverbindungen herzustellen.
  • Bei bekannten „Smartpower IC-Technologien“, das sind Technologien, die eine Realisierung von Leistungsbauelementen, insbesondere von Leistungstransistoren, und Logikbauelementen in einem Halbleiterchip ermöglichen, stehen zur Realisierung solcher Leitungsverbindungen bzw. Verdrahtungen häufig nur zwei Verdrahtungsebenen oberhalb einer Seite des Halbleiterkörpers zu Verfügung, von denen eine beispielsweise Metallleitungen und die andere Leitungen aus Polysilizium umfasst.
  • Sind eine Vielzahl von Bauelementen in dem Halbleiterkörper, insbesondere ein Vielzahl von Logikbauelementen, vorhanden, die miteinander zu verschalten sind, so kann dies zu Platzproblemen führen. Zu verbinden sind bei einer solchen Schaltung insbesondere einzelne Logikgatter untereinander, als auch einzelne Schaltungsblöcke, die jeweils mehrere Bauelemente umfassen können. Darüber hinaus kann es erforderlich sein, Überbrückungen herzustellen, durch welche zwei beabstandet zueinander angeordnete Leitungen der Metallisierungsebene leitend miteinander verbunden werden. Eine solche Überbrückung wird nachfolgend anhand von 1 erläutert.
  • 1A zeigt in Seitenansicht im Querschnitt eine Bauelementanordnung mit einem Halbleiterkörper 400 auf dem zwei Verdrahtungsebenen, eine erste Verdrahtungsebene 420 aus Polysilizium und eine zweite Verdrahtungsebene 410 aus einem Metall angeordnet sind, die gegeneinander und gegenüber dem Halbleiterkörper durch Isolationsschichten 431, 432, beispielsweise einem Oxid, isoliert sind. Unter „Verdrahtungsebene“ ist nachfolgend eine Schicht aus elektrisch leitendem Material zu verstehen, die derart strukturiert ist, dass mehrere getrennt voneinander angeordnete Leiterbahnen vorhanden sind. Der in 1B dargestellte Querschnitt durch die Metallisierungsebene 410 zeigt drei solcher Leitungen 411, 412, 413, die beabstandet zueinander angeordnet sind, und die jeweils durch ein in der Metallisierungsebene angeordnetes Isolationsmaterial 433 gegeneinander isoliert sind. Mit dem Bezugszeichen 421 ist in 1B eine Polysiliziumbrücke bezeichnet, welche zwei 411, 412 der Leiterbahnen leitend miteinander verbindet. Diese Polysiliziumbrücke ist in der Polysiliziumebene, und damit unterhalb der Metallisierungsebene angeordnet und in 1B strichpunktiert dargestellt. Leitende Verbindungen zwischen den Metallleitungen 411, 412 und der Polysiliziumbrücke 421 sind durch vertikal verlaufende Verbindungen, sogenannte Vias, realisiert, die sich jeweils in vertikaler Richtung durch die Isolationsschicht 432 erstrecken, die die Metallisierungsebene 420 und die Polysiliziumebene 410 trennt.
  • Das zur Realisierung der Polysiliziumebene 410 verwendete Polysilizium ist zwar hochdotiert, deren spezifischer Widerstand ist üblicherweise jedoch höher als das für die Metallisierungsebene 420 verwendete Material. Um eine möglichst niederohmige Verbindung der beiden Leiterbahnen 411, 412 zu erreichen, ist eine möglichst große Fläche für die Polysiliziumbrücke 421 erforderlich, was somit zu Platzproblemen führen kann, wenn eine Vielzahl derartiger „Überbrückungen“ in der Schaltung zu realisieren sind.
  • Darüber hinaus kann es abhängig von der Funktion der integrierten Schaltung erforderlich sein, Kondensatorstrukturen oder weitere Elektrodenstrukturen in demselben Halbleiterkörper wie den Trench-Transistor zu realisieren.
  • Die DE 10 2004 021 393 A1 beschreibt einen Feldeffekt-Leistungstransistor mit mehreren in einem Zellenfeld angeordneten Transistorzellen, die jeweils eine in einem Graben angeordnete Gateelektrode aufweisen. Im Zellenfeld ist außerdem ein weiterer Graben vorhanden, in dem ein Bipolartransistor integriert ist. Dieser Bipolartransistor dient zur Temperaturmessung und umfasst ein Emittergebiet, ein Basisgebiet und ein Kollektorgebiet, die von Gebieten des Feldeffekt-Leistungstransistor dielektrisch isoliert sind.
  • Die US 5 283 461 A beschreibt eine Verdrahtungsanordnung, die in Gräben einer Halbleiterschicht eines SOI-Substrats angeordnet ist.
  • Die US 2005 167 742 A1 beschreibt einen Leistungstransistor mit mehreren Transistorzellen, die jeweils wenigstens eine Feldelektrode aufweisen, die in einem Graben eines Halbleiterkörpers angeordnet ist und die gegenüber einem Driftgebiet dielektrisch isoliert ist. Der Graben mit der wenigstens einen Feldelektrode kann unterhalb eines Grabens oder neben einem Graben mit einer Gateelektrode angeordnet sein.
  • Die US 2006 033 181 A1 beschreibt eine Anordnung mit einem Halbleitersubstrat und mit mehreren in dem Substrat angeordneten elektrischen Leitern.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleiterbauelementanordnung mit einem Trench-Transistor und einer Trench-Leitungsverbindung zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine Halbleiterbauelementanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst einen Halbleiterkörper, der eine erste Seite und eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite aufweist, eine in dem Halbleiterkörper integrierte Trench-Transistorstruktur, die wenigstens einen Graben und in dem wenigstens einen Graben wenigstens eine Gateelektrode aufweist, und eine in wenigstens einem weiteren Graben angeordnete Trench-Leitungsverbindung, die wenigstens abschnittsweise eine gleiche geometrische Struktur wie die wenigstens eine Gateelektrode aufweist. Die Halbleiteranordnung umfasst außerdem wenigstens zwei in dem Halbleiterkörper oder auf dem Halbleiterkörper angeordnete Anschlusskontakte, die jeweils an die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung angeschlossen sind und die durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung mittels einer Isolationsschicht gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert ist.
  • Innerhalb des weiteren Grabens können mehrere separate Trench-Leitungsverbindungen vorgesehen werden, die in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers übereinander in dem Graben angeordnet sind. Selbstverständlich kann in dem Graben auch nur eine Trench-Leitungsverbindung vorgesehen werden, die dann einen entsprechend großen Querschnitt aufweisen kann, wie er zur Realisierung einer niederohmigen Leitungsverbindung erforderlich ist.
  • Die Trench-Leitungsverbindung besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, nämlich einem dotierten polykristallinen Halbleitermaterial, wie Polysilizium, aus einer Metall-Halbleiter-Verbindung, wie beispielsweise einem Silizid, oder aus einem Metall, wie beispielsweise Titan, Wolfram oder Platin.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.
    • 1 zeigt ein Verdrahtungskonzept für eine integrierte Schaltungsanordnung nach dem Stand der Technik.
    • 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Halbleiterbauelementanordnung mit einer Trench-Leitungsverbindung.
    • 3 zeigt eine Halbleiterkörper mit einer Trench-Leitungsverbindung, die zwei oberhalb einer Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnete Leiterbahnen miteinander verbindet.
    • 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper mit zwei sich kreuzenden Trench-Leitungsverbindungen.
    • 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper, in dem ein lateraler MOS-Transistor realisiert ist, dessen Source- und Drainanschlüsse durch Trench-Leitungsverbindungen kontaktiert sind.
    • 6 zeigt einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper, in dem ein vertikaler Trench-Transistor und eine Trench-Leitungsverbindung integriert sind.
    • 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bauelementanordnung, in der ein vertikaler Trench-Transistor und eine Trench-Leitungsverbindung integriert sind.
    • 8 zeigt einen Halbleiterkörper, in dem ein Zellenfeld eines Leistungstransistors und ein durch eine Trench-Leitungsverbindung kontaktierter, von dem Zellenfeld teilweise umgebener Temperatursensor integriert sind.
    • 9 veranschaulicht die Realisierung kapazitiver Strukturen unter Verwendung der Strukturen, die für die Realisierung von Trench-Leitungsverbindungen verwendet werden.
    • 10 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer Trench-Leistungstransistorstruktur und einer Kondensatorstruktur in einem gemeinsamen Halbleiterkörper.
    • 11 zeigt eine Bauelementanordnung mit einer Trench-Leistungstransistorstruktur und einer Kondensatorstruktur die mittels eines gegenüber dem Verfahren nach 10 abgewandelten Verfahrens hergestellt wurde.
    • 12 veranschaulicht eine Abwandlung des Verfahrens nach 10.
    • 13 zeigt das Ergebnis einer Abwandlung des Verfahrens nach 12.
    • 14 zeigt das Ergebnis einer weiteren Abwandlung des Verfahrens nach 12.
    • 15 zeigt eine weitere Bauelementanordnung mit einer Transistorstruktur und einer Kondensatorstruktur.
  • In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.
  • Die 2A und 2B veranschaulichen den grundsätzlichen Aufbau einer Trench-Leitungsverbindung die in einer in 2 nicht näher dargestellten Weise zur elektrisch leitenden Verbindung zweier in einem Halbleiterkörper oder auf einem Halbleiterkörper angeordneter Anschlusskontakte dient.
  • Das Bezugszeichen 100 bezeichnet in den 2A und 2B einen Halbleiterkörper, der eine erste Seite 101, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, und eine zweite Seite 102, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird, aufweist. Der Halbleiterkörper 100 kann beliebig realisiert sein und kann insbesondere ein Halbleitersubstrat 103 und eine auf das Halbleitersubstrat 104 aufgebrachte Epitaxieschicht aufweisen, was gestrichelt in den 2A und 2B dargestellt ist.
  • Der Halbleiterkörper 100 weist einen Graben 11 auf, der sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung v in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckt. 2A zeigt diesen Graben in einem Schnitt B-B quer zu seiner Erstreckungsrichtung, während 2B den Graben in einem Schnitt A-A längs seiner Erstreckungsrichtung zeigt. In diesem Graben ist wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung 21, 22, 23 angeordnet, die durch ein Isolationsschicht 12 gegenüber den den Graben 11 umgebenen Bereichen des Halbleiterkörpers 100 isoliert ist. Die Isolationsschicht 12 ist eine beliebige elektrisch isolierende dielektrische Schicht, insbesondere ein durch ein Oxidationsverfahren entstandenes oder ein abgeschiedenes Halbleiteroxid.
  • Das Beispiel zeigt drei Trench-Leitungsverbindungen 21, 22, 23, die in der vertikalen Richtung v des Halbleiterkörpers übereinander in dem Graben 11 angeordnet sind, wobei jeweils zwei benachbarte dieser Trench-Leitungsverbindungen 21, 22, 23 durch die Isolationsschicht 12 gegeneinander isoliert sind.
  • Die einzelnen Trench-Leitungsverbindungen 21, 22, 23 innerhalb des Grabens 11 können vollständig getrennt voneinander realisiert sein. Darüber hinaus besteht Bezug nehmend auf 2B auch die Möglichkeit, zwei der Trench-Leitungsverbindungen, in dem Beispiel die Verbindungen 22, 23 durch eine vertikale Verbindung 23' leitend miteinander zu verbinden und nach dem Verbindungspunkt nur noch eine der beiden Leitungsverbindungen, in dem Beispiel die Leitungsverbindung 22 in lateraler Richtung in dem Graben 11 weiterzuführen. Eine derartige Struktur mit zwei abschnittsweise voneinander getrennten und ab einem Verbindungspunkt gemeinsam weitergeführten Leitungsverbindungen 22, 23 kann beispielsweise dazu verwendet werden, zwei in 2B nicht näher dargestellte Anschlusskontakte elektrisch leitend miteinander zu verbinden und gemeinsam an einen weiteren Anschlusskontakt anzuschließen. Hierzu werden die separat voneinander geführten Abschnitte der Leitungsverbindungen 22, 23 an die zu verbindenden Anschlusskontakt angeschlossen und der gemeinsam weitergeführte Abschnitt 22' der beiden Leitungsverbindungen wird an den Anschlusskontakt angeschlossen, mit dem die beiden anderen Anschlusskontakte elektrisch leitend zu verbinden sind.
  • Die 3A und 3B zeigen einen Querschnitt (3A) und eine Draufsicht (3B) eines Halbleiterkörpers 100, auf dessen Vorderseite 101 eine Isolationsschicht 103 aufgebracht ist, oberhalb der separate Leiterbahnen 31, 32, 33 geführt sind. Diese Leiterbahnen bestehen beispielsweise aus einem Metall, zum Beispiel Aluminium, und können dadurch hergestellt werden, dass eine zunächst ganzflächig aufgebrachte Leiterbahnschicht mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung von Ätzmasken strukturiert wird.
  • In dem dargestellten Abschnitt des Halbleiterkörpers 100 sind drei solcher Leiterbahnen 31, 32, 33 vorhanden die abschnittsweise parallel zueinander verlaufen und von denen die beiden äußeren Leiterbahnen 31, 33 elektrisch leitend miteinander zu verbinden sind. Hierzu ist eine Trench-Leitungsverbindung 21 vorgesehen, die unterhalb der Leiterbahnen in einem Graben 11 innerhalb des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist und die quer zu den Abschnitten der Leiterbahnen 31, 32, 33 verläuft, in denen diese Leiterbahnen parallel zueinander verlaufen. Der unterhalb der Leiterbahnen verlaufende Graben 11 mit der darin angeordneten Trench-Leitungsverbindung 21 und die die Trench-Leitungsverbindung 21 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isolierenden Isolationsschicht 12 ist in 3B strichpunktiert dargestellt.
  • In dem dargestellten Beispiel verläuft die Trench-Leitungsverbindung 21 in vertikaler Richtung beabstandet zu der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100, so dass oberhalb der Trench-Leitungsverbindung 21 ein Abschnitt der Isolationsschicht 12 angeordnet ist. In dem dargestellten Beispiel, bei dem auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers eine die Leiterbahnen 31-33 gegenüber dem Halbleiterkörper isolierende weitere Isolationsschicht 103 vorhanden ist, könnte sich die Trench-Leitungsverbindung 21 auch bis auf Höhe der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 erstrecken (nicht dargestellt).
  • Zum Anschließen der miteinander zu verbindenden Leiterbahnen 31, 33 an die Trench-Leitungsverbindung 21 sind vertikale Anschlussverbindungen 41, 42, die nachfolgend als Vias bezeichnet werden, vorgesehen. Diese Vias 41, 42 erstrecken sich in vertikaler Richtung von der Trench-Leitungsverbindung 21 bis an die Leiterbahnen 31, 33.
  • Eine elektrisch leitende Verbindung der Leiterbahnen 31, 33 ist mittels der Trench-Leitungsverbindung 21 auf platzsparende Weise realisierbar, da für die Trench-Leitungsverbindung 21 kein Platz oberhalb der Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 benötigt wird.
  • Der Widerstand der Leitungsverbindung 21 ist maßgeblich bestimmt durch den Querschnitt der Trench-Leitungsverbindung 21. Dieser Querschnitt ist insbesondere über die Tiefe des Grabens 11 einstellbar, wobei in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers ausreichend Platz zur Verfügung steht, um einen ausreichend großen Leiterbahnquerschnitt für die Trench-Leitungsverbindung 21 zu realisieren.
  • Auch Kreuzungen zwischen zwei nicht parallel verlaufenden Trench-Leitungsverbindungen lassen sich auf einfache Weise realisieren, wie in den 4A und 4B dargestellt ist. 4A zeigt einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100 in Draufsicht auf die Vorderseite 101. 4B zeigt den Halbleiterkörper im Querschnitt in einer in 4A dargestellten vertikalen Schnittebene D-D. In dem Halbleiterkörper sind zwei senkrecht zueinander verlaufende Gräben 11_1, 11_2 angeordnet, in denen jeweils Trench-Leitungsverbindungen in unterschiedlichen Ebenen realisiert sind. In dem ersten Graben sind eine erste und zweite Trench-Leitungsverbindung 21, 22 realisiert, die in ersten und zweiten vertikalen Ebenen, d. h. in einem ersten und zweiten vertikalen Abstand zu der Vorderseite 101 angeordnet sind. In einer von der ersten und zweiten Ebene unterschiedlichen weiteren Ebene ist eine dritte Trench-Leitungsverbindung 23 in dem zweiten Graben 11 2 angeordnet, die die ersten und zweiten Trench-Leitungsverbindungen 21, 22 in dem Kreuzungspunkt der beiden Gräben 11_1, 11_2 berührungsfrei kreuzt. Das Bezugszeichen 24 bezeichnet eine weitere Trench-Leitungsverbindung in dem ersten Graben 11_1, die sich innerhalb dieses Grabens 11_1 jedoch nicht über den Kreuzungspunkt der Gräben 11_1, 11_2 hinaus erstreckt, sondern vor dem Kreuzungspunkt über eine vertikale Verbindung 24 mit der zweiten Trench-Leitungsverbindung 22 verbunden ist.
  • Die erfindungsgemäßen Trench-Leitungsverbindungen eignen sich auch zur Kontaktierung aktiver Bauelementzonen von Halbleiterbauelementen, die in einem Halbleiterkörper 100 angeordnet sind, wie nachfolgend anhand der 5A und 5B erläutert wird. 5A zeigt dabei den Halbleiterkörper 100 in Seitenansicht im Querschnitt, während 5B einen lateralen Querschnitt durch die in 5A eingezeichnete Schnittebene E-E darstellt. In dem Halbleiterkörper 100 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein lateraler MOSFET integriert, der eine Sourcezone 51 eines ersten Leitungstyps, eine in lateraler Richtung beabstandet zu der Sourcezone 51 angeordnete Drainzone 54, eine sich an die Drainzone 54 anschließende, schwächer als die Drainzone 54 dotierte Driftzone 53 sowie eine zwischen der Driftzone 53 und der Sourcezone 51 angeordnete, komplementär zu der Sourcezone 51 dotierte Bodyzone 52 aufweist. Zur Steuerung eines Inversionskanals in der Bodyzone 52 zwischen der Sourcezone 51 und der Driftzone 53 ist eine Gateelektrode 55 vorhanden, die durch eine Gateisolation 56gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist. Diese Gateelektrode 55 ist in dem Beispiel oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet. Die Driftzone 53 dient bei dem dargestellten lateralen MOS-Transistor zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit des Bauelements. Bei Logikbauelementen, bei denen lediglich eine geringe Spannungsfestigkeit gefordert ist, kann auf diese Driftzone gegebenenfalls verzichtet werden.
  • Die Source- und Drainzonen 51, 54 sind bei diesem Bauelement jeweils durch Trench-Leitungsverbindungen 21, 25 kontaktiert. Diese Trench-Leitungsverbindungen sind jeweils in Gräben 11, 14 angeordnet und über Anschlussverbindungen 41, 45 elektrisch leitend mit den Source- und Drainzonen 51, 54 verbunden. Im übrigen sind die Trench-Leitungsverbindungen mittels Isolationsschichten 12, 13 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert. Außerdem ist eine weitere Isolationsschicht vorhanden, die die Trench-Leitungsverbindungen 21, 25 in Richtung der Vorderseite 101 überdeckt, um die Trench-Leitungsverbindung beispielsweise gegenüber weiteren Leiterbahnen (nicht dargestellt) zu isolieren, die oberhalb der Vorderseite 101 angeordnet sein können.
  • Die Trench-Leitungsverbindungen 21, 22 dienen beispielsweise dazu, die Source- und Drainzonen 51, 54 an aktive Bauelementzonen weiterer in dem Halbleiterkörper integrierter Bauelemente (nicht dargestellt) anzuschließen, um dadurch eine integrierte Schaltung zu realisieren, deren Verdrahtung keinen Platz oberhalb des Halbleiterkörpers benötigt. Des Weiteren besteht auch die Möglichkeit, die Trench-Leitungsverbindungen beabstandet zu den sie kontaktierenden Source- und Drainzonen 51, 54 an die Vorderseite zu führen, um sie dort über Anschlusskontakte an ein externes Anschlusspotential anzuschließen, wie dies für die Trench-Leitungsverbindung 21 in 5C dargestellt ist.
  • Die zuvor erläuterten Trench-Leitungsverbindungen können wenigstens teilweise durch dieselben Verfahrensschritte hergestellt werden wie eine Gateelektrode eines in dem Halbleiterkörper 100 integrierten Trench-Leistungstransistors. Dies wird nachfolgend anhand der 6 und 7 erläutert.
  • 6 zeigt in Seitenansicht einen Halbleiterkörper 100, in dem eine Transistorstruktur eines vertikalen Trench-Leistungstransistors 60 und Trench-Leitungsverbindungen 21, 22, 23 zur Verdrahtung nicht näher dargestellter, in dem Halbleiterkörper 100 ebenfalls realisierter Logikbauelemente integriert sind. Die Transistorstruktur 60 ist zellenartig aufgebaut und umfasst eine Anzahl jeweils gleicher Transistorzellen. Jede Transistorzelle umfasst in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 ausgehend von der Vorderseite 101 eine Sourcezone 61 eines ersten Leitungstyps, eine Bodyzone 62 eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten Leitungstyps, eine Driftzone 63 des ersten Leitungstyps sowie eine Drainzone 69 des ersten Leitungstyps, die höher als die Driftzone 63 dotiert ist. Zur Realisierung eines MOSFET ist die Drainzone 69 komplementär zu der Bodyzone 62 dotiert, während die Drainzone 69 zur Realisierung eines IGBT komplementär zu der Driftzone 63 dotiert ist.
  • Zur Steuerung eines Inversionskanals in der Bodyzone 62 zwischen der Sourcezone 61 und der Driftzone 63 ist eine Gateelektrode 64 vorhanden, die in einem sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hineinerstreckenden Graben angeordnet ist. Diese Gateelektrode 64 ist mittels einer Gateisolationsschicht 65 gegenüber der Bodyzone 62 isoliert. In dem Graben sind unterhalb der Gateelektrode 64 zwei Feldelektroden 66, 67 vorhanden, die mittels einer Feldplattenisolationsschicht 68 gegenüber der Driftzone 63 isoliert sind.
  • Der Halbleiterkörper 100 umfasst im vorliegenden Fall ein hochdotiertes Halbleitersubstrat 103, welches die Drainzone 69 bildet, sowie eine auf das Halbleitersubstrat 103 aufgebrachte schwächer dotierte Epitaxieschicht 104, die abschnittsweise die Driftzone 63 bildet und in der im Bereich der Vorderseite 101 die Source- und Bodyzonen 61, 62 realisiert sind. Die in 6 im linken Teil dargestellte Transistorstruktur ist grundsätzlich bekannt und beispielsweise in der DE 103 39 455 B3 beschrieben.
  • Die Herstellung der Gateelektrode 64 und der Feldelektroden 66, 67 erfolgt in grundsätzlich bekannter Weise durch Ätzen eines Grabens ausgehend von der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers, Herstellen einer Dielektrikumsschicht an Seitenwänden des Grabens und Abscheiden von Elektrodenschichten, die die Feldelektroden 66, 67 und die Gateelektrode 64 bilden. Bei der Anordnung gemäß 6 wird hierbei zunächst die unterste (zweite) Feldelektrode 67 durch Abscheiden einer ersten Elektrodenschicht hergestellt. Diese Elektrodenschicht kann in vertikaler Richtung zurückgeätzt werden, um die Abmessungen der unteren Feldelektrode in der vertikalen Richtung einzustellen. Anschließend wird eine Dielektrikumsschicht auf der unteren Feldelektrode 67 erzeugt, beispielsweise durch Abscheiden eines Dielektrikums oder durch teilweises Oxidieren der unteren Feldelektrode 67. In entsprechender Weise können die obere (erste) Feldelektrode 66 und die Gateelektrode 64 hergestellt werden.
  • Mittels derselben Herstellungsverfahren, mit denen die Gateelektrode 64 und die Feldelektroden 66, 67 in den Gräben der Transistorstruktur hergestellte werden, werden wenigstens teilweise die Trench-Verdrahtungen hergestellt, nämlich die Abschnitte der Trench-Verdrahtungen, die sich entsprechend der Feldelektroden 66, 67 und der Gateelektrode 64 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstrecken und die damit parallel zu der Vorderseite 101 verlaufen.
  • Die Bodyzonen 62, sowie die Sourcezonen 61 und die Anschlusszonen 70 können vor oder nach Herstellen der Grabenstrukturen mit den Gate- und Feldelektroden 64, 66, 67 und den Leitungsverbindungen 21, 22, 23 durch Implantation und/oder Eindiffusion von Dotierstoffatomen in die Halbleiterschicht 104 hergestellt werden.
  • Abschnitte der Trench-Verdrahtungen, die sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstrecken und die damit senkrecht zu der Vorderseite 101 verlaufen, wie beispielsweise der in 2B dargestellte Abschnitt 23', der zwei parallel verlaufende Leitungen 22, 23 verbindet, sind durch einfache Modifikationen des zuvor erläuterten Verfahrens herstellbar. Zur Herstellung einer solchen Verbindung wird nach Herstellen eines die späteren Leitungen 22, 23 trennenden Dielektrikums dieses Dielektrikum im Bereich der Verbindung 23' wieder entfernt, bevor eine Elektrodenschicht zur Herstellung der zweiten Leitungsverbindung 22 abgeschieden wird. Alternativ kann die Herstellung eines Dielektrikums im Bereich dieser Verbindung 23' verhindert werden, nachdem eine die untere Leitung bildende Elektrodenschicht abgeschieden wurde.
  • In der erwähnten DE 103 39 455 B3 ist beschrieben, die einzelnen Feldelektroden der Transistorstruktur an unterschiedliche elektrische Potentiale anzuschließen. Bei der in 6 dargestellten Anordnung können die Feldelektroden 66, 67 in nicht näher dargestellter Weise über Trench-Leitungsverbindungen an geeignete Potentialquellen angeschlossen sein, die die gewünschten unterschiedlichen Potentiale bereitstellen. Die Erzeugung dieser Potentiale kann beispielsweise unter Verwendung einer Zenerdiodenkette erfolgen, die mehrere in Reihe geschaltete Zenerdioden umfasst, über denen eine Versorgungsspannung anliegt. An Zwischenabgriffen der Zenerdiodenkette, d.h. an Verbindungspunkten jeweils zweier unmittelbar in Reihe geschalteter Zenerdioden lassen sich hierbei verschiedene Potentiale abgreifen.
  • Die Sourcezonen 61 der Transistorstruktur sind gemeinsam an eine Sourceelektrode 71 angeschlossen, die über hochdotierte Anschlusszonen 70 auch die Bodyzone 62 kontaktiert, um dadurch Source- und Body in bekannter Weise kurzzuschließen. Im Logikteil, für den in 6 stellvertretend Trench-Leitungsverbindungen 21, 22, 23 dargestellt sind, besteht die Möglichkeit, oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers Leiterbahnen gemäß der 3A und 3B anzuordnen.
  • 7 zeigt eine weitere Halbleiterbauelementanordnung, bei der eine Trench-Transistorstruktur und Trench-Leitungsverbindungen in einem gemeinsamen Halbleiterkörper 100 integriert sind. Die in 7 dargestellte Trench-Leistungstransistorstruktur ist grundsätzlich bekannt aus der DE 100 63 443 A1 und unterscheidet sich von der in 6 dargestellten dadurch, dass eine Elektrode 64A vorhanden ist, die im oberen Bereich des Grabens, das heißt im Bereich der Bodyzone 62 durch eine im Vergleich zu einem Feldplattendielektrikum 68 dünnen Gateisolationsschicht 65 gegenüber der Bodyzone 62 isoliert ist und dort als Gateelektrode wirkt, während sie im unteren Bereich des Grabens durch das dickere Feldplattendielektrikum 68 von der Driftzone 63 isoliert ist und dort als Feldplatte 64B wirkt. Die Gateelektrode besitzt im oberen Bereich des Grabens eine gabelförmige Struktur die einen weiteren Elektrodenabschnitt 64C in lateraler Richtung umschließt, der üblicherweise auch an Gatepotential angeschlossen ist.
  • Die Drainzone 69 der Transistorstruktur 60 ist in dem dargestellten Beispiel als vergrabene hochdotierte Zone realisiert, die am Rand des Zellenfeldes, das die einzelnen Transistorzellen der Transistorstruktur umfasst, an die Vorderseite 101 geführt ist.
  • Das Verfahren zur Herstellung dieser gabelförmig ausgebildeten Gateelektrode mit der sie umschließenden weiteren Elektrode 72 kann entsprechend zur Realisierung wenigstens eines Teils, beispielsweise eines parallel zu der Vorderseite 101 verlaufenden Teils, zweier elektrisch gegeneinander isolierter Trench-Leitungsverbindungen 21, 22 verwendet werden, die in einem weiteren Graben 11 angeordnet ist.
  • Bei den anhand der 6 und 7 erläuterten Bauelementstrukturen umfasst die Trench-Transistorstruktur außer einer Gateelektrode 64 wenigstens eine Feldelektrode 66, 67, die zusammen mit der Gateelektrode 64 in einem gemeinsamen Graben angeordnet ist. Die in diesen Figuren dargestellten Trench-Leitungsverbindungen weisen in dem dargestellten Beispielen eine der Anzahl der Gate- und Feldelektroden der Transistorstruktur entsprechende Anzahl Leitungsverbindungen auf. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Transistorstruktur nicht notwendigerweise eine Feldelektrode aufweisen muss, so dass die Möglichkeit besteht, nur eine Gateelektrode herzustellen. Die Trench-Leitungsverbindung umfasst in diesem Fall in entsprechender Weise nur eine Leitung.
  • Darüber hinaus kann die Anzahl der parallel verlaufenden Trench-Leitungsverbindungen auch geringer sein als die Anzahl der Elektroden der Transistorstruktur. Das Herstellungsverfahren wird hierzu so modifiziert, dass der Bereich des Halbleiterkörpers 100, in dem die Trench-Leitungsverbindung hergestellt wird, während der Abscheidung wenigstens einer der Elektrodenschichten maskiert wird, oder so modifiziert, dass eine der abgeschiedenen Elektrodenschichten in diesem Bereich wieder entfernt wird.
  • Ergebnis eines Herstellungsverfahrens, bei dem gleichzeitig mit der Herstellung einer Elektrodenstruktur 64-66 in einem Graben eines Halbleiterkörpers 100 für einen Transistor wenigstens Teile einer Trench-Leitungsverbindungsstruktur 21-23 hergestellt werden, ist eine Bauelementstruktur, die Leitungsverbindungen aufweist, die wenigstens abschnittsweise identische geometrische Strukturen wie eine Elektrodenstruktur 64-66 des Transistors aufweist. Die Leitungsverbindungen bestehen insbesondere aus demselben Material wie die Elektroden 64-66 des Transistors und sind durch dasselbe dielektrische Material gegeneinander und gegen das Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 100 dielektrisch isoliert. Die Elektroden 64-66 und die Leitungsverbindungen 21-23 bestehen beispielsweise aus einem dotierten Polysilizium jeweils gleicher Dotierung.
  • Ein weiteres Anwendungsbeispiel der zuvor erläuterten Trench-Leitungsverbindungen wird nachfolgend anhand der 8A bis 8C erläutert. 8A zeigt in Draufsicht einen Halbleiterkörper 100, in dem ein Zellenfeld mit jeweils gleichartig aufgebauten Transistorzellen realisiert ist. Diese Transistorzellen können beispielsweise Transistorzellen gemäß der 6 und 7 oder beliebige weitere Transistorzellen sein. Umgeben von den Transistorzellen dieses Transistorzellenfeldes ist ein Temperatursensor 80 vorhanden, der dazu dient, die Temperatur innerhalb des Zellenfeldes zu erfassen. Im Hinblick auf eine möglichst exakte Temperaturmessung ist es dabei wünschenswert, dass der Temperatursensor 80 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 möglichst vollständig von den Transistorzellen des Zellenfeldes umgeben ist. In diesem Zusammenhang gilt es, breite Leitungsverbindungen an der Oberfläche des Halbleiterkörpers zu vermeiden, da unterhalb dieser Leitungsverbindungen keine Transistorzellen realisiert werden können. Mittels der zuvor erläuterten Trench-Leitungsverbindungen gelingt es, eine platzsparende Leitungszuführung zu dem Temperatursensor 80 zu realisieren. 8B zeigt diese Trench-Leitungsverbindungen 21, 22 im Querschnitt, wobei jeweils eine dieser Leitungsverbindungen einen von zwei Anschlusskontakten des Temperatursensors 80 kontaktiert.
  • Der Temperatursensor 80 ist bezugnehmend auf 8C beispielsweise als pn-Übergang mit einer n-dotierten Zone 81 und einer p-dotierten Zone 82 realisiert, der in Sperrrichtung betrieben wird. Hierbei macht man sich zu Nutze, dass der Sperrstrom eines solchen in Sperrrichtung gepolten pn-Übergangs exponentiell mit der Temperatur ansteigt. Die obere der in dem Graben 100 angeordneten Trench-Leitungsverbindungen 21, 22 kontaktiert beispielsweise die n-Zone 81, während die untere die p-Zone 82 des Temperatursensors 80 kontaktiert.
  • Die zuvor erläuterten Trench-Leitungsverbindungen, die wenigstens abschnittsweise durch die gleichen Herstellungsprozesse wie eine Elektrodenstruktur eines Trench-Transistors hergestellt werden, können auch als kapazitive Strukturen innerhalb des Halbleiterkörpers 100 dienen, wie nachfolgend erläutert wird.
  • 9A zeigt einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100, der einen Graben 11 mit darin angeordneten Trench-Leitungsverbindungen 21-23 aufweist. Jeweils zwei benachbarte dieser Trench-Leitungsverbindungen bilden eine Kondensatorelektrode eines Kondensators. Voraussetzung hierfür ist, dass die zwei benachbarten Trench-Leitungsverbindungen jeweils nur an einer Seite elektrisch kontaktiert sind, während die andere Seite der Leitungsverbindung offen bleibt. Dies ist in 9B in Seitenansicht im Querschnitt veranschaulicht. In diesem Beispiel enden die Trench-Leitungsverbindungen jeweils innerhalb des Grabens 11, während deren andere Enden an die Vorderseite 101 geführt sind, um dort kontaktiert zu werden. Das Kondensatordielektrikum wird durch die zwischen den einzelnen Trench-Leitungsverbindungen 21-23 innerhalb des Grabens 11 angeordnete Isolationsschicht bzw. Dielektrikumsschicht 12 gebildet.
  • In 9A sind die Schaltsymbole der durch jeweils zwei benachbarte Trench-Leitungsverbindungen gebildeten Kondensatoren ebenfalls eingezeichnet.
  • Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, ein den Graben umgebendes Halbleitergebiet 91, das vorzugsweise komplementär zu einer Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 dotiert ist, als eine Kondensatorelektrode und die Trench-Leitungsverbindungen 21, 22, 23 jeweils als andere Kondensatorelektrode zu verwenden, wobei diese Trench-Leitungsverbindungen wahlweise an ein gemeinsames elektrische Potential angeschlossen werden, um einen kapazitive Struktur mit einer besonders großen Kapazität zu realisieren. Das Bezugszeichen 92 bezeichnet in 9A einen Anschluss des den Graben umgebenden, eine Kondensatorelektrode bildenden Halbleitergebiets 91.
  • Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, mehrere separate Kondensatoren zu realisieren, indem die einzelnen Trench-Leitungsverbindungen 21-23 an separate elektrische Potentiale angeschlossen werden.
  • Ein besonders effektives Verfahren zur Realisierung einer Leistungstransistorstruktur und einer Kondensatorstruktur in einem gemeinsamen Halbleiterkörper, bei dem weitgehend gemeinsame Verfahrensschritte zur Herstellung der Leistungstransistorstruktur und der Kondensatorstruktur verwendet werden, wird nachfolgend anhand der 10A bis 10E erläutert.
  • 10A zeigt in Seitenansicht einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 200, der eine erste Seite 201, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, und eine zweite Seite 202, die nachfolgend als Rückseite bezeichnet wird, aufweist.
  • Der Halbleiterkörper 200 umfasst in dem Beispiel ein Halbleitersubstrat 205 und eine auf das Halbleitersubstrat 205 aufgebrachte Epitaxieschicht 206. Das Bezugszeichen 203 bezeichnet in 10A einen Abschnitt des Halbleiterkörpers, in dem eine Transistorstruktur realisiert werden soll, und das Bezugszeichen 204 bezeichnet einen Abschnitt des Halbleiterkörpers 200, in dem eine Kondensatorstruktur realisiert werden soll. Diese Abschnitte 203, 204 werden nachfolgend als Transistorabschnitt und Kondensatorabschnitt des Halbleiterkörpers 200 bezeichnet.
  • 10A zeigt den Halbleiterkörper 200 nach ersten Verfahrensschritten, bei denen Gräben 211, 212 im Bereich des Transistorabschnitts 203 und Gräben im Bereich des Kondensatorabschnitts 204 hergestellt wurden. Diese Gräben 211, 212 werden nachfolgend als Transistorgräben 211 und Kondensatorgräben 212 bezeichnet.
  • Die Herstellung dieser Gräben 211, 212 erfolgt in bekannter Weise durch Aufbringen einer strukturierten Ätzmaske 300 auf die Vorderseite 101, beispielsweise einer Oxid-Hartmaske, und anschließendes Ätzen des Halbleiterkörpers 200 in den Bereichen, in denen die Ätzmaske 300 Aussparungen, die die Gräben definieren, aufweist. Die Abmessungen der Gräben 211, 212 in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 200 sind dabei von den Abmessungen der Öffnungen der Ätzmasse 300 abhängig. Die Gräben 211, 212, die in einer Richtung senkrecht zu der in 10A dargestellten Zeichenebene langgestreckt verlaufen, können so hergestellt werden, dass die Transistorgräben 211 eine gleiche Breite wie die Kondensatorgräben 212 aufweisen, die Gräben 211, 212 können jedoch auch unterschiedliche Breiten aufweisen. Die Herstellung dieser Gräben 211, 212 erfolgt vorzugsweise derart, dass die Kondensatorgräben 212 breiter als die Transistorgräben 211 sind. Die „Breite“ bezeichnet dabei die Abmessungen der Gräben 211, 212 quer zu ihrer Längsrichtung.
  • Die Transistor- und Kondensatorgräben 211, 212 können darüber hinaus auch unterschiedliche Tiefen, d.h. unterschiedliche Abmessungen in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 200 aufweisen. Die Tiefe der Gräben 211, 212 ist bei Durchführung eines anisotropen Ätzverfahrens zu deren Herstellung über die Breite der Aussparungen in der Ätzmaske einstellbar. Die Grabentiefe ist bei einer gegebenen Ätzdauer um so größer, je breiter die Aussparungen sind.
  • 10B zeigt den Halbleiterkörper 200 nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen eine Dielektrikumsschicht 221 in den Kondensatorgräben 212 und auf der Vorderseite 201 des Kondensatorabschnitts 204 hergestellt wird. Diese Dielektrikumsschicht 221 ist beispielsweise eine Oxidschicht, die nach Entfernen der Ätzmaske (Bezugszeichen 300 in 10A) durch thermische Oxidation freiliegender Flächen des Kondensatorabschnitts 204, d. h. der Vorderseite des Halbleiterkörpers 200 in diesem Kondensatorabschnitt 204 und der Seitenwände der Gräben 212 hergestellt wird. Diese Oxidationsschicht 221 wächst auf den Halbleiterkörper im Kondensatorabschnitt 204 auf, wobei Halbleitermaterial „verbraucht wird“. Die strichpunktierte Linie in 10B zeigt den Verlauf der Oberfläche des Kondensatorabschnitts 204 vor der thermischen Oxidation zur Herstellung der Dielektrikumsschicht 221.
  • Vor Durchführung der thermischen Oxidation des Kondensatorabschnitts 204 wird auf freiliegende Oberflächenbereiche des Transistorabschnitts 203 eine Oxidationsschutzschicht 230 aufgebracht, die die Herstellung einer Oxidationsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 200 im Transistorabschnitt 203 verhindert. Diese Oxidationsschutzschicht 230 ist beispielsweise eine Nitridschicht.
  • 10C zeigt den Halbleiterkörper 200 im Querschnitt nach weiteren Verfahrensschritten, bei denen die Oxidationsschutzschicht 230 entfernt und eine Gatedielektrikumsschicht 241 an den Seitenwänden der Transistorgräben 211 hergestellt wird. Diese Gatedielektrikumsschicht ist beispielsweise eine Oxidschicht, die durch eine thermische Oxidation hergestellt wird, wobei die Oxidationsbedingungen so eingestellt werden, dass die Gateisolationsschicht dünner ist als die Kondensatordielektrikumsschicht 221 des Kondensatorabschnitts 204. In Folge der Oxidation des Halbleiterkörpers im Transistorabschnitt entsteht auch eine Isolationsschicht oberhalb der Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers, die in einem späteren Verfahrensschritt wieder entfernt wird.
  • In weiteren Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 10D dargestellt ist, wird eine Elektrodenschicht 222, 232 gemeinsam auf den Kondensatorabschnitt 204 und den Transistorabschnitt 203 abgeschieden. Diese Elektrodenschicht bildet im Kondensatorabschnitt 204 eine Kondensatorelektrode und im Transistorabschnitt die spätere Gateelektrode der Leistungstransistorstruktur.
  • Die Kondensatorstruktur ist nach diesen Verfahrensschritten fertiggestellt. Diese Kondensatorstruktur wird durch die Kondensatorelektrode 222, das Kondensatordielektrikum 221 sowie eine Halbleiterzone 223 gebildet, welche die Gräben mit dem Kondensatordielektrikum 221 umgibt. Diese Halbleiterzone 223 ist beispielsweise komplementär dotiert zu dem Halbleitersubstrat 205 und komplementär dotiert zu der Epitaxieschicht 206 im Bereich der Transistorstruktur 203.
  • Die Epitaxieschicht 206 bildet im Bereich der Transistorstruktur abschnittsweise die spätere Driftzone des Bauelements. Eine komplementäre Dotierung der Driftzone und der eine zweite Kondensatorelektrode bildenden Halbleiterzone 223 vermeidet Querströme zwischen diesen Bauelementbereichen innerhalb des Halbleiterkörpers 200.
  • 10E zeigt den Halbleiterkörper 200 im Querschnitt nach Durchführung weiterer, grundsätzlich bekannter Verfahrensschritte zur Fertigstellung der Transistorstruktur nach Herstellung der Gräben, der Gateisolationsschicht 231 und der Gateelektroden 232. Diese Verfahrensschritte umfassen das Entfernen der Elektrodenschicht 232 von der Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers 200 im Bereich der Transistorgräben. Dieses Entfernen kann beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens erfolgen. Diese Elektrodenschicht wird dabei vorzugsweise soweit zurückgeätzt, dass die Gateelektroden 232 unterhalb der Vorderseite 201 des Halbleiterkörpers in den Gräben 212 enden.
  • Das Herstellen der Transistorstruktur umfasst außerdem das Herstellen einer komplementär zu einer Grunddotierung der Epitaxieschicht 206 dotierten Bodyzone 233 sowie das Herstellen komplementär zu dieser Bodyzone 233 dotierter Sourcezonen 234, die sich in bekannter Weise an die Gräben mit der Gateelektrode 232 anschließen. Außerdem wird eine Sourceelektrode 236 hergestellt, welche die Sourcezonen 234 kontaktiert und die durch weitere Isolationsschichten 237 oberhalb der Gateelektroden 232 gegenüber den Gateelektroden 232 isoliert sind. Die Sourceelektrode 236 kann in bekannter Weise auch die Bodyzone 233 kontaktieren, um Source 234 und Body 233 kurzzuschließen.
  • Die Transistorstruktur besitzt eine Zellenstruktur mit einer Vielzahl gleichartig aufgebauter Transistorzellen, die jeweils eine in einem Transistorgraben angeordnete Gateelektrode 232 aufweisen. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Elektrodenschicht in einem Randbereich des Zellenfeldes in nicht näher dargestellter Weise oberhalb der Vorderseite des Halbleiterkörpers 200 verbleiben kann.
  • Das elektrische Ersatzschaltbild des Leistungstransistors ist in 10E ebenfalls dargestellt. Die Drainzone dieses Leistungstransistors wird durch das Halbleitersubstrat 205 gebildet. Der in 10E dargestellte Leistungstransistor ist als n-Kanal-MOSFET realisiert. Dieser Transistor kann selbstverständlich auch als Leistungs-IGBT realisiert sein, wobei das Halbleitersubstrat in diesem Fall komplementär zu der die Driftzone 235 bildenden Epitaxieschicht zu realisieren ist.
  • 11 zeigt eine Bauelementanordnung mit einer Leistungstransistorstruktur und einer Kondensatorstruktur in einem gemeinsamen Halbleiterkörper 200, die mittels eines gegenüber dem Verfahren nach 10 abgewandelten Verfahren hergestellt ist. Bei diesem Verfahren wird auch die Elektrodenschicht 222 im Bereich der Kondensatorstruktur bis unter die Oberkante der Dielektrikumsschicht 221 zurückgeätzt, wodurch in den einzelnen Gräben separate Elektrodenabschnitte 222A, 222B hergestellt werden. Hierdurch sind mehrere separate Kondensatoren realisierbar, die mit der Halbleiterzone 223 eine gemeinsame Kondensatorelektrode aufweisen.
  • Die 12A bis 12C veranschaulichen eine Abwandlung des zuvor anhand von 10 erläuterten Verfahrens. Bezug nehmend auf 12A wird bei diesem Verfahren nach Herstellen der Transistor- und Kondensatorgräben 211, 212 zunächst die Gateisolationsschicht 231 hergestellt, wodurch auch eine Isolationsschicht 224 auf der Vorderseite 201 und in den Kondensatorgräben des Kondensatorabschnitts 204 hergestellt wird. Bezug nehmend auf 12B wird anschließend die Elektrodenschicht 232 abgeschieden, die im Transistorabschnitt die späteren Gateelektroden bildet. Diese Elektrodenschicht schützt im Transistorabschnitt die Gateisolationsschicht während nachfolgender Verfahrensschritte zur Herstellung des Kondensatordielektrikums im Kondensatorabschnitt.
  • 12C zeigt den Halbleiterkörper nach Herstellen dieses Kondensatordielektrikums 221 und einer auf das Kondensatordielektrikum 221 aufgebrachten Elektrode 225, deren Funktion der Elektrode 222 gemäß 10E entspricht. Vor Herstellen des Kondensatordielektrikums 221 werden die Isolationsschichten 224 und die Elektrodenschicht 232 im Bereich der Kondensatorstruktur entfernt. Das Herstellen des Kondensatordielektrikums 221 kann in erläuterter Weise durch eine thermische Oxidation oder auch durch Abscheiden einer Oxidschicht, wie beispielsweise TEOS-Schicht (TEOS = Tetraethoxysilan) erfolgen. Nach Herstellen des Kondensatordielektrikums 221 wird die Elektrodenschicht 225 in herkömmlicher Weise abgeschieden. Die Kondensatorstruktur ist nach Abschluss dieser Verfahrensschritte fertiggestellt.
  • Selbstverständlich besteht entsprechend des Ausführungsbeispiels in 11 auch die Möglichkeit, diese Kondensatorelektrode zu unterteilen, um mehrere Kondensatoren in dem Kondensatorabschnitt 204 zu realisieren.
  • Die weiteren Verfahrensschritte zur Fertigstellung der Transistorstruktur ausgehend von der Struktur gemäß 12C entsprechen den anhand von 10E erläuterten Verfahrensschritten.
  • 13 zeigt im Ergebnis eine Bauelementstruktur, bei der die Gate-Dielektrikumsschicht 231 und das Kondensatordielektrikum 224 durch dieselben Verfahrensschritte hergestellt werden. Ein solches Bauelement kann ausgehend von dem Verfahren nach 12 erhalten werden, indem sich unmittelbar an die anhand von 12 erläuterten Verfahrensschritte, bei denen durch gemeinsame Verfahrensschritte das Gate-Dielektrikum 231 in den Transistorgräben 211 und die Isolationsschicht 224 in den Kondensatorgräben hergestellt werden und bei denen durch weitere gemeinsame Verfahrensschritte Elektrodenschichten 232, 222 in den Transistor- und Kondensatorgräben 211, 212 hergestellt werden, sich die anhand von 10E erläuterten Verfahrensschritte zur Fertigstellung der Transistorstruktur anschließen. Die während der Herstellung des Gate-Dielektrikums 231 in den Transistorgräben hergestellte Isolationsschicht bildet bei diesem Bauelement das Kondensatordielektrikum, und die während der Herstellung der GateElektrode 232 hergestellte Elektrode 222 bildet eine der Kondensatorelektroden. Diese Elektrode 222 kann als einstückige Elektrode erhalten bleiben, wie dies in 13 dargestellt ist.
  • Bezugnehmend auf 14 besteht darüber hinaus die Möglichkeit, diese Elektrode 222 derart zurückzuätzen, dass einzelne Elektroden in den Kondensatorgräben 212 entstehen, um dadurch eine Anzahl einzelner Kondensatoren zu realisieren. Das die Gräben umgebende Halbleitergebiet 223 bildet hierbei eine gemeinsame Elektrode für die einzelnen Kondensatoren. Bei dem Bauelement gemäß 14 ist dieses Halbleitergebiet 223 durch eine weitere Elektrode 227 kontaktiert, die oberhalb des Halbleiterkörpers 200 angeordnet ist und die in einem Bereich oberhalb des Halbleiterkörpers 200 mittels Isolationsschichten 228 gegenüber den in den Gräben angeordneten Elektroden 222 isoliert ist.
  • Ergebnis der anhand der 10 bis 14 erläuterten Verfahren sind Bauelementanordnungen mit einer Trench-Transistorstruktur und einer Kondensatorstruktur mit wenigstens einer in einem Graben angeordneten Kondensatorelektrode, wobei diese Kondensatorelektrode wenigstens abschnittsweise eine gleiche geometrische Grundstruktur wie die Elektrodenstruktur des Transistors aufweist. Unter „gleicher geometrischer Grundstruktur“ ist zu verstehen, dass die geometrischen Strukturen gleich sind, sich bezüglich ihrer Abmessungen in lateraler oder vertikaler Richtung allerdings unterscheiden können. Die Materialien der Elektrodenstruktur des Transistors und die Materialien der Elektrodenstruktur des Kondensators sind dabei identisch.
  • 15 zeigt im vertikalen Querschnitt eine weitere Bauelementanordnung, die eine Transistorstruktur und eine Kondensatorstruktur aufweist. Die Transistorstruktur entspricht hierbei der anhand von 7 bereits erläuterten Transistorstruktur und umfasst eine Anzahl Transistorzellen mit in Gräben angeordneten Gateelektroden 64, die in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers in eine Feldplatte 64B übergeht und die einen weiteren Elektrodenabschnitt 64C gabelförmig umschließt.
  • Die Kondensatorstruktur weist in Gräben angeordnete Kondensatorelektroden auf, deren Geometrie der Gateelektroden 64A, Feldplatten 64B und Elektrodenabschnitte der Transistorstruktur entspricht und die in 15 mit den Bezugszeichen 241, 242, 243 bezeichnet sind. Abhängig von der Kontaktierung der einzelnen Elektroden können durch diese Anordnung verschiedene Kondensatoren gebildet sein. Werden die gabelförmigen Elektroden 241, 242 und die von diesen umgebenen Elektrode 243 separat kontaktiert, so ist durch jede dieser gabelförmigen Elektroden 241, 242, durch das von dieser umgebenen Elektrode 243 und durch das dazwischenliegende Dielektrikum je ein Kondensator gebildet.
  • Die Gräben mit den Elektroden 241, 242, 243 sind in dem Beispiel von einer Halbleiterzone 223 umgeben, die komplementär zu einer Grunddotierung des Halbleiterkörpers 200 und in dem Beispiel komplementär zu der Driftzone 63 der Transistorstruktur dotiert ist. Diese Halbleiterzone 223 ist über eine hochdotierte Anschlusszone 226 kontaktierbar und bildet eine Kondensatorelektrode. Ein Kondensator ist bei dieser Anordnung durch die Halbleiterzone 223, ein in den Gräben angeordnetes Dielektrikum 244 sowie die gabelförmige Elektrode 241, 242 gebildet.
  • Die gemeinsam mit der Elektrodenstruktur des Trench-Transistors in Gräben hergestellte Elektrodenstruktur kann - wie zuvor erläutert - wenigstens abschnittsweise als Leitungsverbindungsstruktur oder als Elektrodenstruktur eines Kondensators genutzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Halbleiterkörper
    101
    Vorderseite
    102
    Rückseite
    103
    Halbleitersubstrat
    104
    Epitaxieschicht
    11
    Graben
    11_1, 11_2
    Gräben
    12
    Isolationsschicht
    13
    Isolationsschicht
    200
    Halbleiterkörper
    201
    Vorderseite
    202
    Rückseite
    205
    Halbleitersubstrat
    206
    Epitaxieschicht
    211
    Transistorgraben
    212
    Kondensatorgraben
    21-25
    Trench-Leitungsverbindungen
    221
    Gatedielektrikumsschicht
    221
    Kondensatordielektrikum
    222
    Elektrodenschicht, Kondensatorelektrode
    222A, 222B
    Kondensatorelektroden
    223
    dotierte Halbleiterzone
    224
    Isolationsschicht
    225
    Kondensatorelektrode
    23'
    vertikale Verbindung
    231
    Schutzschicht
    232
    Elektrodenschicht, Gateelektrode
    233
    Bodyzone
    234
    Sourcezone
    235
    Driftzone
    236
    Sourceelektrode
    237
    Isolationsschicht
    24
    Leiterbahn
    241, 242
    Kondensatorelektrode
    243
    Kondensatorelektrode
    244
    Dielektrikum
    25
    Trench-Leitungsverbindung
    300
    Ätzmaske
    31-33
    Leiterbahnen
    400
    Halbleiterkörper
    41, 42
    Vias
    41, 45
    Anschlusskontakte
    410, 420
    Verdrahtungsschichten
    411, 412, 413
    Leiterbahnen
    421
    Überbrückung
    431, 432
    Isolationsschichten
    441, 442
    Vias
    51
    Sourcezone
    52
    Bodyzone
    54
    Drainzone
    55
    Gateelektrode
    56
    Gateisolationsschicht
    57
    Isolationsschicht
    62
    Bodyzone
    63
    Driftzone
    64A
    Gateelektrode
    64B
    Feldplatte
    64C
    Elektrode
    65
    Gateisolationsschicht
    66, 67
    Feldelektroden
    68
    Isolationsschicht
    71
    Sourceelektrode
    80
    Temperatursensor
    81, 82
    Bauelementzonen des Temperatursensors

Claims (14)

  1. Halbleiterbauelementanordnung mit einem Halbleiterkörper (100), der eine erste Seite (101) und eine der ersten Seite (101) gegenüberliegende zweite Seite (102) aufweist, einer in dem Halbleiterkörper (100) integrierten Trench-Transistorstruktur (60), die wenigstens einen Graben und in dem wenigstens einen Graben wenigstens eine Gateelektrode (64) aufweist, einer in wenigstens einem weiteren Graben (11) angeordneten Trench-Leitungsverbindung (21), die wenigstens abschnittsweise eine gleiche geometrische Struktur wie die wenigstens eine Gateelektrode (64) aufweist, und wenigstens zwei in dem Halbleiterkörper (100) oder auf dem Halbleiterkörper (100) angeordneten Anschlusskontakten (41, 42), die jeweils an die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) angeschlossen sind und die durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) mittels einer Isolationsschicht (12) gegenüber dem Halbleiterkörper (100) isoliert ist und wobei die Trench-Leitungsverbindung aus einem dotierten polykristallinen Halbleitermaterial, aus einer Halbleiter-Metall-Verbindung oder aus einem Metall besteht.
  2. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterbauelementanordnung zwei sich kreuzende Gräben aufweist, in denen jeweils wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (22, 23) angeordnet ist, wobei die Trench-Leitungsverbindungen in den zwei sich kreuzenden Gräben wenigstens in einem Kreuzungsbereich der Gräben an unterschiedlichen Positionen in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers (100) angeordnet sind.
  3. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Isolationsschicht (12) einen Schichtstapel mit wenigstens zwei Schichten aus einem Isolationsmaterial umfasst.
  4. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der in dem wenigstens einen weiteren Graben (11) wenigstens zwei Trench-Leitungsverbindungen (21-24) angeordnet sind.
  5. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 4, bei der die wenigstens zwei Trench-Leitungsverbindungen (21-24) in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zueinander angeordnet sind.
  6. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 4, bei der die wenigstens zwei Trench-Leitungsverbindungen in einer horizontalen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zueinander angeordnet sind.
  7. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der eine Trench-Leitungsverbindung (21) in einem der sich kreuzenden Gräben in einem Kreuzungsbereich der Gräben an eine Trench-Leitungsverbindung (24) in dem anderen der sich kreuzenden Gräben elektrisch leitend angeschlossen ist.
  8. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Trench-Transistorstruktur (60) weiterhin eine Sourcezone (61) und eine Drainzone (69) aufweist und bei der die Sourcezone (61), die Drainzone (69) oder die Gateelektrode (64) durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) kontaktiert ist.
  9. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die weiterhin einen in dem Halbleiterkörper integrierten Temperatursensor aufweist, wobei der Temperatursensor durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung (21-24) kontaktiert ist.
  10. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 9, bei der der Temperatursensor einen ersten und zweiten Anschluss aufweist, wobei die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung eine erste und eine zweite Trench-Leitungsverbindung aufweist, und wobei der erste Anschluss durch die erste Trench-Leitungsverbindung und der zweite Anschluss durch die zweite Trench-Leitungsverbindung kontaktiert ist, die übereinander in einem gemeinsamen Graben angeordnet sind.
  11. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem oberhalb der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) eine Verdrahtungsebene vorhanden ist, in der wenigstens zwei Leiterbahnen vorhanden sind, die jeweils einen der Anschlusskontakte aufweisen.
  12. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in dem Halbleiterkörper (100) weiterhin eine Diode integriert ist, die eine Anodenzone und eine Kathodenzone aufweist und bei der wenigstens eine von der Anodenzone und der Kathodenzone durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung kontaktiert ist.
  13. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in oder auf dem Halbleiterkörper (100) ein Widerstandselement angeordnet ist, das einen ersten und einen zweiten Anschluss aufweist, wobei wenigstens einer dieser Anschlüsse durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung kontaktiert ist.
  14. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der in oder auf dem Halbleiterkörper (100) eine Zenerdiodenkette mit wenigstens zwei Zenerdioden sowie einem ersten und zweiten Anschluss und wenigstens einem Zwischenabgriff angeordnet ist, wobei wenigstens einer Anschlüsse durch die wenigstens eine Trench-Leitungsverbindung kontaktiert ist.
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