DE102007063842B3

DE102007063842B3 - Verankerungsstruktur

Info

Publication number: DE102007063842B3
Application number: DE102007063842.8A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Zelsacher; Uwe Schmalzbauer; Dr.rer.nat. Zundel Markus
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-04-30
Filing date: 2007-04-30
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2027-05-01

Abstract

Verankerungsstruktur (200) für eine Metallstruktur (210) eines Halbleiterbauelements auf einem Halbleitersubstrat,
mit folgenden Merkmalen:
einer Verankerungsausnehmungsstruktur (220) mit wenigstens einer überhängenden Seitenwand (230) unterhalb einer Oberfläche des Halbleitersubstrats,
wobei die Metallstruktur (210) wenigstens teilweise in der Verankerungsausnehmungsstruktur (220) derart angeordnet ist, dass ein Volumenanteil von mehr als 20% der Metallstruktur (210) in die Verankerungsausnehmungsstruktur (220) hineinversenkt ist und die Metallstruktur (210) die Verankerungsausnehmungsstruktur (220) bis zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausfüllt,
wobei die Verankerungsausnehmungsstruktur (220) eine Verankerungsgrabenstruktur ist;
wobei es sich bei der die Metallstruktur (440) um einen Teil einer Gaterunner-Struktur handelt, die im äußeren Bereich des Halbleiterbauelements entlang läuft und zur Kontaktierung einer Kontaktstruktur (320) im Bereich des Bodens der Verankerungsgrabenstruktur dient;
wobei die elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (320) zumindest ein Gate eines Transistors umfasst.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verankerungsstruktur, wie sie beispielsweise im Bereich halbleitender Bauelemente, beispielsweise bei (vertikalen) Transistoren, eingesetzt werden können.
Bei der Entwicklung neuer Generationen von Halbleiterbauelementen, beispielsweise vertikalen Leistungstransistoren oder DMOS-Leistungstransistoren (DMOS = double diffused metal oxide semiconductor = doppelt diffundierte Metalloxid-Halbleiter), ist ein wichtiges Ziel, die Bereitstellung von höchster Qualität und Zuverlässigkeit der Bauteile. Neueste Generationen von Transistoren werden daher härtesten Zuverlässigkeitstest (ZUV-Tests) unterzogen, bevor sie ausgeliefert werden. Ein wichtiger Test ist dabei der zyklische Temperatur-Durchlauftest, der auch als TemperatureCycling (TC) bezeichnet wird. Bei ihm wird das Zusammenspiel des Chips bzw. des Dies, welches überwiegend aus Halbleitermaterial, Isolatoren und Metallen hergestellt ist, und dem Gehäuse, das überwiegend aus Kunststoffen hergestellt ist, getestet. Insbesondere wird im Fall dieses Tests das Verhalten des fertigen Bauelements nach dem Vergießen bzw. nach dem Packaging-Prozess im Hinblick auf das Verhalten der häufig verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem halbleitenden Material des Chips und der Pressmasse, die im Rahmen des Packaging-Prozesses eingesetzt wird, untersucht.
Durch diese verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten sind häufig Randregionen eines Chips einer besonderen Belastung während des zyklischen Temperaturdurchlaufs unterworfen, der auch als TC-Stress bezeichnet wird. Gerade in diesen von dem TC-Stress belasteten Regionen kann es zu verschiedenen Ausfallbildern kommen, die für die eigentlichen Bauelemente ein erhöhtes Zuverlässigkeits-Risiko darstellen können.
Gerade im Chiprandbereich gilt es, solche Risiken möglichst zu vermeiden. Bei sehr vielen Bauelementen sind gerade im Randbereich des Chips metallische Strukturen angeordnet, die beispielsweise zur Kontaktierung von funktionalen Strukturen des Bauelements implementiert sind. Im Falle (vertikaler) Transistoren treten beispielsweise Probleme hinsichtlich der Zuverlässigkeit im Bereich der so genannten Gaterunner-Struktur auf, die häufig im Bereich des Chiprandes verläuft und zur Kontaktierung der Gate-Elektroden der vertikalen Transistoren dient. Im Falle des Beispiels einer Gaterunner-Struktur kann es so beispielsweise dazu kommen, dass sich die Gaterunner-Metallbahn im schlimmsten Falle an vielen Stellen komplett von der Chipoberfläche löst und abhebt. Dieser Effekt wird auch als „Lifted Metal Lines” bezeichnet.
Darüber hinaus kann es auch dazu kommen, dass die betreffende Metallstruktur, also beispielsweise die Gaterunner-Metallbahn, zwar noch in Haftung mit der Chipoberfläche bleibt, jedoch durch die TC-Belastung so stark hin und her geschoben wurde, dass sie am Ende eines entsprechenden TC-Tests an einigen Stellen merklich von ihrer ursprünglichen Position weg verschoben ist. Dieser Effekt wird auch als „Shifted Metal Line” bezeichnet.
Solche verschobenen Metallstrukturen bzw. Shifted Metal Lines sind häufig auch in der Querschnittsform deutlich verändert. So weisen sie zu Beginn des Tests näherungsweise eine symmetrische Trapezform auf, während häufig am Ende eines solchen Tests ein sehr stark geschertes Trapez beobachtet werden kann.
Aufgrund solcher Zuverlässigkeits-Risiken, wie sie beispielsweise je nach Applikation des späteren Bauelements bereits durchaus aufgrund der in dem betreffenden Bauelement erzeugten Wärme auftreten können, kann so zu einem Totalausfall des Bauelements führen, da einzelne funktionale Bereiche des Bauelements nicht mehr oder nicht mehr vollständig angeschlossen sind. Kommt es beispielsweise im Fall eines (vertikalen) Transistors zu einem Ablösen bzw. zu einem Verschieben der Gaterunner-Struktur können einige Zellen im Bereich des Zellenfeldes des betreffenden Bauelementes, das die eigentlichen Transistorstrukturen umfasst, nicht mehr angesteuert werden, so dass sich die elektrischen Kennzahlen des vertikalen Transistors im Laufe des Betriebs ändern.
Fallen so aufgrund abgehobener oder verschobener Metallstrukturen Teile des eigentlichen Zellenfeldes des vertikalen Transistors aus, kann es im weiteren Betrieb dazu kommen, dass die verbleibenden Zellen des Zellenfeldes überlastet werden, so dass letztendlich der vertikale Transistor bzw. das betreffende Bauelement während des Betriebs zerstört werden kann.
Die DE 101 96 677 B4 zeigt eine Elektrodenstruktur, bei welcher ein schwebender Bereich 23a und ein Abstützbereich 23b (welche zusammen den sogenannten „Dünnschicht-Strukturkörper” formen) mit einer Isolierschicht verbunden ist. Hierbei kann von einer Art Ineingriffnahme ausgegangen werden, da eine weitere Isolierschicht mit Hinterschneidungen angeordnet ist. Diese Isolierschicht ist auf einem Substrathauptkörper vorgesehen.
Die DE 10 2005 005 749 A1 bezieht sich auf ein Halbleiterbauteil mit oberflächenmontierbaren Außenkontakten und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Die oberflächemontierbaren Außenkontakte sind auf der Unterseite des Halbleiterbauteils auf Außenkontaktanschlussflächen angeordnet. Die Außenkontaktanschlussflächen weisen in ihrem jeweiligen Mittenbereich mindestens eine Vertiefung auf, die ein schwalbenschwanzförmiges Profil besitzt, wobei die flächige Erstreckung der Vertiefung kleiner als der maximale Querschnitt eines Außenkontaktes ist. Bei einem bevorzugten Verfahren wird die Vertiefung in dem Mittenbereich durch selektives Abscheiden von entsprechend strukturierten Metalllagen erreicht.
Die DE 102 43 961 A1 bezieht sich auf ein Metallfüllverfahren und ein Bauteil, welches aufgefüllte Bereiche aus Metall aufweist, bei dem das Einströmen und Füllen der galvanischen Lösung in Durchgangslöcher auf dem Substratdurch das Eintauchen des Substrats in das erhitzte und geschmolzene Metall erfolgt. Die aufgefüllten Bereiche aus Metall, werden so gebildet, dass zunächst in einem vorausgehenden Schritt eine metallische Schicht auf der Innenwandung sowohl an einem Ende des Durchgangslochs im Substrat wie auch auf der Substratoberseite um diese Öffnung herum ausgebildet wird. Dann erfolgt das Herausnehmen des Substrats aus dem Galvanisierungsbad, nach dem das Einströmen und Auffüllen der galvanischen Lösung in die Durchgangslöcher abgeschlossen ist, sowie eine anschließende Kühlung, um die galvanische Lösung, die in die Durchgangslöcher gefüllt wurde, erstarren zu lassen.
Die DE 101 03 966 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung das die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen eines Halbleiterchips, der eine Anschlußflächen-Befestigungsfläche mit einer Kontaktierungsanschlußfläche aufweist, Bilden einer isolierenden Isolationsschicht auf der Anschlußflächen-Befestigungsfläche und Bilden eines leitenden Körpers in der isolierenden Isolationsschicht. Die Isolationsschicht weist einen Kontaktaufnahmehohlraum und ein Zugangsloch zum Zugang zum Kontaktaufnahmehohlraum auf. Das Zugangsloch ist enger als der Kontaktaufnahmehohlraum. Der leitende Körper weist einen Verankerungsabschnitt auf, der den Kontaktaufnahmehohlraum und das Zugangsloch füllt und elektrisch mit der Kontaktierungsanschlußfläche verbindet.
Die JP S 63-237 552 A zeigt ein Halbleiterbauelement ohne überhängende Seitenwand.
Die DE 198 43 959 A1 zeigt ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, welcher mit einem Substrat vergleichbar ist. Innerhalb oder unterhalb einer Oberfläche des Halbleiterkörpers ist weder eine überhängende Seitenwand noch eine Metallisierung vorgesehen.
Zusammenfassung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verankerungsstruktur zu schaffen, die obige Probleme verbessert.
Diese Aufgabe wird durch eine Verankerungsstruktur gemäß Anspruch 1 gelöst.
Kurzbeschreibung der Figuren
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
1a und b illustrieren den Begriff der Topologiekante und der topologiebildenden Kante;
2 illustriert einen Querschnitt durch ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
3 illustriert einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
4 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
5a und b zeigen eine Draufsicht und einen Querschnitt eines Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur;
6 illustriert eine Aufsicht auf einen Chip;
7a und b zeigen eine Aufsicht und einen Querschnitt durch ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur am Beispiel von Kontaktlöchern;
8a und b zeigen eine Aufsicht auf und einen Querschnitt durch ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur;
9 zeigt eine Aufsicht auf ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur;
10 zeigt eine Aufsicht auf ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur;
11a und b zeigt jeweils einen Querschnitt durch das in 10 gezeigte Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur;
12 zeigt einen Querschnitt durch ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
13 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
14 zeigt einen Querschnitt durch ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
15 zeigt einen Querschnitt durch ein weiteres Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur;
16a und b zeigen jeweils einen Querschnitt durch einen Leiterschichtstruktur mit einer Metallschicht; und
17 zeigt einen Querschnitt durch ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1–17 zeigen Vergleichsbeispiele von Verkrallungsstrukturen und Verankerungsstrukturen sowie Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Verankerungsstrukturen, sowie Figuren zur Illustration und Erläuterung der betreffenden Beispiele. Bevor jedoch im Zusammenhang mit den 2–17 diese Verankerungsstrukturen und Verkrallungsstrukturen näher betrachtet und erläutert werden sollen, werden im Zusammenhang mit den a 1a und b zunächst die Begriffe der „Topologiekante” und der „topologiebildenden Kante” sowie die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendeten Darstellungen näher erläutert.
1a zeigt so einen Querschnitt durch eine Schichtstruktur 100, während 1b die entsprechende Draufsicht auf das Bauelement darstellt. Hierbei zeigt 1a den Querschnitt durch das Bauelement entlang der Linie A-A', wie dies durch den Pfeil 110 in 1a illustriert ist. In 1b, die die Aufsicht auf das betreffende Bauelement bzw. die betreffende Schichtstruktur 100 zeigt, ist ebenfalls der Pfeil 110 dargestellt, der die Richtung des in 1a gezeigten Querschnitts darstellt.
Die Schichtstruktur 100, wie sie in 1a dargestellt ist, ist auf einem Substrat 120 aufgebracht und umfasst eine erste Schicht 130, die direkt auf dem Substrat 120 abgeschieden ist bzw. auf diesem angeordnet ist. Auf der ersten Schicht 130 ist eine zweite Schicht 140 angeordnet, die auf der ersten Schicht 130 konform abgeschieden wurde. Wiederum auf der zweiten Schicht 140 ist eine dritte Schicht 150 aufgebracht, die im Unterschied zu den darunter liegenden Schichten 130, 140 eine planarisierte Oberfläche aufweist.
Die erste Schicht 130 weist hierbei im Bereich der Mitte des in 1a dargestellten Querschnitts eine Ausnehmung 160 auf, so dass die erste Schicht 130 in diesem Bereich unterbrochen ist. Als Folge bilden sich zwei topologiebildende Kanten 170-1 und 170-2 aus, die ebenfalls in 1b im Bereich der räumlichen Anordnung der Schichtstruktur 100 auf dem Substrat 120 dargestellt sind.
Da, wie zuvor erläutert wurde, bei der in der 1a und 1b gezeigten Struktur die zweite Schicht 140 konform auf der ersten Schicht 130 abgeschieden ist, so dass im Wesentlichen die Dicke der zweiten Schicht 140 bis auf den Bereich im direkten Umfeld der topologiebildenden Kanten 170 bezogen auf die Fläche der Schichtstruktur 100 im Rahmen der technischen Gegebenheiten konstant ist. Dies bedeutet, dass die Ausnehmung 160 in der ersten Schicht 130 in Form einer Ausnehmung 180 ebenfalls überträgt, wobei die beiden topologiebildenden Kanten 170-1, 170-2 zu zwei Topologiekanten 190-1 und 190-2 in der zweiten Schicht 140 führen.
Für die dritte Schicht 150, die nach der zweiten Schicht 140 im Fall der in 1a und 1b gezeigten Schichtstruktur 100 aufgebracht ist, stellen somit die durch die beiden topologiebildenden Kanten 170-1, 170-2 in der ersten Schicht 130 verursachten Topologiekanten 190-1, 190-2 in der zweiten Schicht 140 dar, die zu der bereits geschilderten Ausnehmung 180 führen. In die Ausnehmung 180 dingt dann das Material der dritten Schicht 150 ein. Das Material der dritten Schicht kann hierbei beispielsweise mit im Rahmen der üblichen Abscheidungsverfahren und Herstellungsverfahren der Dünnschichttechnologie aufgefüllt werden. Somit stellen für die dritte Schicht 150, bei der es sich beispielsweise um eine Metallschicht handeln kann, die Topologiekanten 190-1, 190-2 tatsächlich die Topologie beeinflussende Kanten dar, die durch die topologiebildenden Kanten 170-1, 170-2 in der darunter liegenden ersten Schicht 130 hervorgerufen werden.
Selbstverständlich sollte in diesem Zusammenhang angemerkt werden, dass die beiden topologiebildenden Kanten 170-1, 170-2 der ersten Schicht 130 für die zweite Schicht 140 ebenfalls Topologiekanten darstellen. Die Bezeichnungen der „topologiebildenden Kanten” und der „Topologiekante” beziehen sich hierbei auf in der obigen Beschreibung auf die dritte Schicht 150. Allgemein gesprochen sind sie also typischerweise bezogen auf eine bestimmte Schicht zu verstehen. 1b zeigt hierbei die Lage der Topologiekanten 190-1, 190-2 im Verhältnis zu den beiden topologiebildenden Kanten 170-1, 170-2, die die Ausnehmung 160 begrenzen, in einer nicht maßstäblichen Darstellung.
Die 1a und 1b illustrieren somit insbesondere, dass beispielsweise im Fall einer konformen Abscheidung topologiebildende Kanten 190 auch in ansonsten in dem betreffenden Bereich nicht-strukturierten Schichten auftreten können, wie dies 1a im Falle der zweiten Schicht 140 zeigt. Die Topologiekanten 190 der zweiten Schicht 140 sind hierbei eine Folge der konformen Abscheidung der zweiten Schicht und der in der darunter liegenden ersten Schicht 130 bereits vorhandenen topologiebildenden Kanten 170.
Wird andererseits, wie dies in 1a im Falle der dritten Schicht 150 zeigt, die Oberfläche einer entsprechenden Schicht planarisiert, so wirken darunter liegende topologiebildende Kanten für darüber liegende Schichten nicht mehr als topologiebildende Kanten oder als Topologiekanten. In dem Fall der in 1a gezeigten Schichtstruktur 100 bedeutet dies beispielsweise, dass für eine Schicht, die auf die dritte Schicht 150 mit ihrer planarisierten Oberfläche abgeschieden würde, die beiden Topologiekanten 190-1, 190-2 nicht mehr als topologiebildende Kanten wirken würden, da aufgrund der Planarisierung der dritten Schicht 150 ihre gegebenenfalls durch eine konforme Abscheidung oder eine andere topologieerhaltende Abscheidung vorhandene Struktur planarisiert bzw. eingeebnet wurde.
Im Rahmen einer Strukturierung, wie sie beispielsweise zur Herstellung des in 1a und 1b gezeigten Schichtstruktur 100 herangezogen werden können, zählen nicht zuletzt die Standardverfahren der Halbleiter- und Dünnschichttechnologie. So können die Schichten 130, 140, 150 beispielsweise durch ein thermisches Verdampfen, ein Elektronenstrahlverdampfen, einen Sputterprozess oder durch andere physikalische und/oder chemische Abscheidungsverfahren erzeugt werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, gegebenenfalls entsprechende Strukturen auch im Rahmen von Aufschleuderprozessen (Spin-Coating) herzustellen. Je nach verwendetem Material und/oder verwendeter Prozesstechnologie können hierbei die betreffenden Schichten konform bzw. topologieerhaltend oder nicht-konform bzw. nicht-topologieerhaltend erfolgen. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch Mischformen möglich, die zu einer teilweisen Einebnung vorhandener Strukturen führen. Dies kann beispielsweise durch die verwendete Menge des abzuscheidenden Materials, also durch die anvisierte Schichtdicke beeinflusst werden.
Zur Strukturierung können die üblichen Dünnschicht- oder Halbleiterverfahren eingesetzt werden, die beispielsweise eine photolithographische Strukturierung und entsprechende nasschemische, physikalische oder reaktive Ätzverfahren umfassen. Beispiele stellen so das Eintauchen einer entsprechend strukturierten und entwickelten Probe in eine Säure, Base oder andere reaktive Chemikalie dar. Ebenso können physikalische Ätzverfahren (z. B. Ionenstrahlätzen (IBE = ion beam etching)) oder chemisch unterstützte physikalische Ätzverfahren (z. B. reaktives Ionenätzen (RIE = reactive ion etching)) verwendet werden. Darüber hinaus können zur Planarisierung von Schichten beispielsweise entsprechende Rückätzschritte oder auch Polierverfahren bzw. Lap-Verfahren realisiert werden. Ein Beispiel stellt so das chemisch-mechanische Polieren (CMP = chemical-mechanical polishing) dar.
Wie bereits zuvor angedeutet wurde, kann es sich bei der dritten Schicht 150 beispielsweise um eine Metallschicht handeln. Typischerweise werden für solche Metallschichten Gold, Silber, Aluminium, Kupfer, Wolfram, Chrom, Titan, Platin oder Palladium verwendet. Bei den beiden anderen Schichten 130, 140 kann es sich beispielsweise um isolierende Schichten aus einem Oxid oder Nitrid oder aus (dotierten) Halbleiterschichten, etwa einer Schicht aus Poly-Silizium handeln.
Bevor die ersten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher beschrieben und erläutert werden, sollte darauf hingewiesen werden, dass im Rahmen der vorliegenden Anmeldung Objekte, Strukturen und Komponenten mit den gleichen oder ähnlichen funktionalen und/oder strukturellen Merkmalen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Sofern dies nicht explizit anderweitig vermerkt ist, können in diesem Fall Beschreibungspassagen, die sich auf Objekte, Strukturen und Komponenten mit ähnlichen oder gleichen funktionalen Eigenschaften und Merkmalen beziehen, untereinander ausgetauscht werden. Darüber hinaus werden im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung zusammenfassende Bezugszeichen für Objekte, Strukturen und Komponenten verwendet, die identisch oder in ähnlicher Art und Weise in einem Ausführungsbeispiel oder in Strukturen in mehr als einer Figur auftreten. So ist bereits in der oben geschilderten Schichtstruktur 100 das zusammenfassende Bezugszeichen 170 für die beiden topologiebildenden Komponenten 170-1 und 170-2 verwendet worden. Ebenso ist für die beiden Topologiekanten 190-1, 190-2 das zusammenfassende Bezugszeichen 190 verwendet worden. Die Verwendung zusammenfassender Bezugszeichen ermöglicht daher eine kompaktere, flüssigere und klarere Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein erstes Vergleichsbeispiel für eine Verankerungsstruktur 200, die eine Metallstruktur 210 aufweist, die in einer Verankerungsausnehmungsstruktur 220 mit wenigstens einer überhängenden Seitenwand eingreift bzw. eintaucht. Die Verankerungsausnehmungsstruktur 220 kann hierbei beispielsweise in einem Substratmaterial, also beispielsweise Silizium oder einem anderen Halbleitersubstrat, aber auch in einer Schicht oder einer Kombination aus beidem erzeugt werden. Je nach verwendetem Material für die Schicht bzw. die Struktur bzw. das Substrat, in dem die Verankerungsausnehmungsstruktur 220 erzeugt werden soll, können unterschiedliche Herstellungsverfahren, die im Weiteren beleuchtet werden sollen, herangezogen werden. So kommen als mögliche Materialien für entsprechende Schichten halbleitende Schichten, also etwa epitaktische Siliziumschichten oder polymorphe Siliziumschichten (Poly-Si oder Poly-Silizium), Isolatorschichten (Oxidschichten, Nitridschichten) oder andere, beispielsweise organische Schichten (Polyimidschichten, Polyamidschichten, PMMA-Schichten etc.) in Fragen.
Die in 2 gezeigte Verankerungsstruktur 200 weist neben der überhängenden Seitenwand 230 an der dieser gegenüberliegenden Seitenwand eine im Wesentlich senkrecht verlaufende Seitenwand 240 auf. Selbstverständlich kann optional die Seitenwand 240 ebenso gegen eine überhängende Seitenwand 230' in einem weiteren Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 ausgetauscht werden. Unabhängig davon, ob die Verankerungsausnehmungsstruktur 220 eine oder mehr überhängende Seitenwände 230 aufweist, verankern diese Seitenwände 230 die in der Verankerungsausnehmungsstruktur 220 angeordneten Metallstrukturen 210 jedoch derart, dass diese sich kaum bzw. überhaupt nicht aufgrund einer Einflussnahme auf das betreffende Bauelement abheben und/oder verschieben können.
Anders ausgedrückt, kommt es dadurch, dass die Metallstruktur wenigstens teilweise in der Verankerungsausnehmungsstruktur mit ihrer wenigstens einen überhängenden Seitenwand 230 angeordnet ist, dazu, dass die Metallstruktur 210 als ganzes im wahrsten Sinne des Wortes mit der umgebenden Struktur, in der die Verankerungsausnehmungsstruktur 220 erzeugt ist, verankert wird. Belastungs-induzierte bzw. stress-induzierte Tendenzen, die zu einer Verschiebung der Metallstruktur 210 führen könnten, werden daher gezielt unterbunden, so dass den die Qualität beeinträchtigenden Tendenzen, die beispielsweise im Rahmen eines TC-Zyklus (TC = temperature cycling = Temperaturdurchlauf) auftreten, gezielt entgegengewirkt wird.
Somit kann durch eine Implementierung eines Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 200 die Betriebssicherheit eines Bauelements signifikant gesteigert werden, ohne dass zusätzliche kostenintensive Maßnahmen ergriffen werden müssen. Vergleichsbeispiele einer solchen Verankerungsstruktur 200 ermöglichen daher eine kostengünstige und im Allgemeinen leicht zu implementierende Möglichkeit, die Betriebssicherheit im Hinblick auf die Zuverlässigkeit der Bauelemente zu steigern.
Anders ausgedrückt, kann durch Einführung von Vergleichsbeispielen von Verankerungsstrukturen 200 eine signifikante Verbesserung bezüglich des TC-Verhaltens von Metallgebieten 210 bzw. Metallstrukturen 210 in einer weitgehend kostenneutralen Art und Weise realisiert werden. Vergleichsbeispiele von solchen Verankerungsstrukturen 200 können beispielsweise im Rahmen von Technologien, die ohnehin bereits Trenches bzw. Gräben im Rahmen des Prozessflows (Prozessablauf) verwenden, eingesetzt werden. Handelt es sich beispielsweise um vertikale Transistoren, die ein Zellenfeld mit entsprechenden Gräben aufweisen, können im selben Prozessschritt, in dem die Zellenfeldtrenches bzw. Zellenfeldgräben erzeugt werden, beispielsweise ein oder mehrere sehr breite Gräben unterhalb der zu verankernden Metallstrukturen 210 hergestellte werden. Diese Gräben bzw. Ausnehmungen werden daher auch als Verankerungstrenches bzw. Verankerungsausnehmungsstrukturen 220 bezeichnet.
Entsprechende Maßnahmen können im Höchstmaße kosteneffizient umgesetzt werden, da dazu im Wesentlichen nur das Layout des fertigen Bauelements unterhalb der Metallstrukturen 210 angepasst werden muss. Genauer gesagt ist es möglich, einen Graben (Trench) der als Verankerungsausnehmungsstruktur 220 dienen soll, in der für die jeweilige Technologie passenden Trenchbreite (Grabenbreite) in das Layout unterhalb der betreffenden Metallstrukturen 210 einzuführen. Handelt es sich beispielsweise um vertikale Hochleistungs-Transistoren, kann je nach angestrebter Spannungsklasse abgesehen von einer Tiefe der Verankerungsausnehmungsstruktur, die in der einfachsten Art und Weise durch die in dem Zellenfeld angestrebte Trenchtiefe bzw. Grabentiefe bestimmt ist, auch die Breite der betreffenden Verankerungstrenches bzw. Verankerungsausnehmungsstrukturen 220 bestimmt werden.
Anders ausgedrückt kann abgesehen von der Zieltiefe, die sich beispielsweise im einfachsten Beispiel durch die Trenchtiefe in dem eigentlichen Zellenfeld des vertikalen Transistors bzw. dessen Bauelement ergibt, noch zusätzlich über die im Layout des betreffenden Bauelements festgehaltene Breite der Verankerungsausnehmungsstruktur 220 (Trenchbreite) die genaue Geometrie der Verankerungsausnehmungsstruktur 220 modifiziert werden. Bei hier häufig verwendeten, etwa 5 μm dicken Schichtdicken für eine Power-Metallisierung als Metallstruktur 210, liegt die anvisierte Tiefe der Gräben der Verankerungsstruktur 200 daher etwa im Bereich zwischen 3 μm und 7 μm. Selbstverständlich besteht ebenso die Möglichkeit, dass die Verankerungsausnehmungsstrukturen 220 in getrennten Prozessschritten realisiert bzw. hergestellt werden.
Wie diese Erörterung bereits gezeigt hat, hängen die möglichen verfahrenstechnischen Einzelheiten in höchstem Maße davon ab, in welchen Prozess ein Herstellungsverfahren für ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 implementiert bzw. integriert werden soll. Bevor daher weitere Möglichkeiten zur Erzeugung einer entsprechenden überhängenden Seitenwand 230 einer Verankerungsausnehmungsstruktur 220 erläutert werden soll, werden zunächst anhand der 3 und 4 zwei Ausführungsbeispiele einer Verankerungsstruktur 200 im Falle eines so genannten Gaterunners als metallische Struktur zur Kontaktierung der Gate-Elektroden von Feldeffekttransistoren erläutert.
3 zeigt so einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 im Falle eines vertikalen Feldeffekttransistors, der eine Mehrzahl von Gräben aufweist, von denen im linken Abschnitt von 3 der erste Graben 250 gezeigt ist. Das Bauelement in Form des vertikalen Feldeffekttransistors ist hierbei auf Basis eines monokristallinen Silizium-Substrats gefertigt, auf das anschließend ein epitaktisches Siliziumgebiet 260 aufgebracht wurde, in das der Graben 250 strukturiert wurde. Das epitaktische Siliziumgebiet stellt hier für das eigentliche Bauelement und das Ausführungsbeispiel der Verankerungsstruktur 200 eine Trägerschichtstruktur dar. Der Graben 250 ist mit einer Isolationsschicht 270 ausgekleidet, auf die eine untere Elektrode 280 aus Poly-Silizium (Poly-Si) abgeschieden ist. Oberhalb der unteren Elektrode 280 ist eine obere Elektrode 290 innerhalb des Grabens 250 angeordnet, die ebenfalls aus Poly-Silizium gefertigt sein kann und durch eine dünne Isolationsschicht 300 von der unteren Elektrode 280 elektrisch isoliert ist.
Hierbei ist die Isolationsschicht 270 auf Höhe der oberen Elektrode 290 im linken Bereich des ersten Grabens 250 dünner ausgeführt als in dem darunter liegenden Bodenbereich des ersten Grabens 250. Aufgrund dieser Verjüngung der Isolationsschicht 270 kann über die obere Elektrode 290, bei der es sich um eine Gate-Elektrode des vertikalen Transistors handelt, durch eine geringere Steuerspannung bzw. Gate-Spannung die charakteristischen Eigenschaften des leitfähigen Kanals, der sich in diesem Bereich zwischen den Gräben ausbildet, beeinflusst werden. Da die obere Elektrode 290 somit auch als Gate-Elektrode fungiert, ist sie in 3 auch mit dem Buchstaben „G” bezeichnet.
Im Unterschied hierzu wird mit dem in 3 gezeigten Design eines vertikalen Transistors die untere Elektrode 280 auf das Source-Potential gelegt, weshalb die untere Elektrode 280 in 3 auch mit „S” bezeichnet ist. Die untere Elektrode 280 wird auch als Feldplatte bezeichnet, da diese das elektrostatische Feld in dem Bereich zwischen den Gräben beeinflusst.
Neben dem ersten Graben 250, der den Rand des Zellenfeldes des betreffenden Bauelements darstellt, weist das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 einen Verankerungsgraben 310 bzw. Graben 310 auf, der ebenfalls in dem epitaktischen Gebiet 260 oberhalb des monokristallinen Silizium-Substrats angeordnet ist. Ebenso wie der erste Graben 250, ist auch der Verankerungsgraben 310 mit einer Isolierschicht 270 ausgekleidet, die die darüber liegenden Schichten von dem epitaktischen Gebiet 260 elektrisch isoliert. Darüber hinaus sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass die Isolationsschicht 270 sich ebenfalls in dem Bereich zwischen dem Verankerungsgraben 310 und dem ersten Graben 250 sowie auf der dem ersten Graben 250 abgewandten Seite des Verankerungsgrabens 310 erstreckt und ebenso dort eine elektrische Isolation der darüber liegenden Schichten von dem epitaktischen Gebiet 260 sicherstellt.
Innerhalb des Verankerungsgrabens 310 ist oberhalb der Isolationsschicht 270 eine Zuleitungsstruktur 320 angeordnet, die sich auf einem Boden des Verankerungsgrabens 310 über dessen Seitenwände bis hin in den Bereich außerhalb des Verankerungsgrabens 310 erstreckt. Die Zuleitungsstruktur 320 ist typischerweise ebenfalls aus Poly-Silizium ausgeführt und kontaktiert die obere Elektrode 290 in den Gräben (auch in dem ersten Graben 250) über einen außerhalb der in 3 gezeigten Schnittebene verlaufende Struktur. Um dies zu kennzeichnen, ist die Zuleitungsstruktur 320 in 3 auch mit dem Buchstaben „G” gekennzeichnet und wird häufig auch als „Poly-G” oder als „Poly-Gate” bezeichnet. Anders ausgedrückt, kontaktiert das Poly-Gate 320 die obere Elektrode 290 in den Gräben, zu dem auch der erste Graben 250 zählt, über eine meist aus Poly-Silizium gefertigte Struktur, die sich außerhalb der in 3 gezeigten Schnittebene durch das Bauelement erstreckt.
Innerhalb des Verankerungsgrabens 310 sowie an dessen Seitenwänden ist das Poly-G 320 von einem Zwischenoxid 330 bedeckt, das in 3 auch als „ZWOX” bezeichnet ist. Das Zwischenoxid 330 erstreckt sich darüber hinaus ebenfalls in dem Bereich, indem sich bezogen auf dem in 3 gezeigten Querschnitt das Poly-G 320 nicht erstreckt. So bedeckt das Zwischenoxid 330 unter anderem auch die obere Elektrode 290 in dem ersten Graben 250, die als Gate-Elektrode dient.
Das Zwischenoxid 330 weist nun im Bereich des Bodens des Verankerungsgrabens 310 ein Kontaktloch 340 auf, über das das Poly-G 320 mit der Metallstruktur 210 des Ausführungsbeispiels der Verankerungsstruktur 200 in direktem, elektrisch leitfähigem Kontakt steht. Wie bereits zuvor angedeutet wurde, handelt es sich bei der Metallstruktur 210 hier um einen Teil der so genannten Gaterunner-Struktur, die im äußeren Bereich des Chips entlang läuft und zur Kontaktierung der Zuleitungsstrukturen bzw. des Poly-G 320 dient. Die genaue Struktur, wie ein Gaterunner geführt sein kann, wird im Zusammenhang mit 6 näher erläutert.
Die Metallstruktur 210 des Ausführungsbeispiels der Verankerungsstruktur 200 ist hierbei im Inneren des Verankerungsgrabens 310 angeordnet. Die Verankerungsausnehmungsstruktur 220 wird in diesem Fall durch eine Ausnehmung in der Zwischenoxidschicht 330 gebildet. So weisen bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel die Seitenwände 230 der durch das Zwischenoxid 330 gebildeten Verankerungsausnehmungsstruktur 220 ein überhängendes Profil aus, wie dies durch die in 3 gestrichelt gezeigten Linien 350 auch verdeutlicht wird. Darüber hinaus kommt es aufgrund der in 3 gezeigten Topologie zu einer leicht durchhängenden Oberfläche der Metallstruktur 210, die die verankernde Wirkung des Ausführungsbeispiels der Verankerungsstruktur 200 darüber hinaus unterstützt.
So wird bei der in 3 gezeigten Verankerungsstruktur 200 die Metallbahn 210 mit einem wesentlichen Volumenanteil unterhalb der Silizium-Oberfläche (Si-Oberfläche) gebildet, die durch einen Pfeil 360 markiert ist und den Beginn des epitaktischen Gebiets 260 markiert. Mit anderen Worten wird als eine mögliche Ausführung einer Form eines verankernden Querschnitts bei der in 3 gezeigten Form ein wesentlicher Anteil des Metallvolumens der Leiterbahn 210 in die Trenchstruktur bzw. den Verankerungsgraben 310 hineinversenkt und führt dort zu der beabsichtigten Verankerung. Die Metallbahn 210 ist somit nicht abhebbar bzw. abzuheben (lifted metal lines) und durch die sich ergebenden durchhängenden Formen der Metallstruktur 210 an ihrer Oberkante im Bereich oberhalb des Trechens 310 wirken die seitlich angreifenden, verschiebenden Kräfte nur teils verschiebend. Sie bewirken teilweise sogar, dass die Metallbahn 210 eher noch tiefer in den Trench 310 hineingedrückt wird. Hierbei ist für die Ausbildung der Ankerform der Metallstruktur 210 charakteristisch, dass das Zwischenoxid 330 an der Verankerungstrenchseitenwand bildet, so dass sich die überhängenden Seitenwände 230 der Verankerungsausnehmungsstruktur ergeben.
Im Gegensatz zu Metallbahnen bzw. Metallstrukturen, die sich oberhalb der Silizium-Oberfläche bzw. oberhalb der auch als Erstoxid bezeichneten Isolationsschicht 270 befindet, wodurch diese eine große seitliche Angriffsfläche die Belastungen (Stress) aus der TC-Belastung aufweisen, so dass in diesem Fall die Gefahr von versetzten oder abgehobenen Metallstrukturen (shifted/lifted metal lines) sehr hoch ist, kann diese Gefahr durch eine Verwendung eines Ausführungsbeispiels einer Verankerungsstruktur 200 signifikant verringert werden. Ausführungsbeispiele einer entsprechenden Verankerungsstruktur 200 weisen somit eine erheblich bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber TC-Belastungen auf, als solche Metallbahnen, die im Wesentlichen oberhalb der Silizium-Oberfläche liegen.
Bevor im Zusammenhang mit 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 erläutert wird, bietet es sich an anzumerken, dass die durch den Pfeil 360 markierte Oberfläche bzw. Siliziumoberfläche häufig auch als Grenzfläche zwischen Silizium und Erstoxid 270 bezeichnet wird. Darüber hinaus wird die Isolationsschicht 270 abhängig davon, welcher Bereich des Bauelements betrachtet wird, auch als Erstoxid und/oder als Gateoxid bezeichnet. Die untere Elektrode 280 in dem ersten Graben 250 und den weiteren, nicht in 3 gezeigten Gräben wird auch als Polysilizium bzw. Poly-S im Trench oder auch als Source-Feldplatte bezeichnet. Das Polysilizium 290 im Trench 250, das näher an der Oberfläche des Bauelements liegt, bildet, wie zuvor erläutert, die Gate-Elektrode.
4 zeigt ein weiters Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200, die sich sowohl bezüglich der eigentlichen Verankerungsstruktur als auch hinsichtlich der Transistorstruktur von der in 3 gezeigten Gesamtstruktur nur geringfügig unterscheidet. Aus diesem Grund wird für die Beschreibung der einzelnen Strukturen, Komponenten und Objekte auf die Beschreibung im Hinblick auf die 3 verwiesen.
Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 unterscheidet sich genauer gesagt von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen nur hinsichtlich der Breite des Verankerungsgrabens 310 und der Schichtdicke der Metallstruktur 210. So ragt die Metallstruktur 210 bzw. die Metallbahn 210 der Gaterunner-Struktur nur geringfügig über die durch die Pfeile 360 markierte Silizium-Oberfläche des Bauelements hinaus. Als Folge ergibt sich bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Verankerungsstruktur 200, dass die Metallbahn 210 mit dem größten Volumenanteil unterhalb der Silizium-Oberfläche liegt. Dadurch, dass in dieser Ausführungsform die Metallbahn 210 fast vollständig unter die Silizium-Oberfläche gelegt wurde, unterscheidet sich die Metallstruktur 210 von der in 3 gezeigten Metallstruktur 210 ferner darin, dass diese nicht die ausgeprägte Ankerform mit der durchhängenden Oberfläche aufweist, wie dies 3 im Falle der Metallstruktur 210 zeigt.
Zusammen mit den überhängenden Seitenwänden 230, die auch bei diesem Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 durch das Zwischenoxid 230 gebildet sind, können die auftretenden Kräfte im Rahmen einer TC-Belastung oder einer anderen betriebsbedingten oder testbedingten Belastung seitlich nicht mehr an die Metallbahn 210 angreifen. Darüber hinaus kann auch aufgrund der im Vergleich zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel tiefer gelegten Metallbahn 210 in Kombination mit den seitlich überhängenden Seitenwänden 230 Kräfte, die die Metallbahn 210 tendenziell abheben könnten, diese nicht mehr aus ihrer Grundposition bewegen. Die in der Querschnittsskizze aus 4 gezeigte Querschnittsform kombiniert somit die Form der überhängenden Seitenwand der Verankerungsausnehmungsstruktur 220, die zu dem ankerförmigen Querschnitt der Metallstruktur 210 führt, und die nahezu vollständige Anordnung der Metallstruktur 210 unter der Oberfläche bzw. Silizium-Oberfläche, die durch die Pfeile 360 angezeigt wird, als Kombination dar.
Wie bereits zuvor im Rahmen einer möglichen Prozessintegration zur Herstellung von Ausführungsbeispielen einer entsprechenden Verankerungsstruktur erläutert wurde, kann beispielsweise bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen einer Verankerungsstruktur 200 der Verankerungsgraben 310 in dem gleichen Prozessschritt erzeugt werden die wie eigentlichen Gräben des Zellenfeldes, zu denen unter Anderem der erste Graben 250 zählt. In diesem Fall entspricht die Zieltiefe des Verankerungsgrabens 310 etwa der der weiteren Gräben (u. a. Graben 250). Wie zuvor erwähnt wurde, und wie auch die beiden in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele deutlich illustrieren, ergibt sich aber die Möglichkeit, die Verankerungsgräben 310 mit unterschiedlichen Breiten sowohl bezüglich der eigentlichen Zellengräben als auch bezüglich verschiedenen Ausformungen der Verankerungsgräben 310 zu gestallten. So zeigt das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einen Verankerungsgraben 310, der zwar signifikant breiter als die Zellenfeldgräben (z. B. Graben 250) ist, jedoch deutlich schmaler ausfällt im Vergleich zu dem Verankerungsgraben 310 aus 4.
Nachdem also im Rahmen der Prozessintegration die Gräben des Zellenfeldes zusammen mit dem Verankerungsgraben 310 präpariert worden, wobei deren Tiefe je nach verwendeter Spannungsklasse typischerweise im Bereich zwischen 3 und 7 μm liegen, können im weiteren Prozessflow die Zellenfeldgräben bzw. Zellenfeldtrenches mit Oxiden und Polysiliziumelektroden gefüllt werden, die beispielsweise zu der unteren Elektrode 280 und der oberen Elektrode 290 führen.
Ob Abweichungen von den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen einer Verankerungsstruktur die Verankerungstrenches bzw. Verankerungsgräben 310 ebenso mit allen Feldplatten 280, 290 gefüllt werden sollen oder ob nur das jeweilige relevante Polysilizium in Form der Zuleitungsstruktur 320 eingebracht wird, kann individuell über das Layout der betreffenden Polystrukturen kostenneutral eingestellt werden. Bei den in den 3 und 4 betrachteten Ausführungsbeispielen, bei denen es sich wie zuvor erläutert um eine Gaterunner-Struktur handelt, kann es ratsam sein, ein dickeres Erstoxid im Bereich des Verankerungsgrabens 310 zu implementieren, um die über die Isolationsschicht 270 bzw. das erste Oxid 270 abfallende Gate-Drain-Spannung über eine größere Distanz abfallen zu lassen, um so letztendlich zu einer verbesserten Gate/Drain-Spannungsfestigkeit zu gelangen. Hierbei wird, wie bei der Mehrzahl der vertikalen Transistoren, das Drain-Potential an die Rückseite des Bauelements angelegt, das sich im Falle von Hochvolt-Bauelement signifikant von der Gate-Spannung und der Source-Spannung unterscheiden kann. Je nach gewählter Spannungsklasse können so zwischen Gate-Spannung und Source-Spannung Spannungen im Bereich von 10 V und darunter herrschen, während zwischen dem Drain-Anschluss auf der Rückseite des Bauelements und den Anschlüssen für das Gate-Potential und das Sourcepotential Spannungen von mehreren 10 V–100 V herrschen können.
Darüber hinaus kann es im Fall der in den 3 und 4 betrachteten Gaterunner-Struktur ferner ebenfalls ratsam sein, nicht nur ein dickeres Erstoxid im Verankerungstrench 310 zu verwenden, sondern weiterhin das Gate-Polysilizium bzw. das Poly-Gate 320 ebenfalls in dem Verankerungstrench 310 zu implementieren, um einerseits die Gate-Drain-Spannungsfestigkeit sicherzustellen und andererseits die Kontaktierung zwischen dem Gate-Polysilizium 290 in den Gräben des Zellenfeldes (Zellenfeldtrenches) und dem metallischen Gaterunner 210 herzustellen.
Bei den in den 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispielen wird im Rahmen des Prozessschrittes der Zwischenoxid-Ausbildung, der also zu dem Zwischenoxid 330 führt, dann die charakteristische Verankerungsstruktur bzw. Verankerungsausnehmungsstruktur 220 mit ihrer wenigstens einen überhängenden Seitenwand 230 hergestellt. Im Rahmen des Herstellungsprozesses wird also das Zwischenoxid 330 mit einem leichten bis mittelstarken Überhang der Seitenwände 230 an der Verankerungstrenchseitenwand erzeugt. Dies kann z. B. im Rahmen der TEOS-Abscheidung (Tetra-Ethyl-Ortho-Silikate zur Abscheidung von Siliziumdioxid SiO₂) erreicht werden. Alternativ oder ergänzend kann dies auch im Rahmen eines Prozessschrittes des Verfließens von BPSG (Bor-Phosphor-Silikat-Glas) bei einem Erhitzen über eine bestimmte, materialabhängige Schwellentemperatur (typischerweise im Bereich zwischen 700°C bis 1200°C) geschehen. Grundsätzlich ist es auch möglich, die entsprechende Zwischenoxid-Ausbildung im Rahmen einer Verwendung eines Stacks bzw. eines Stapels auf beiden Materialien im Rahmen einer Kombination zu verwenden.
Der Überhang kann alternativ oder ergänzend auch durch eine verkippte (tilted) Störstellenimplantation (damage implantation) in das Zwischenoxid 330 erreicht werden, was dazu führt, dass eine Ätzrate eines nachfolgenden Ätzschrittes erhöht oder erniedrigt werden kann, je nach verwendetem Ätzmittel etwa Flusssäure (HF = Flusssäure; HF-Etches) und gegebenenfalls weiteren prozessrelevanten Parametern. Alternativ oder ergänzend kann ein solcher Überhang auch durch eine (Störstellen-)Implantation in eine Seitenwand einer geätzten Silizium-Struktur und einem anschließenden (thermischen) Oxidationsschritt erfolgen. Je nach konkreter Ausgestaltung des Prozesses kann durch eine entsprechende (Störstellen-)Implantation beispielsweise eine Oxidationsgeschwindikeit der thermischen Oxidation in Abhängigkeit von der (Störstellen-)Implantationsdosis verändert werden, was wiederum zu entsprechenden überhängenden Seitenwänden bzw. Flanken führen kann.
Anschließend kann durch eine Standard-Kontaktloch-Herstellung das Zwischenoxid 330 in einem Teilbereich des Verankerungstrenchbondes als Kontaktloch 340 geöffnet werden, um das Gate-Polysilizium 320 zu kontaktieren. Eine nun nachfolgende Metallisierung oder nun nachfolgende Metallisierungen sind anschließend in der Lage, den Verankerungstrench 310 vollständig zu verschließen, so dass ein Metallanker als Metallstruktur 210 erzeugt wird, der im Trenchbodenbereich breiter als im oberen Trenchbereich ist. Hierbei kann es im Rahmen des Verschließens über nachfolgende Metallisierungsschritte grundsätzlich auch zur Bildung möglicher Lunker, also Hohlräumen bzw. Hohlstellen, kommen, die jedoch häufig bei einem vollständigen Verschluss an der Oberseite der Metallisierung keine weitere Rolle spielen und daher vernachlässigt werden können.
Selbstverständlich kann dieses Verfahren nicht nur zur Kontaktierung einer Zuleitungsstruktur 320 für eine Gate-Elektrode 290 über das Gate-Poly 320 erfolgen, sondern kann selbstverständlich grundsätzlich auch zur Kontaktierung anderer Zuleitungsstrukturen, also etwa einem Source-Poly verwendet werden.
Je nach konkreter Ausgestaltung des Gesamtprozesses kann die nachfolgende Metallstrukturierung so ausgelegt sein, dass die in der 3 gezeigte Situation eintritt, bei der die Metallflanken der Metallstruktur 210 oberhalb und außerhalb des Verankerungstrenches 310 liegen. Alternativ kann, wie das die in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel einer Verankerungsstruktur 200 zeigt, die Metallisierung bzw. die Strukturierung der Metallisierung derart ausgeführt werden, dass die Metallflanken im Bereich der Verankerungstrenchseitenwand innerhalb des Verankerungstrenches 310 liegen. In dem Fall, der in 4 gezeigt ist, ergibt sich so die Situation, dass die Metallbahn 210 vollständig im Verankerungstrench „versunken” ist und somit dem seitlichen TC-Stress nicht mehr ausgesetzt wird.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ermöglichen so signifikante Verbesserungen im Bereich des zyklischen Temperatur-Durchlauf-Verhaltens von Metallgebieten durch eine Einführung so genannter Verankerungsstrukturen, die weitgehend kostenneutral realisierbar sind. Ausführungsbeispiele von Verankerungsstrukturen für Metallgebiete können dabei grundsätzlich für alle Bauelement gleichmäßig angewendet werden. Besonders kostenneutral lässt sich dies selbstverständlich dann realisieren, wenn bereits entsprechende Gräben oder Grabenstrukturen bzw. andere Ausnehmungen im Rahmen des Prozesses zur Herstellung dieser Bauelemente integriert sind.
Somit können Ausführungsbeispiele entsprechender Verankerungsstrukturen insbesondere im Falle von Trench-Transistoren sehr vorteilhaft implementiert werden.
Im Allgemeinen kann das Layout des Verankerungsgrabens 310 bzw. – je nach konkreter Implementierung – die Form der Verankerungsausnehmungsstruktur 220, also des breiten, die Metallbahn 210 zumindest teilweise aufnehmenden Trenches jede beliebige Form annehmen. So kann sie beispielsweise auch nur teilweise unter der Metallbahn 210 ausgebildet sein oder vollständig entlang der gesamten Metallbahn vorliegen. Darüber hinaus kann sie auch am Rand Verkrallungs-/Verzahnungsstrukturen aufweisen, um gegen Längskräfte zusätzlich widerstandsfähig zu sein, wie im weiteren Verlauf der vorliegenden Anmeldung noch näher ausgeführt wird.
Die Breite der Verankerungsausnehmungsstruktur 220 bzw. der Verankerungsgräben 310 (Trench-Strukturen), in denen die Metallbahnen 210 verankert bzw. hineinversenkt werden können, kann beliebig gewählt werden und ist der jeweiligen Technologie bzw. des jeweils nachfolgenden Prozessflows optimal anpassbar. In der Regel entstehen hierbei keine (signifikanten) Zusatzkosten, da die Struktur durch die bei den betreffenden Bauelementen ohnehin schon vorhandene Prozesstechnik implementierbar ist. So kann beispielsweise im Fall von Trench-Transistoren die entsprechende Struktur im Rahmen der ohnehin schon vorhandenen Trench-Phototechnik und -Ätztechnik hergestellt werden. Die Verankerung der Metallstruktur 210 ergibt sich in diesem Fall durch den restlichen Prozessflow der jeweiligen Technologie.
Darüber hinaus können die entsprechenden Metallstrukturen 210 nicht nur unter Metallbahnen, wie etwa einer Gaterunner-Struktur, ausgebildet sein, sondern grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, jegliche Art und Weise einer Metallisierung, also etwa Metallpads zum Bonden (Bondpads) oder zu anderen Zwecken, mit Hilfe von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Verankerungsstrukturen 200 zu verankern. Somit ist es prinzipiell möglich unter jeder Metallisierung, wie z. B. Metallpads oder Bondpads, als entsprechende Metallstruktur 210 eine entsprechende Verankerungsausnehmungsstruktur 220 vorzusehen, so dass die Metallstruktur 210 eine signifikant verbesserte Resistenz gegenüber beispielsweise TC-induzierten Belastungen aufweist.
Ausführungsbeispiele entsprechender Verankerungsstrukturen umfassen so entsprechende Verankerungsstrukturen, bei denen beispielsweise mehr als 20% des Metallvolumens der zu verankernden Metallstruktur 210 unterhalb der Silizium-Oberfläche bzw. unterhalb des Erstoxids 270 versenkt ist. So kann darüber hinaus beispielsweise das Zwischenoxid 320 im Verankerungstrench 310 einen Überhang bilden. Je nach konkreter Ausgestaltung kann der Verankerungstrench 310 bzw. die Verankerungsausnehmungsstruktur 220 mindestens dreimal breiter sein als ein entsprechender Zellenfeldtrench, der beispielsweise als erster Graben 250 in den 3 und 4 gezeigt ist. Wie zuvor erläutert wurde, kann hierbei der Verankerungstrench 310 vorteilhaft bei vielen Herstellungsprozessen im gleichen Prozessschritt wie die entsprechenden Zellenfeldtrenches hergestellt werden.
Querschnitte, wie sie schematisch in den 3 und 4 dargestellt sind, können so beispielsweise nach einem Öffnen des Gehäuses und gegebenenfalls einem entsprechenden Lift-Off des Metalls durch eine Mikroskopansicht bzw. gegebenenfalls durch einen REM-Schliff (REM = Rasterelektronenmikroskop; SEM = scanning electron microscope) erhalten werden.
5 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur für ein Bauelement auf einem Substrat. Hierbei zeigt 5a eine Aufsicht auf ein entsprechendes Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 400, während 5b einen schematischen Querschnitt durch das in 5a gezeigte Vergleichsbeispiel darstellt. Auf einem Substrat 410, das in dem Querschnitt in 5b dargestellt ist, ist eine strukturierte Bauelementschicht 420 aufgebracht, bei der es sich beispielsweise um eine Isolatorschicht, eine Halbleiterschicht oder eine andere Schicht handeln kann. Bei dem in 5a und 5b gezeigten Vergleichsbeispiel handelt es sich bei der strukturierten Bauelementschicht 420 um eine L-förmige Struktur, die über eine Hauptoberfläche des Substrats 410 hervorsteht und so für eine Schicht, die die strukturierte Bauelementschicht 420 zumindest teilweise überdeckt eine Topologiekante 430 bildet. Bei dem in den 5a und 5b gezeigten Vergleichsbeispiel wird die strukturierte Bauelementschicht 420 genauer gesagt von einer Metallstruktur 440 bedeckt, so dass die Metallstruktur 440 auf der strukturierten Bauelementschicht 430 sich wenigstens über einen Teil der Topologiekante 430 der strukturierten Bauelementschicht 420 erstreckt.
Wie bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert wurde, zeigt hierbei 5b einen Querschnitt durch das Bauelement entlang einer Richtung, die durch einen Pfeil 450 in den 5a und 5b gezeigt ist. So zeigt 5b also einen Schnitt entlang der in 5a schematisch dargestellten Richtung A-A'.
Aufgrund der Struktur des in 5a und b gezeigten Vergleichsbeispiels stellt die Topologiekante 430 der strukturierten Bauelementschicht 420 hinsichtlich der Metallstruktur 440, die auch als Metallschicht 440 bezeichnet wird, eine Topologiekante im Sinne der Erläuterungen im Zusammenhang mit 1 dar. Wird diese Topologiekante 430, über die sich die Metallstruktur 440 erstreckt, in eine Ebene projiziert, die beispielsweise parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats liegen kann, so bildet die Topologiekante 430 in dieser Ebene wenigstens eine zusammenhängende Linie, die aufgrund der Natur der Darstellung in 5a der Linie 430 entspricht. In diesem Zusammenhang bietet es sich an, darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Linie nicht auf eine Gerade beschränkt ist. Die Linie kann vielmehr Ecken, Kanten, Rundungen oder andere von einer Geraden abweichende Formen aufweisen.
5a zeigt somit gerade eine entsprechende Projektion in eine Ebene parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats, die als zusammenhängende Linie 430 die Topologiekante 430 der strukturierten Bauelementschicht 420 zeigt. Hierbei ist die Linie 430 derart zusammenhängend, so dass diese ein Gebiet 460 begrenzt, das nicht konvex bzw. – positiv formuliert – nicht-konvex oder konkav ist. In diesem Zusammenhang wird, wie auch in der Mathematik, unter einem konvexen Gebiet oder Bereich eine solche Menge von Punkten verstanden, so dass für zwei beliebige Punkte des Bereichs oder des Gebiets gilt, dass auch jeder Punkt der direkten Verbindungsgeraden dieser beiden Punkte zu dem Gebiet oder dem Bereich gehören muss. Anders ausgedrückt, stellt das Gebiet 460 gerade ein nicht-konvexes Gebiet bzw. einen nicht-konvexen Bereich dar, da aufgrund der L-förmigen Struktur beispielsweise bezüglich der beiden durch ein „X” in 5a markierten Punkte 470-1, 470-2 definierte Verbindungsgerade 480 im Bereich des „Knicks” der L-förmigen Struktur außerhalb des Gebietes 460 verläuft. Hierbei werden Bereiche, Gebiete und Mengen, die nicht konvex sind, folglich auch als nicht-konvexe Gebiete, Bereiche und Mengen bezeichnet. Eine weitere Bezeichnung für nicht-konvexe Gebiete, Mengen und Bereiche ist auch die der konkaven Gebiete, Mengen und Bereiche.
Darüber hinaus kann das Gebiet 460 bzw. in dem in 5a gezeigten Vergleichsbeispiel die vollständige strukturierte Bauelementschicht 420 in einen kleinsten Kreis 490 vollständig umfasst sein, der einen Durchmesser aufweist, der kleiner als oder gleich 50 μm, 20 μm oder 10 μm ist. Somit hat die strukturierte Bauelementschicht 420 einen maximalen Durchmesser von 50 μm, 20 μm oder 10 μm.
Bei dem in den 5a und 5b gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur weist das durch die zusammenhängende Linie 430 begrenzte Gebiet 460 eine typische Strukturbreite im Bereich von etwa 200 nm (0.2 μm) bis etwa 2000 nm (2 μm) auf. Hierbei bezieht sich der Begriff der Strukturbreite im Allgemeinen auf eine Richtung in der Ebene des Substrats 410, die senkrecht zu der Richtung verläuft, in die sich die Struktur in dem betreffenden Punkt erstreckt. Im mathematischen Sinne bezeichnet so etwa die Strukturbreite die Breite der Struktur in einem Punkt des Randes der Struktur, indem die Breite der betreffenden Struktur ausgehend von diesem Punkt senkrecht zum Rand der Struktur ergibt. Häufig sind Strukturbreiten besonders leicht anhand von Querschnitten bestimmbar, wie ein solcher in 5b gezeigt ist.
Das in den 5a und 5b gezeigte Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 400 für ein Bauelement auf einem Substrat ermöglicht es nun gerade der Metallstruktur 440, dass diese sich an der Topologiekante 430 der strukturierten Bauelementschicht derart verkrallt, dass lateral auf die Metallstruktur einwirkende Kräfte, wie sie beispielsweise im Rahmen der TC-Belastung auftreten, diese nicht bzw. nicht so leicht lateral auf der Hauptoberfläche des Substrats bewegen können. Mit anderen Worten bietet die Topologiekante bzw. die Topologiekanten 430 der strukturierten Bauelementschicht 420 der Metallstruktur 440 bzw. der Metallbahn 440 der Metallgebiete 440 die Möglichkeit, lateral auf die betreffende Metallstruktur 440 einwirkende Kräfte über die strukturierte Bauelementschicht 420 und deren Topologiekante 430 an das Substrat 410 zu übertragen. Somit ermöglicht ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur, wie es beispielsweise in den 5a und 5b gezeigt ist, eine Verbesserung der Widerstandsfähigkeit einer Metallstruktur 440 im Rahmen größerer Temperaturunterschiede, wie sie beispielsweise im Bereich eines zyklischen Temperatur-Durchlauf-Tests auf die betreffenden Metallbahnen ausgeübt werden.
Wie die folgenden Erörterungen weiterer Vergleichsbeispiele näher illustrieren werden, kann dies durch einfache Layoutmaßnahmen, wie beispielsweise das Einführen einer entsprechend strukturierten Bauelementschicht 420 erreicht werden. Hierbei ist es jedoch nicht notwendig, gezielt eine eigenständige strukturierte Bauelementschicht 420 einzuführen, sondern es kann vielmehr eine bereits existierende Bauelementschicht durch entsprechende Designmaßnahmen zu der strukturierten Bauelementschicht 420 weiterentwickelt bzw. weiter verarbeitet werden.
Während bei dem in den 5a und 5b gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur die Topologiekanten 430 durch eine über die Hauptoberfläche des Substrats 410 herausstehende strukturierte Bauelementschicht 420 erzeugt wurden, werden im Zusammenhang in den 6 und 7a und 7b Vergleichsbeispiele einer Verkrallungsstruktur 400 beschrieben und erläutert, bei denen die topologiebildenden Kanten 430 durch Ausnehmungen in der Bauelementschicht gebildet werden, so dass diese Bauelementschicht die strukturierte Bauelementschicht 420 darstellt.
6 zeigt schematisch eine Layoutansicht eines aktuellen Chips 500 bzw. eines entsprechenden Chiplayouts. Bei dem Chip 500 handelt es sich genauer gesagt um einen Chip, der in einem in 6 nicht eingezeichneten Zellenfeld eine Vielzahl von vertikalen Hochleistungstransistorstrukturen umfasst, die aufgrund des Designs des Chips 500 parallel geschaltet sind und somit als ein vertikaler Hochleistungstransistor wirken. 6 zeigt hierbei genauer gesagt eine Aufsicht auf den betreffenden Chip 500, so dass eine auf der Rückseite des Chips 500 befindliche Elektrode bzw. ein auf der Rückseite des Chips 500 befindlicher Anschluss in 6 nicht gezeigt ist. Bei diesem Anschluss handelt es sich üblicherweise um den Drain-Anschluss des effektiv gebildeten vertikalen Hochleistungstransistors.
6 zeigt so insbesondere zwei Metallgebiete 510, 520, bei denen es sich um ein Source-Metallisierungsfeld und ein Gate-Metallisierungsfeld 520 handelt. Die beiden Metallisierungsfelder 510 und 520 stellen somit für die vertikalen Hochleistungstransistorstrukturen des Chips 500 die betreffenden Anschlüsse dar. Die beiden Metallisierungsgebiete 510, 520 sind hierbei räumlich durch Abstände zwischen den betreffenden Metallen getrennt.
Während das Source-Metallisierungsgebiet 510 schon aufgrund seiner Größe und der darunter liegenden Topologie als Bondpad bzw. Kontaktierfläche herangezogen werden kann, weist das Gate-Metallisierungsgebiet 520 zusätzlich als Bondpad bzw. Kontaktierfeld ein so genanntes Gate-Pad 530 auf, über das mit Hilfe entsprechender Bonddrähte die Gateelektroden der vertikalen Hochleistungstransistorstrukturen kontaktiert werden können. Das Gate-Metallisierungsgebiet 520 wird aufgrund seiner U-förmigen Ausgestaltung als auch Gaterunner-Struktur bzw. Gaterunner bezeichnet. Typischerweise weist ein solcher Gaterunner 520 eine Strukturbreite auf, die im Bereich zwischen 10 μm und etwa 500 μm liegt, wobei der obere Wert beispielsweise im Bereich des Gatepads 530 erreicht werden kann.
Im Bereich des Gaterunners werden durch entsprechende Kontaktlöcher im Rahmen eines entsprechenden Kontaktloch-Layouts die unterhalb der Oberfläche des Chips 500 liegenden Zuleitungsstrukturen aus Polysilizium elektrisch leitfähig mit dem Gate-Pad 530 kontaktiert. Somit stellt der Gaterunner 520 über ein entsprechendes Kontaktloch-Layout den Gatekontakt zu einer externen Schaltung an die der Chip 500 angeschlossen werden soll, dar.
Darüber hinaus zeigt 6 eine Markierung 540 in einem Bereich der Chipecke, wo typischerweise die größten Belastungen während eines zyklischen Temperatur-Durchlauf-Tests (TC = temperature cycling) herrschen. In dem folgenden und sind entsprechende Vergrößerungen (Zoom-in) des durch die Markierung 540 gekennzeichneten Bereichs zur Erläuterung von Details dargestellt.
7a zeigt eine Aufsicht auf den Chip 500 im Bereich der Markierung 540, in der, wie zuvor erläutert wurde, typischerweise die größte Belastung im Rahmen eines TC-Tests auftreten. Entsprechend zeigt 7a einen Ausschnitt des Source-Metallisierungsgebietes 510 sowie einen Ausschnitt des Gate-Metallisierungsgebietes 520 (Gaterunner). Beide Metallgebiete sind wiederum durch einen räumlichen Abstand zwischen den Metallen voneinander getrennt um einen elektrischen Kurzschluss zwischen den betreffenden Strukturen zu verhindern.
Darüber hinaus zeigt 7a verschiedene erfindungsgemäße Vergleichsformen strukturierter Bauelementschichten 420 bzw. die daraus resultierenden Topologiekanten 430 für verschiedene Vergleichsbeispiele von Verkrallungsstrukturen 400. Genauer gesagt zeigt 7a acht verschiedene Topologiekanten 430-1, ..., 430-8 von verschiedenen Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen, die hier in der Kontaktlochebene der vertikalen Transistorstruktur im Bereich des Gaterunners 520 verwirklicht sind. Bei den dargestellten Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen ist es wichtig zu erkennen, dass dabei die Verkrallungsstrukturen auf Verschiebungen in allen Richtungen den darüber liegenden Metallstrukturen Widerstand leisten können, bei denen es sich in dem vorliegenden Vergleichsbeispiel grundsätzlich um Teile des Gate-Metallisierungsgebietes 520 handelt.
Bevor im Zusammenhang mit 7b der in 7a gezeigte Schnitt entlang der Richtung 550 (Schnitt A-A') erörtert wird, wird darauf hingewiesen, dass als entsprechende Topologiekanten 430 prinzipiell beliebige Formen möglich sind. Hierzu zählen unter Anderem die eckigen bzw. vieleckigen oder polygonalen Strukturen 430-1, 430-3, 430-6, 430-7 und 430-8. Ebenso können kreuzförmige Topologiekanten zum Einsatz kommen, wie dies die ebenfalls polygonale Topologiekante 430-5 zeigt. Darüber hinaus sind auch runde, mäanderförmige, spiralförmige oder wellenförmige Formen möglich, wie dies beispielsweise die Topologiekante 430-2 illustriert. Selbstverständlich können auch Mischformen der vor genannten Formen realisiert werden, wie dies beispielsweise die Topologiekante 430-4 zeigt, bei der es sich um eine „Überlagerung” zweier polygonaler Strukturen mit einer halbkreisförmigen Struktur handelt.
Wie zuvor erläutert wurde, handelt es sich hierbei also um Vergleichsbeispiele von Verkrallungsstrukturen 400, die im Rahmen des Kontaktloch-Layouts für Gatekontakte auf dem Gaterunner 520 realisiert sind. Um dies näher zu illustrieren und zu erläutern ist in 7b ein Schnitt durch den Chip 500 schematisch gezeigt, der entlang der Richtung A-A' verläuft und in 7a durch die Richtung 550 markiert ist. Hierbei ist bei der Darstellung in 7b die Strukturenvielfalt unterhalb der Oberfläche des Substrats 410 und gegebenenfalls einer Erstoxidschicht (vgl. z. B. Isolationsschicht 270 aus 3 und 4) zur Vereinfachung der Darstellung nicht wiedergegeben. Selbstverständlich können entsprechende Strukturen, die für die Funktionsweise des Bauelements notwendig sein können, in einer realen Implementierung vorhanden sein. 7b stellt somit lediglich eine vereinfachte Darstellung eines Querschnitts entlang der Richtung A-A' für eine reale Implementierung eines Chips 500 dar.
Der genaue Aufbau des in 7b gezeigten Querschnitts durch den Chip 500 ist den Querschnitten, die in den 3 und 4 gezeigt sind, nicht unähnlich, da es sich in all diesen Fällen jeweils um sehr verwandet Bauelemente handelt. Abgesehen von den bereits zuvor erörterten zur Vereinfachung der Darstellung von 7b nicht gezeigten weiteren Schichten und Strukturen im Bereich des Substrats 410, weist der Chip 500 wiederum eine Zuleitungsstruktur 320 auf, die beispielsweise aus Poly-Silizium gefertigt sein kann und zur Kontaktierung der eigentlichen Gate-Elektroden der vertikalen Transistorstrukturen in dem Zellenfeld des Chips 500 verwendet werden kann. Auf der Zuleitungsstruktur 320 ist wiederum ein Zwischenoxid 330 abgeschieden, in das die auch in 7a gezeigten Kontaktlöcher 340 eingebracht sind. Somit stellt das Zwischenoxid 330, das beispielsweise typische Schichtdicken zwischen 100 nm und 1000 nm aufweisen kann, die bereits in 7a gezeigten Topologiekanten 430-7 und wirkt so bei dem in den 7a und 7b gezeigten Vergleichsbeispiel als strukturierte Bauelementschicht 420. Auf das Zwischenoxid 330 ist dann das Gate-Metallisierungsgebiet 520 bzw. der Gaterunner 520 abgeschieden, der die Metallstruktur 440 darstellt.
Somit bilden die in der 7a auch gezeigten Kontaktlöcher 340-1 bis 340-8 über ihre Seitenwände die Topologiekanten 430 für die darüber liegende Metallstruktur 440 bzw. für den Gaterunner 520 bei dem in 7a und 7b gezeigten Vergleichsbeispiel. Durch die Topologiekanten 430 (bzw. die Topologiekante 430-7 in 7B) bietet somit die strukturierte Bauelementschicht 420 der darüber liegenden Metallstruktur 440 die Möglichkeit, lateral auftretende Kräfte, die dazu geeignet sind, die Metallstruktur 440 auf der Oberfläche des Substrats 410 zu verschieben, über die strukturierte Bauelementschicht 420 in das Substrat 410 abzuleiten. Somit ermöglichen insbesondere die Topologiekanten 430 der strukturierten Bauelementschicht 420 der darüber liegenden Metallstruktur 440 sich hinsichtlich lateraler Kräfte zu verkrallen, so die die Zuverlässigkeit des Chips 500 signifikante gefährdenden lateralen Kräfte abgebaut werden können, ohne zu einer Verschiebung der Metallstruktur 440 bzw. des Gaterunners 420 in dem in 7b gezeigten Vergleichsbeispiel zu führen.
Hierbei ermöglicht die Verwendung eines Vergleichsbeispiels einer Verkrallungsstruktur 400 insbesondere eine signifikante Verbesserung der Zuverlässigkeit im Rahmen des Temperature-Cycling-Verhaltens von Metallbahnen und/oder Metallgebieten, die völlig kostenneutral durch einfachste Layoutmaßnahmen erzielt werden können. Der Grund hierfür ist, dass im Prinzip für die Funktionsfähigkeit des fertigen Bauelements notwendige Strukturen durch eine definierte Geometrie ersetzt werden können, die diese Verkrallung der Metallstrukturen 440 an dem Substrat 410 über die strukturierte Bauelementschicht 420 ermöglicht.
Hierbei werden nicht zuletzt zwei Arten von Verkrallungen bzw. Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen dargestellt und erläutert, die einerseits in den 5–7 und andererseits im Rahmen der 8–11 dargestellt und erläutert sind. Die erste Art besteht grundsätzlich darin, eine strukturierte Bauelementschicht 420 vorzusehen, die es einer darüber angebrachten Metallstruktur 440 ermöglicht, Tendenzen einer Metallverschiebung in alle Richtungen in der Ebene des Substrats Widerstand zu leisten. Hierbei zeigen die in den 6 und 7 dargestellten Vergleichsbeispiele der ersten Art eine Möglichkeit, mit Hilfe der Kontaktlochebene (Zwischenoxid 330) Strukturen zu erzeugen, die in jeder Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats 410 einer möglichen Metallverschiebung Widerstand leisten. Die Ausbildung einer Verkrallung in der Kontaktlochebene ist bei dem in den 6 und 7 gezeigten Vergleichsbeispielen im Prinzip „nach Innen gerichtet”. Das heißt, dass das Innere des Gaterunners 520 bzw. der Metallleitbahn, Metallfläche oder des Metallgebiets oder der Metallstruktur verkrallt wird.
Die 8a und 8b zeigen ein Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600 für ein Bauelement auf einem Substrat 410. Hierbei zeigt 8a eine Draufsicht auf ein entsprechendes Bauelement, während die 8b einen schematischen Querschnitt A-A' entlang einer Richtung 610 zeigt, die in 8a ebenfalls eingezeichnet ist.
8a zeigt hierbei wiederum eine strukturierte Bauelementschicht 620, die auf dem Substrat 410 angeordnet ist und wenigstens eine Topologiekante 630 aufweist. Die Topologiekante 630 ist bei dem in 8a gezeigten Vergleichsbeispiel sägezahnförmig ausgeführt. Eine Metallstruktur 640 ist auf der strukturierten Bauelementschicht 620 aufgebracht, die sich wenigstens über einen Teil der Topologiekante 630 erstreckt. Hierbei erstreckt sich bei dem in den 8a und 8b gezeigten Vergleichsbeispielen einer Verkrallungsstruktur 600 die Metallstruktur 640 über den gesamten in 8a gezeigten Bereich, weshalb dieser zur Vereinfachung der 8a dort nicht eingezeichnet ist.
Wie dies bereits im Zusammenhang mit den in den 5a und b dargestellten Vergleichsbeispielen einer Verkrallungsstruktur 400 erläutert wurde, stellt die in 8a wiedergegebene Darstellung gleichzeitig eine Projektion der Topologiekante 630 in eine Ebene dar, die parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats 410 verläuft. Hierbei setzt sich, wie dies durch die eine Fortsetzung anzeigenden Punkte in 8a angedeutet ist, die Topologiekante 630 über den in 8a dargestellten Abschnitt deutlich hinaus. Die Topologiekante 630 bildet hierbei in der Ebene bzw. Projektionsebene aus 8a eine zusammenhängende Linie, wobei in diesem Zusammenhang erneut auf die Erläuterungen im Hinblick auf den Unterschied zwischen einer Geraden und einer Linie weiter oben verweisen wird.
Wie 8a dies am Beispiel einer Geraden 650 illustriert, ist es nun möglich, eine Gerade mit einer Länge zwischen 19 μm und 42 μm entlang der zusammenhängenden Linie zu definieren, so dass die Linie bezogenen auf einen ersten Punkt 660-1 auf der Geraden 650 und einen dritten Punkt 660-3 auf der Geraden 650 auf einer Seite der Geraden 650 und bezogen auf einen zweiten Punkt 660-2 und einen vierten Punkt 660-4 auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden Seite gegenüber der Graden 650 befindet. Hierbei ist der zweite Punkt 660-2 zwischen dem ersten Punkt 660-1 und dem dritten Punkt 660-3 und der dritte Punkt 660-3 zwischen dem zweiten Punkt 660-2 und dem vierten Punkt 660-4 angeordnet. In weiteren Vergleichsbeispielen kann es darüber hinaus möglich und/oder ratsam sein, abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten einer konkreten Implementierung eine Gerade mit einer Länge zwischen 19 μm und 21 μm (Länge 20 μm +/– 5%), einer Länge zwischen 23 μm und 27 μm (Länge 25 μm +/– 8%), einer Länge zwischen 28 μm und 32 μm, einer Länge zwischen 33 μm und 37 μm, einer Länge zwischen 38 μm und 42 μm (Länge 40 μm +/– 5%) oder einer Länge zwischen 20 μm und 40 μm (Länge 30 μm +/– 33%) entlang der zusammenhängenden Linie zu definieren, so dass die entsprechenden Punkte definiert werden können, wie dies oben beschrieben ist.
Mit anderen Worten ist also eine Gerade 650 definierbar, die die zusammenhängende Linie 630, die in der in 8a gewählten Darstellung mit der Topologiekante 630 zusammenfällt, derart schneidet, dass bei einem ersten und dritten Punkt 660-1, 660-3 die zusammenhängende Linie auf der einen Seite der Geraden 650 verläuft, während die zusammenhängende Linie 630 im Bereich des zweiten und des vierten Punktes 660-2 und 660-4 auf der anderen Seite der Geraden 650 verläuft. Hierbei sind die vier Punkt 660-1 bis 660-4 entlang der geraden 650 in aufsteigender Reihenfolge verteilt. Genauer gesagt schneidet eine zu der Geraden 650 senkrechte Gerade die Gerade 650 in den vier Punkten 660-1, ..., 660-4 jeweils auf der einen oder der anderen Seite der Geraden 650.
In diesem Zusammenhang sollte darauf hingewiesen werden, dass eine entsprechende Gerade 650 definierbar ist, nicht jedoch eindeutig definierbar, wie dies beispielsweise die ebenfalls in 8a eingezeichneten Geraden 650-1 und 650-2 illustrieren, für die entsprechend Punkte 660-1 bis 660-4 wählbar sind, so dass auch für diese Punkte die zuvor gemachten Aussagen gelten. Die Geraden 650-1 und 650-2 unterschieden sich hierbei von der Geraden 650 dadurch, dass im Hinblick auf die Gerade 650-1 diese durch eine parallele Verschiebung aus der Geraden 650 hervorgegangen ist. Die Gerade 650-2 ist hingegen durch eine leichte Verkippung bzw. Verdrehung aus der Geraden 650 hervorgegangen. Unabhängig hiervon können jedoch die zuvor gemachten Bemerkungen hinsichtlich des Verlaufs der zusammenhängenden Linie 630 im Hinblick auf die vier Punkte 660 von der Geraden 650 auf die beiden anderen beispielhaft in 8a eingezeichneten Geraden 650-1, 650-2 übertragen werden. Lediglich der Übersicht wegen sind in 8a die zu den beiden anderen Geraden 650-1, 650-2 gehörenden Punkte nicht eingetragen.
Aufgrund der Tatsache, dass einerseits die Linie 630 zusammenhängend ist, also im mathematischen Sinne stetig ist, und andererseits einen Verlauf aufweist, der die im Hinblick auf die Gerade 650 beschriebenen Merkmale aufweist, führt dies zwangsweise dazu, dass die der zusammenhängenden Linie 630 zugrunde liegende Topologiekante 630 bezogen auf die strukturierte Bauelementschicht 620 solche Topologiekanten 630 aufweist, dass die über die strukturierte Bauelementschicht 620 verlaufende Metallstruktur 640 wiederum hinsichtlich zweier senkrecht aufeinander stehender Raumrichtungen in der Ebene des Substrats 410 Kräfte auf die strukturierte Bauelementschicht 620 ausüben kann. Somit kann die Metallstruktur 640 wiederum einen Widerstand lateral wirkenden Kräften über die strukturierte Elementschicht 620 entgegensetzten, die einer Verschiebung der Metallstruktur 640 bezogen auf die Oberfläche des Substrats 410 entgegenwirkt. In diesem Zusammenhang ist es wichtig zu beachten, dass die Topologiekanten 630, obwohl sie in der Lage sind, Kraftkomponenten bezogen auf zwei senkrecht aufeinander stehenden Raumrichtungen im Hinblick auf die Oberfläche des Substrats 410 entgegenzuwirken, jedoch nicht notwendigerweise tatsächlich einen Winkel von 90° miteinander einschließen müssen. Vielmehr reicht es bereits aus, dass die Topologiekante 630 Abschnitte aufweist, die in der Ebene des Substrats 410 verlaufen und sich im Wesentlichen nicht parallel erstrecken oder, mathematischer ausgedrückt, nicht kolinear verlaufen. In diesem Fall ergibt sich aufgrund der obigen Erörterung im Hinblick auf die zusammenhängende Linie 630 im Zusammenhang mit den Merkmalen der Geraden 650, dass entsprechende Kräfte, die auf die Metallstruktur 640 einwirken, über die strukturierte Bauelementschicht 620 an das Substrat 410 abgeführt werden können.
9 zeigt eine mit 8a vergleichbare Darstellung einer Topologiekante 630 auf einem Substrat, die durch eine strukturierte Bauelementschicht 620 gebildet ist. Allerdings unterscheidet sich die in 9 gezeigte Topologiekante 630 von der in 8a gezeigten Topologiekante 630 dadurch, dass diese einen wesentlich komplexeren und nicht durch eine Aneinanderfolge von Abschnitten gegeben ist, die im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. So zeigt die Topologiekante 630 aus 9 sowohl eckige als auch abgerundete Abschnitte, die in unterschiedlichsten Winkeln aufeinander treffen. Darüber hinaus ist in 9 ein deutlich längeres Teilstück der Topologiekante 630 im Vergleich zu der in 8a gewählten Darstellung gezeigt.
Wie zuvor erläutert wurde, entspricht die Topologiekante 630 ebenfalls einer zusammenhängenden Linie 630, die sich auf Basis der Topologiekante ergibt, wenn diese in eine entsprechende Ebene, die beispielsweise parallel zu der Oberfläche des Substrats verläuft, abgebildet bzw. projiziert wird. Die in 9 dargestellte Topologiekante bzw. die zusammenhängende Linie 630 nach der Projektion weist eine Länge auf, die signifikant größer ist als die zuvor im Zusammenhang mit der Geraden 650 erläuterte Länge von 19 μm bis 42 μm bzw. als die im Zusammenhang mit weiteren Vergleichsbeispielen erläuterte Länge der Geraden. Aus diesem Grund ist es möglich, die zusammenhängende Linie 630 durch ein Polygon zu approximieren, das eine Mehrzahl von entsprechenden Graden 650-1, 650-2, 650-3 umfasst. Jede der Geraden 650 weist hierbei eine Länge auf, die im Bereich zwischen 19 μm und 42 μm oder im Bereich der weiteren erläuterten Längen liegt. Da die Gerade 650 das betreffende Polygon definieren, fallen jeweils ein Endpunkt und ein Anfangspunkt zweier benachbarter Geraden 650 zusammen, wie dies beispielsweise der durch den Pfeil markierte Endpunkt der Geraden 650-1 und der durch den senkrechten Strich markierte Anfangspunkt der Geraden 650-2 in 9 illustriert. Dies gilt selbstverständlich im Falle eines nicht geschlossenen Polygons nicht für die erste Gerade 650 und die letzte Gerade 650.
Am Beispiel der Geraden 650-1 in 9 sind wiederum die vier Punkte 660-1 bis 660-4 eingezeichnet, bezüglich derer die zusammenhängende Linie 630 den bereits oben erläuterten Verlauf aufweisen. So verläuft die zusammenhängende Linie 630 bezogen auf den ersten Punkt 660-1 und den dritten Punkt 660-3 auf der einen Seite der Geraden 650-1 während bezogen auf den zweiten Punkt 660-2 den vierten Punkt 660-4 die zusammenhängenden Linien 630 auf der der ersten Seite gegenüber liegenden Seite der Geraden 650 verläuft. Hierbei sind wiederum der zweite Punkt 660-2 zwischen dem ersten Punkt 660-1 und dem dritten Punkt 660-3 und der dritte Punkt 660-3 zwischen dem zweiten Punkt 660-2 und dem vierten Punkt 660-4 auf der Geraden 650-1 angeordnet.
Wie zuvor erläutert wurde, weist hierbei jede Gerade 650 eine Länge im Bereich zwischen 19 μm und 42 μm auf. Wie zuvor erläutert wurde, kann alternativ auch jede Gerade 650 eine der anderen Längen aufweisen, also beispielsweise eine Länge zwischen 19 μm und 21 μm, was einer Länge der Geraden 650 von 20 μm +/– 5 entspricht.
Der Verlauf eines solchen Polygons mit den Geraden 650 kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass eine entsprechende Minimierung des Quadrates des Abstands der zusammenhängenden Linie 630 von der betreffenden Geraden 650 bezogen auf die Länge der Geraden 650 ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend kann der genaue Verlauf einer solchen Geraden 650 auch dadurch bestimmt werden, dass unter Berücksichtigung des Vorzeichens des Abstandes, je nach dem auf welcher der beiden Seiten der Geraden 650 die zusammenhängende Linie 630 verläuft, die Summe der Abstände verschwindet bzw. gleich Null gesetzt wird. Selbstverständlich können auch andere Minimierungsverfahren oder Optimierungsverfahren zur Bestimmung des Verlaufs des Polygons bzw. zur Bestimmung des Verlaufs der Geraden 650 herangezogen werden.
Handelt es sich beispielsweise um eine zusammenhängende Linie 630, die ein Gebiet in der Projektionsebene begrenzt, also vollständig umschließt, ist es möglich, als Kriterium für den Verlauf der einzelnen Geraden 650 unter Berücksichtigung der vorgegebenen und oben erwähnten Länge der einzelnen geraden Stücke 650 die Fläche des durch die zusammenhängende Linie 630 abgeschlossenen Gebiete durch das Polygon zu approximieren. Hierbei kann dann beispielsweise als Abbruchskriterium bzw. als Zielkriterium für eine entsprechende Optimierung gewählt werden, dass die Fläche des resultierenden Polygons im Bereich zwischen 90% und 110% oder im Bereich zwischen 95% und 105% der Fläche des durch die zusammenhängende Linie 630 abgeschlossenen Gebietes liegt.
Grundsätzlich können im Rahmen der oben beschriebenen Vergleichsbeispiele auch abweichende Längen der Geraden 650 zugelassen werden. So ist es beispielsweise möglich, zu definieren, dass die einzelnen Geraden 650 eine Länge zwischen 9 μm und 11 μm aufweisen, was also einer Länge der Geraden 650 von 10 μm +/– 10% entspricht. Darüber hinaus ist gerade im Zusammenhang mit den in 9 gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600 es wichtig zu erwähnen, dass typischerweise nicht jede Gerade 650 die entsprechenden Merkmale hinsichtlich der Punkte 660-1 bis 660-4 erfüllen muss. Grundsätzlich reicht es, dass eine einzelne Gerade 650 des betreffenden Polygons die oben beschriebenen Merkmale hinsichtlich des Verlaufs der zusammenhängenden Linie 630 erfüllt. Bei dem in 9 dargestellten Vergleichsbeispiel erfüllen vielmehr die drei vollständig dargestellten Geraden 650-1, 650-2 und 650-3 bezogen auf jeweils die vier eingezeichneten Punkte 660 die betreffenden Merkmale. Zur Vereinfachung der Darstellung ist jedoch lediglich im Zusammenhang mit der Geraden 650-1 eine Beschriftung der betreffenden Punkte mit den Bezugszeichen 660-1 bis 660-4 erfolgt. Allerdings zeigen die in 9 eingetragenen Punkte („X”) der beiden Geraden 650-2 und 650-3, dass diese ebenfalls die oben gesteckten Bedingungen erfüllen.
Die 10 und 11 illustrieren zwei Vergleichsbeispiele für entsprechende Verkrallungsstrukturen 600-1, 600-2, die wiederum im Zusammenhang mit einem Halbleiterbauelement in Form eines vertikalen Hochleistungstransistors erläutert werden. Wie zuvor im Zusammenhang mit 6 und 7a dargestellt wurde, zeigt 10 eine Draufsicht auf einen Chip 500, der wiederum ein Source-Metallisierungsgebiet 510 und ein Gate-Metallisierungsgebiet 520 bzw. einen Gaterunner 520 umfasst. Bei dem in 10 gezeigten Chip 500 ist wiederum der Gaterunner 520 durch zwei verschiedene Vergleichsbeispiele von Verkrallungsstrukturen 600 gegen eine Verschiebung entlang der Oberfläche des Substrats 410, das in 10 nicht eingezeichnet ist, geschützt. Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit 6 erläutert wurde, weist auch hier der Gaterunner eine typische Strukturbreite von 10 μm bis 500 μm auf.
Das erste Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600 ist hierbei im oberen Bereich der 10, genauer gesagt im oberen Bereich des Gaterunners 520 gezeigt. Unterhalb des Gaterunners 520 verläuft eine Zuleitungsstruktur 320, die beispielsweise aus Poly-Silizium gefertigt sein kann, und über Kontaktlöcher 340 in dem in 10 nicht gezeigten Zwischenoxid 330 einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Gaterunner 520 und der Zuleitungsstruktur 320, die auch als Poly-Gate oder Poly-G bezeichnet wird, ermöglicht. Die Zuleitungsstruktur 320 weist hierbei eine sägezahnförmige Form auf, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit 8a bereits gezeigt wurde. Hierbei ist zu beachten, dass die Zuleitungsstruktur 320 diese zu beiden Seiten der auf einer Geraden angeordneten Kontaktlöcher 340 aufweist.
Das Poly-Gate 320 stellt somit für den Gaterunner 520, der bei dem in 10 oben gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600 die Metallstruktur 640 darstellt, die strukturierte Bauelementschicht 620 dar, so dass die äußere Form der Zuleitungsstruktur 320 die Topologiekante 630 bildet. Um dies genauer zu erläutern, ist in 11a ein Querschnitt A-A' entlang der in 10 eingezeichneten Richtung 610 dargestellt, mit dem wiederum Strukturen und Schichten im Bereich des Substrats 410 und ein gegebenenfalls vorhandenes erstes Oxid zur Vereinfachung der Darstellung in 11 nicht wiedergegeben sind.
11a zeigt so auf dem Substrat 410 die in diesem Fall als strukturierte Bauelementschicht 620 wirkende Zuleitungsstruktur 320 (Poly-Gate), die beispielsweise aus Poly-Silizium gefertigt sein kann. Wie bereits im Zusammenhang mit 3 und 4 erläutert wurde, ist auf der Zuleitungsstruktur 320 eine Isolationsschicht als Zwischenoxid 330 abgeschieden, auf der wiederum der Gaterunner bzw. das Gate-Metallisierungsgebiet 520 abgeschieden ist. Der Gaterunner 520 stellt hierbei die Metallstruktur 640 des Vergleichsbeispiels der Verkrallungsstruktur 600 dar. Das Zwischenoxid 330 weist als Ausnehmung das Kontaktloch 340 auf, das einen elektrisch leitfähigen Kontakt zwischen dem Gaterunner 520 und dem Poly-Gate 320 ermöglicht.
Wie zuvor bereits angedeutet wurde, stellt bei dem in 11a im Querschnitt gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600-1 das Poly-Gate 320 näherungsweise die strukturierte Bauelementschicht 620 dar, so dass durch die Topologie bzw. durch die Struktur des Poly-Gates die Topologiekanten 630 des Zwischenoxids 330 durch die topologiebildenden Kanten des Poly-Gates 320 definiert werden. Die Metallstruktur 640 (Gaterunner 520) ist nun aufgrund der in 10 im oberen Bereich gezeigten Struktur der Topologiekante 630 in der Lage, Kräfte und Kraftkomponenten, die in der Ebene des Substrats bzw. in einer parallelen Ebene an die Metallstruktur 640 angreifend über die Topologiekanten 630 in allen Raumrichtungen in der Ebene an das Substrat 410 abzugeben und so eine Verkrallung zu erzielen. Genauer gesagt bildet das Poly-Gate 320 die topologiebildende Kanten für die Topologiekante 630 des Zwischenoxids 330 (ZWOX).
Die äußere Form bzw. die Struktur des Poly-Gates 320 stellt, wie auch die in 11a dargestellte Querschnittszeichnung näher illustrieren wird, die topologiebildenden Kanten, die über das Zwischenoxid 330 auf dem Poly-Gate 320 zu den Topologiekanten 630 werden. Im Hinblick auf die typischen lateralen Abmessungen im Vergleich zu den typischen Schichtdicken des Zwischenoxids, können jedoch die topologiebildenden Kanten näherungsweise mit den Topologiekanten 630, die durch das Zwischenoxid gebildet werden gleich gesetzt werden.
Da die Topologiekante 630, wie sie in 10 oben im Zusammenhang mit dem Poly-Gate 320 als strukturierte Bauelemente 620 gezeigt ist, bereits im Zusammenhang mit 8a erläutert wurde, kann im Zusammenhang mit dieser Figur die Erörterung der Geraden 650 und der zusammenhängenden Linie 630, die sich bei einer Projektion in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats 410 ergibt, entfallen. In diesem Zusammenhang wird vielmehr auf die betreffenden Beschreibungspassagen im Zusammenhang mit 8a verwiesen. In einem solchen Fall ergeben sich typischerweise Strukturbreiten eines Bereichs oder Gebiets, das von der zusammenhängenden Linie (zumindest teilweise) so begrenzt wird, dass eine Strukturbreite definierbar ist, die im Bereich zwischen 10 μm und 500 μm liegen.
Darüber hinaus zeigt 10 im linken Teilbereich der Figur ein zweites Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600-2, das im Bereich des Gaterunners 520 angeordnet ist. In diesem Bereich weist die weitere Verkrallungsstruktur 600-2 neben dem Gaterunner 520 (Gate-Metallisierungsgebiet 520), die Zuleitungsstruktur 320 (Poly-Gate), die Kontaktlöcher 340 in dem Zwischenoxid (nicht gezeigt in 10) sowie eine weitere Zuleitungsstruktur 320', die ebenfalls häufig aus Poly-Silizium gefertigt ist und aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaft auch als Poly-Source oder Poly-S bezeichnet wird.
Bevor jedoch die genaue Funktionsweise des Vergleichsbeispiels der Verkrallungsstruktur 600-2 erörtert wird, wird zunächst anhand eines in 11b dargestellten Querschnitts B-B' die Struktur des Bauelements in diesem Bereich näher erläutert, wobei der in 11b gezeigte Schnitt der in 10 als Richtung 670 eingezeichneten Linie, die sich über das Metallgebiet des Gaterunners 520 weg in den Abstand zwischen den mit beiden Metallgebieten 510, 520 erstreckt. Der in 11b gezeigte Querschnitt B-B' zeigt auf einem Substrat 410, bei dem wiederum zur Vereinfachung der Darstellung unterhalb der Substratoberfläche liegende Strukturen, Dotierungsprofile oder ähnliche Objekte und Strukturen ebenso wenig eingezeichnet sind, wie etwa ein Erstoxid (vgl. Isolationsschicht 270 aus 3 und 4). Auf dem Substrat 410 ist zunächst die Zuleitungsstruktur 320' aufgebracht und strukturiert, wobei die Zuleistungsstruktur 320' gerade im Bereich vertikaler Hochleistungstransistoren häufig auch als Poly-Source oder Poly-S bezeichnet wird, da über die Zuleitungsstruktur 320' häufig Elektroden kontaktiert werden, die während des Betriebs des betreffenden Bauelements auf Sourcepotential gelegt werden. Beispiele für diese Elektrode stellen die unteren Elektroden 280 aus den 3 und 4 dar.
Zur elektrischen Isolation der Zuleitungsstruktur 320' von weiteren elektrisch leitfähigen Strukturen ist diese mit einer Isolationsschicht 680 zumindest in dem in 11b gezeigten Querschnitt B-B' bedeckt. Auf der Isolationsschicht 680 ist wiederum die Zuleitungsstruktur 320 (Poly-Gate) aufgebracht, die von dem Zwischenoxid 330 außer in dem Bereich des Kontaktlochs 340 bedeckt wird. Das Kontaktloch 340 ist über bekannte Methoden der Dünnschichttechnik und der Halbleitertechnik in die Zwischenoxidschicht strukturiert.
Das Zwischenoxid 330 bedeckt darüber hinaus nicht nur im Bereich des Querschnitts in 11b das Poly-Gate 320, sondern vielmehr auch die Isolationsschicht 680 in dem Bereich, indem das darunter liegende Poly-Source 320' sich über den Bereich des Poly-Gate 320 erstreckt. Ferner erstreckt sich das Zwischenoxid 330 über den gesamten in 11b gezeigten Querschnitt und stellt so eine (zusätzliche) Isolation der darüber liegenden Strukturen zu dem darunter liegenden Substrat 410 dar. Ferner zeigt 11B, dass der Gaterunner 520, der typischerweise aus Metall gefertigt ist, den vollständigen Bereich der darunter liegenden Poly-Gate-Struktur 320 und der Poly-Source-Struktur 320' abdeckt.
Wie bereits zuvor im Zusammenhang mit 11a und dem dort gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600-1 erörtert wurde, stellt auch bei diesem Vergleichsbeispiel das Zwischenoxid 330 die eigentliche strukturierte Bauelementschicht 620 dar. So bildet das Zwischenoxid 330 bzw. die strukturierte Bauelementschicht 620 für den darüber liegenden Gaterunner 520, der bei dem in 11b gezeigten Vergleichsbeispiel die Metallstruktur 640 darstellt, zwei getrennte Topologiekanten 630, 630'.
Hierbei wird die Topologiekante 630 im Wesentlichen durch die Form der Zuleitungsstruktur 320 (Poly-Gate) mit ihren als Topologie bildende Kanten wirkenden Randstrukturen gebildet. Im Unterschied hierzu gehen letztendlich die Topologiekanten 630' auf die Form und Struktur der Zuleitungsstruktur 320' (Poly-Source) mit ihren topologiebildenden Kanten zurück. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass die topologiebildenden Kanten der Poly-Source-Struktur 320' wiederum durch die topologiebildenden Kanten der diese umgebenden Isolationsschicht 680 an das Zwischenoxid 330 vermittelt bzw. übertragen werden.
Somit bilden die Topologiekanten 630, 630' bei dem Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 600-2, wie es im Querschnitt in 11b gezeigt ist, im Prinzip bei einer Projektion in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Substrats 410 zwei zusammenhängende Linien, für die die bereits im Zusammenhang mit den 8a und 9 erläuterten Merkmale hinsichtlich definierbarer Geraden gelten. Näherungsweise kann wiederum in 10 die äußere Struktur der beiden Zuleitungsstrukturen 320, 320' aufgrund der typischerweise geringen Dicke der Oxidschichten bzw. Isolationsschichten 330, 680 mit den Topologiekanten 630, 630' identifiziert werden, wie dies in 10 auch approximativ dargestellt ist. Beispielhaft sind in 10 basierend auf dieser Näherung jeweils eine Gerade 650 für die (genäherte) Topologiekante 630 und eine Gerade 650' für die genäherte Topologiekante 630' eingezeichnet und entsprechend markiert.
Aufgrund der in diesem Bereich jeweils sehr ähnlichen Struktur der Topologiekanten 630, 630' mit denen, die in 8a gezeigt sind, kann unter Verweis auf die entsprechende Beschreibung der 8a eine nähere Erörterung der betreffenden Merkmale und Eigenschaften der beiden Geraden 650, 650' entfallen. Es wird vielmehr auf die betreffenden Beschreibungsabschnitte und die 8a und 9 verwiesen. Auch für die beiden Geraden 650, 650' gelten die oben gemachten Angaben hinsichtlich der Länge.
Die beiden in den 10, 11a und 11b dargestellten Vergleichsbeispiele für Verkrallungsstrukturen 600-1, 600-2 basieren also im Unterschied zu den zwei diskutierten Vergleichsbeispielen für Verkrallungsstrukturen nicht auf dem Kontaktloch-Layout (Kontaktlöcher) für die Gatekontakte auf dem Gaterunner 520, sondern vielmehr auf der Ausgestaltung des Gate-Polysilizium-Layouts und des Source-Polysilizium-Layouts 320, 320'. Dargestellt sind hier also weitere Verkrallungsstrukturen 600-1, 600-2, die jedoch auf einem anderen Prinzip beruhen. Es wird die Metallfläche in Form des Gaterunners 520 so breit ausgelegt, dass sie seitlich zumindest über eine Topologiestufe hinaus reicht. Dies ist hier im Falle des ersten Vergleichsbeispiels 600-1 an dem oberen Gaterunner-Bereich gezeigt. Das Gate-Polysilizium 320 erzeugt eine zusätzliche Topologiestufe in Form der Topologiekanten 630, deren seitliche Berandung nun zusätzlich mit Verkrallungsstrukturen versehen wird, wie sie über die Projektion im Zusammenhang mit den Geraden 650 definiert werden kann.
Im Bereich des zweiten Vergleichsbeispiels 600-2, also am linken Gaterunner 520 ist hier beispielhaft eine doppelte Topologiestufe darstellt, wobei die Schichtenfolge hier ausgehend von dem Substrat 410 in dem in 11b gezeigten Querschnitt dargestellt ist. Genauer gesagt ist hier die Schichtenfolge unter Vernachlässigung zusätzlicher Isolationsschichten (Isolationsschicht 680) gegeben durch die Reihenfolge Source-Poly 320' – Gate-Poly 320 – Zwischenoxid 330 (ZWOX) – Metallisierung 520 (Gaterunner). Die Verkrallungsstruktur in Form der Topologiekanten 630, 630' werden hier durch die Kanten des Source-Polys 320' und des Gate-Polys 320 (näherungsweise gegeben) kombiniert.
Die zweite Art von Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen 600-1, 600-2, die zusammenfassend auch als Verkrallungsstrukturen 600 bezeichnet werden, wird mit Hilfe von vorhandener Topologiestufen erzeugt. Dazu muss zunächst von einem praktischen Standpunkt aus das Metalllayout der betreffenden Metallstrukturen (z. B. Gaterunner 520) so weit über die Topologiestufen durch die Zuleitungsstrukturen 320, 320' gegeben hinweg gezogen werden, dass ein Metallvolumen bereit liegt, das in der Lage ist verkrallt zu werden. Anschließend wird die Topologiestufenkante (Topologiekanten 630, 630') nicht geradlinig ausgelegt bzw. gezeichnet, sondern es können wiederum beliebigere Verkrallungsformen ausgebildet werden, wie sie in den 8–11 beispielhaft unter Anderem als eine Art Sägezahn dargestellt sind. Liegen mehrere Topologiestufen in Nachbarschaft der betreffenden Metallbahn, wie dies im Zusammenhang mit dem Querschnitt in 11b und dem Vergleichsbeispiel 600-2 gezeigt wurde, so können auch Kombinationen aus Verkrallungen beider bzw. mehrerer Topologiestufen ausgebildet werden. So ist selbstverständlich gerade das im Zusammenhang mit 10 und 11b gezeigte zweite Vergleichsbeispiel der Verkrallungsstruktur 600-2 nicht auf zwei Topologiestufen bzw. Topologiekanten 630, 630' beschränkt, sondern kann grundsätzlich auf beliebig viele Topologiekanten bzw. Topologiestufen erweitert werden.
Prinzipiell können die Verkrallungsstrukturen insbesondere auch mittels (numerischer) Simulationen an den jeweiligen Stress bzw. die jeweils herrschenden Belastungen und die jeweiligen Zugrichtungen der Belastungen optimal angepasst werden. So herrschen beispielsweise in den Chipecken häufig völlig andere Stressstärken bzw. Belastungsstärken und Belastungsrichtungen vor, wie an einer Längsseite des Chips 500. Somit ergibt sich eine optimale Verkrallungsstrukturform für jede Position auf dem Chip 500 in Abhängigkeit von der jeweiligen Position (X-Koordinate, Y-Koordinate), in Abhängigkeit benachbarter Metallflächen, in Abhängigkeit benachbarter Topologiestufen und anderen von dem Design des betreffenden Bauelements und seiner Herstellung abhängender Parameter. Im idealen Zieldesign können also so eine Vielfalt von Verkrallungsformen und Kombinationen aus den verschiedenen Vergleichsbeispielen, die beispielsweise in den 7 und 10 gezeigt sind, ergeben, um eine möglichst effiziente Entlastung der betreffenden Metallstrukturen gegenüber lateralen Kräften, die entlang der Oberfläche des Substrats wirken zu erzielen.
Abschließend bietet es sich an, anzumerken, dass auch beliebige bzw. komplette Kombinationen von Verkrallungen gemäß den Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen 400 (vgl. 7) und Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen 600 (vgl. 10) möglich sind. Grundsätzlich besteht darüber hinaus die Möglichkeit, jede topologiebildende Kante bzw. die daraus resultierende Topologiekante, die dann vollständig mit Metall bedeckt werden kann, zur Verkrallung durch Applikation entsprechender Strukturen einzusetzen. Anwendbar sind Vergleichsbeispiele solcher Verkrallungsstrukturen 400, 600 beispielsweise für Gaterunner-Strukturen im Bereich jeglicher Transistoren, also nicht nur vertikaler Hochleistungstransistoren, die lediglich zu beispielhaften Zwecken in den Vordergrund gestellt wurden, um diese Metallstrukturen gegen Verschiebungen (Drifted Metal Lines) zu schützen. Typischerweise können nach einem Öffnen des Gehäuses und einem gegebenenfalls eingesetzt Metall-Lift-Off die Strukturen mit Hilfe einer Mikroskopansicht bestimmt und optimiert werden.
Ferner ist darauf hinzuweisen, dass auch beliebige Kombinationen von Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen und Verankerungsstrukturen zusammen implementiert werden können. Um nur ein Beispiel zu nennen, können so die in den 10 und 11 gezeigten Vergleichsbeispiele von Verkrallungsstrukturen so mit den Vergleichsbeispielen von Verankerungsstrukturen kombiniert werden, wie sie beispielsweise in 2 gezeigt sind. Je nach konkreter Implementierung kann so eine einseitige oder eine zwei- oder mehrseitige Verankerung herangezogen werden.
12 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 700-1 für ein Bauelement auf einem Substrat 410. Hierbei ist bei der in 12 gezeigten Querschnittsdarstellung durch ein entsprechendes Bauelement wiederum zur Vereinfachung im Bereich des Substrats 410 gegebenenfalls vorhandene strukturelle Details, wie etwa Dotierungsprofil, zusätzliche Isolationsschichten (z. B. erste Isolationsschicht) oder andere Details nicht eingezeichnet.
Das Substrat 410 weist eine Hauptoberfläche 710 auf, auf der eine strukturierte Bauelementschicht 720 mit wenigstens einer Topologiestruktur und einer dem Substrat 410 abgewandten Hauptoberfläche 740 aufgebracht ist. Bei dem in 12 gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 700-1 handelt es sich bei der Topologiestruktur 730 um eine Ausnehmung in der Bauelementschichtstruktur 720, die eine Tiefe aufweist, die geringer als die Dicke der Bauelementschichtstruktur 720 ist, so dass sich unterhalb der Ausnehmung als Topologiestruktur 730 ein Bereich mit einer endlichen Dicke der Bauelementschichtstruktur 720 erstreckt.
Je nach konkreter Ausgestaltung des betreffenden Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 700-1 kann es sich bei der Bauelementschichtstruktur 720 um eine solche handeln, die eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten umfasst, oder nur eine halbleitende Schicht umfasst mit einer einzigen oder keinen besonderen Dotierung.
Darüber hinaus weist das Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 700-1, wie es in 12 gezeigt ist, eine Metallstruktur 750 auf, die auf der strukturierten Bauelementschichtstruktur 720 aufgebracht bzw. angeordnet ist. Genauer gesagt ist die Metallstruktur 750 auf der dem Substrat 410 abgewandten Hauptoberfläche der strukturierten Bauelementschichtstruktur 720 angeordnet.
Aufgrund der Topologiestruktur 730 in der strukturierten Bauelementschichtstruktur 720 ist es nun wiederum für die Metallstruktur 750 möglich, laterale Kräfte entlang der Oberfläche des Substrats 410 über die strukturierte Bauelementschichtstruktur 720 an das Substrat 410 abzugeben und so einen entsprechenden beispielsweise thermisch induzierten Stress an das Substrat 410 abzugeben, ohne das es zu einer Verschiebung der Metallstruktur 750 auf der Oberfläche des Substrats bzw. parallel zu der Oberfläche des Substrats kommt.
13 zeigt ein weiters Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 700-2, das dem Vergleichsbeispiel 700-1 aus 12 sehr ähnlich ist. Auch bei dem in 13 gezeigten Vergleichsbeispiel 700-2 ist auf einem (in 12 vereinfacht gezeigten) Substrat 410 zunächst auf einer Hauptoberfläche 710 des Substrats eine strukturierte Bauelementschichtstruktur 720 aufgebracht, die eine Topologiestruktur 730 an einer dem Substrat 410 abgewandeten Hauptoberfläche 740 aufweist. Auf der strukturierten Bauelementschichtstruktur 720 ist anschließend eine Metallstruktur 750 aufgebracht, die sich wenigstens über einen Teil der Topologiestruktur 730 der strukturierten Bauelementschichtstruktur 720 erstreckt.
Im Unterschied zu dem in 12 gezeigten Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 700-1, bei dem die Topologiestruktur 730 sich unterhalb der Hauptoberfläche 740 der strukturierten Bauelementschichtstruktur 720 in Form einer Ausnehmung erstreckt hat, ist die Topologiestruktur 730 bei dem in 13 gezeigten Vergleichsbeispiel 700-2 eine über die Hauptoberfläche 740 der Bauelementschichtstruktur 720 herausragende Struktur. Auch bei dem in 13 gezeigten Vergleichsbeispiel ermöglicht die Topologiestruktur 730 es der Metallstruktur 750 lateral auf diese einwirkende Kräfte über die strukturierte Bauelementschichtstruktur 720 an das Substrat 410 abzugeben. Somit ermöglicht auch die in 13 gezeigte Verankerungsstruktur 700-2 lateral wirkenden Kräften, wie sie beispielsweise im Rahmen des Temperature-Cycling auftreten, an das Substrat 410 abzugeben und so einer Verschiebung der Metallstruktur 750 vorzubeugen bzw. dieser entgegen zu wirken.
Die 12 und 13 zeigen Querschnittsdarstellungen von Vergleichsbeispielen von Verankerungsstrukturen 700. In ihrer lateralen Ausdehnung können die Topologiestrukturen 730 grundsätzlich jede beliebige Form annehmen. Beispiele stellen so zylinderförmige Ausnehmungen bzw. über die Hauptoberfläche der Bauelementschichtstruktur 720 hinausgehenden Zylinder dar, ebenso wie entsprechende quaderförmige, würfelförmige, polygonale oder anders geformte Topologiestrukturen 730. Ebenso können entsprechende Topologiestrukturen grundsätzlich auch als längliche Strukturen ausgeführt werden, die beispielsweise entlang einer Geraden verlaufen, einen einem polygonalen Linienzug nachempfundene Ausrichtung aufweisen oder etwa spiralförmig, mäanderförmig, wellenförmig oder eine entsprechend gebogene Form aufweisen. Selbstverständlich sind ebenso L-förmige, U-förmige, V-förmige oder kreuzförmige Strukturen denkbar und möglich.
Je nach konkreter Ausgestaltung von Implementierungen entsprechender Vergleichsbeispielen von Verankerungsstrukturen 700 können vorteilhaft beispielsweise nicht einzeln, sondern als Mehrzahl von entsprechenden Topologiestrukturen ausgeführt werden. In diesem Fall ermöglichen die Topologiestrukturen 730 in ihrer Gesamtheit eine verbesserte Aufnahmemöglichkeit von lateralen Kräften und ermöglichen so einen verbesserten Schutz gegen Verschiebungen der Metallstruktur 750 im Vergleich zu einer einzelnen Topologiestruktur 730. So können diese beispielsweise in zweidimensionalen, regelmäßigen Anordnungen implementiert werden.
Gerade im Bereich zweidimensional regelmäßig angeordneter Topologiestrukturen 730 kann es ratsam sein, vergleichsweise kleine Topologiestrukturen 730 zu implementieren. So kann es in diesem Fall beispielsweise ratsam sein, die Topologiestrukturen 730 so auszuführen, dass diese im Falle einer Projektion in einer Ebene parallel zu der Hauptoberfläche des Substrats 710 einen Bereich begrenzen, wobei ein Durchmesser eines kleinsten Kreises, der dem betreffenden Bereich vollständig umfasst, kleiner als oder gleich 100 μm, 50 μm oder 20 μm ist. Eine entsprechende Konstruktion ist bereits im Zusammenhang mit 5a erläutert worden, weshalb an dieser Stelle eine entsprechende Erläuterung zusammen mit einer weiteren Abbildung entfallen kann. Aus diesem Grund wird explizit an dieser Stelle auf die betreffenden Beschreibungspassagen im Zusammenhang mit 5a (und gegebenenfalls 5B) verwiesen.
Ebenso kann es in diesem Fall ratsam sein, die Topologiestrukturen 730 derart auszuführen, dass diese nach der Projektion in die betreffende Projektionsebene einen nicht-konvexen Bereich begrenzen. Hierdurch kann, wie im Zusammenhang mit den Vergleichsbeispielen von Verkrallungsstrukturen 400 erläutert wurde, eine verbesserte Resistenz gegenüber lateralen Verschiebungen bzw. lateralen Kräften erreicht werden.
Im Falle der in 12 gezeigten Vergleichsbeispiele von Verankerungsstrukturen 700-1 kann es sich bei den Bauelementschichtstrukturen 720 beispielsweise um eine einzelne Isolationsschicht oder eine Mehrzahl von Isolationsschichten handeln, die durchaus zu anderen Zwecken in das betreffende Halbleiterbauelement oder Bauelement eingeführt wurden. Beispiele für solche eingebrachten Isolationsschichten stellen Schichten dar, die zur elektrischen Isolierung, zur chemischen Passivierung oder zum mechanischen Schutz implementiert sind. Ebenso können im Prinzip auch funktionalen Schichten, etwa Membranschichten in diesem Zusammenhang verwendet werden, wie sie beispielsweise bei Drucksensoren oder anderen mikromechanischen Bauelementen zum Einsatz kommen. Typische Materialkombinationen oder Materialien, die im Bereich der strukturierten Bauelementschichtstrukturen 720 zum Einsatz kommen sind Oxidschichten, Nitridschichten oder andere (organische) Isolationsschichten, wie etwa BPSG, PMMa oder andere Polymere.
Handelt es sich bei dem in 12 gezeigten Vergleichsbeispiel 700-1 bei der Bauelementschichtstruktur 720 hingegen um eine halbleitende Schicht mit einer einzelnen oder ohne eine spezielle Dotierung, so kann es sich hierbei beispielsweise um Poly-Silizium handeln, das gegebenenfalls mit einer einzigen Dotierung versehen werden kann. Beispiele stellen so insbesondere Poly-Siliziumschichten und Poly-Siliziumstrukturen dar, wie sie beispielsweise im Rahmen vertikaler Hochleistungs-Transistoren zum Einsatz kommen können. So ist es beispielsweise denkbar, die in den 3, 4, 7, 10 gezeigten Zuleitungsstrukturen 320 mit einer entsprechenden Topologiestruktur 730 zu versehen, um auch im Fall größerer Kontaktlöcher mit Abmessungen von mehreren 10 μm oder mehreren 100 μm einen zusätzlichen Schutz vor lateralen Bewegungen der darauf abgeschiedenen Metallstrukturen zu erzielen. In diesem Fall bietet es sich beispielsweise an, die Topologiestrukturen 730 auf den Bereich der Kontaktlöcher 340 zu beschränken.
Auch im Falle der in 13 dargestellten Vergleichsbeispiele von Verankerungsstrukturen 700-2, bei denen die Topologiestruktur 730 über die Hauptoberfläche 740 der Bauelementschichtstruktur 720 hinausgeht, können im Prinzip die zuvor genannten Materialien und Materialkombinationen eingesetzt werden. Darüber hinaus können jedoch bei diesen Vergleichsbeispielen auch komplexere Bauelementschichtstrukturen 720 zum Einsatz kommen, die beispielsweise mehr als eine Dotierung umfassen oder auch eine Kombination metallischer, isolierender und/oder halbleitender Schichten umfassen. Auch bei diesen Vergleichsbeispielen können mehrere, gegebenenfalls zweidimensional regelmäßig angeordnete Topologiestrukturen 730 zum Einsatz kommen. Auch in diese Fall kann es je nach konkreter Implementierung ratsam sein, vergleichsweise kleine Topologiestrukturen 730 einzusetzen, die die oben gemachten Angaben hinsichtlich des Durchmessers eines kleinsten Kreises bei der Projektion in einer Ebene parallel zu der Hauptoberfläche 710 des Substrats 410 ihre Gültigkeit haben.
Unabhängig davon kann es auch bei diesen Verankerungsstrukturen 700-2 ratsam sein, diese im Fall einer Implementierung im Inneren eines Kontaktloches 340 auf den Bereich des Kontaktloches 340 zu beschränken, um nicht unnötig starke, gegebenenfalls sogar störende Topologiekanten bzw. topologiebildende Kanten in eine Bauelement einzuführen. Darüber hinaus ist anzumerken, dass alle Verankerungsstrukturen 700, wie sie im Zusammenhang mit den 12 und 13 gezeigt sind, aus dem zuvor genannten Vergleichsbeispielen von Verankerungsstrukturen und Verkrallungsstrukturen kombiniert eingesetzt werden können.
14 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 800 für eine Leiterschichtstruktur 810 in einem Bauelement 820 mit einer Hauptoberfläche 830. Bei dem Bauelement 820 kann es sich prinzipiell um ein beliebiges Bauelement, also etwa ein Halbleiterbauelement oder ein anderes Dünnschichtbauelement handeln. Zur Vereinfachung der Darstellung in 14 sind bei dem dort gezeigten Bauelement 820 keine Details hinsichtlich der funktionalen Ausgestaltung oder der Schichtstruktur oder anderer funktionaler Merkmale gezeigt. Bei dem Bauelement 820 kann es sich folglich beispielsweise um einfachere Halbleiterbauelementstrukturen handeln, also etwa eine Diodenstruktur oder ein Transistorstruktur. Darüber hinaus ist es aber selbstverständlich auch möglich, dass es sich bei dem Bauelement um komplexere integrierte Schaltungen, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC = application specific integrated circuits), Logikschaltkreise, Sensoren, die in Dünnschichttechnologie hergestellt werden, oder kompliziertere integrierte Schaltungen, wie etwa Prozessoren jeglicher Art handeln.
Das Bauelement 820 weist darüber hinaus eine Hauptoberfläche auf, die sich beispielsweise im Rahmen der abschließenden Fertigungsprozessschritte ergeben. So kann beispielsweise zumindest in Teilen bzw. in Bereichen des fertigen Bauelements 820 dieses mit Schutzschichten bedeckt sein, wie beispielsweise Oxidschichten oder Nitridschichten.
Das Bauelement 820 weist ferner eine Ausnehmung 840 auf, die sich ausgehend von der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 in dieses hinein erstreckt. Bei in 14 gezeigten Bauelement 820 weist die Ausnehmung im Wesentlichen senkrecht verlaufende Seitenwände auf, so dass abgesehen von Fertigungstoleranzschwankungen, die beispielsweise im Bodenbereich der Ausnehmung 840 in Form von Verrundungen auftreten können, eine im Wesentlichen konstante breite W auf, wie sie auch in 14 eingezeichnet ist.
Das in 14 gezeigte Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 800 umfasst ferner die Leiterschichtstruktur 810, die wenigstens über eine bestimmte bzw. vorbestimmte Länge der Leiterschichtstruktur 810 vollständig in der Ausnehmung 840 unterhalb der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 verläuft. Hierbei erstreckt sich typischerweise die Ausnehmung 840 entlang einer in Bezug auf die in 14 gezeigte Querschnittsebene senkrechten Richtung über einen bestimmten Längenabschnitt, erstreckt sich also über eine (gewisse) Länge. Daher handelt es sich bei der Ausnehmung 840 typischerweise auch um eine Grabenstruktur, die in einer in 14 nicht gezeigten Aufsicht auf das Bauelement 820 beispielsweise entlang einer Geraden, entlang eines polygonalen Linienzuges oder entlang einer gekrümmten Linie, also etwa einer spiralförmigen, kreisförmigen oder mäanderförmigen Linie verläuft. Bezogen auf eine Gesamtlänge der Leiterschichtstruktur 810 verläuft diese typischerweise über eine Länge von 90% oder mehr der Gesamtlänge der Leiterstruktur 810 vollständig in der Ausnehmung unterhalb der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820. Je nach konkreter Ausgestaltung eines entsprechenden Bauelements 820 kann die Leiterschichtstruktur 810 auch auf einer Länge von mehr als 95% bezüglich der Gesamtlänge der Leiterschichtstruktur 810 bzw. sogar vollständig in der Ausnehmung 840 unterhalb der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 verlaufen.
Die Leiterschichtstruktur 810 weist typischerweise daher eine Breite auf, die kleiner oder gleich der Breite W der Ausnehmung 840 ist. Die Breiten der Leiterschichtstruktur 810 und der Ausnehmung 840 können hierbei je nach anvisierter Einsatzmöglichkeit des Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 800 Breiten von typischerweise weniger als 5 μm im Falle schmaler Zuleitungen haben. Darüber hinaus können je nach konkreter Implementierung die Breiten der Ausnehmung 840 und der Leiterschichtstruktur 810 jedoch auch Breiten von typischerweise kleiner oder gleich 50 μm, kleiner oder gleich 100 μm oder im Falle von Kontaktstrukturen bzw. Bondpads auch Breiten aufweisen, die sich im Bereich zwischen 100 μm und 500 μm bewegen. Grundsätzlich stellt hier die Möglichkeit, auch Leiterschichtstruktur 810 zu verwenden, die deutlich schmaler oder weniger breit sind als die Breite der betreffenden Ausnehmung 840, eine durchaus relevante Möglichkeit dar.
Wie zuvor bei der Erörterung der Länge der Leiterschichtstruktur 810, die sich vollständig in der Ausnehmung 840 erstreckt, diskutiert wurde, kann je nach konkreter Implementierung die Leiterschichtstruktur 810 vollständig, also bezogen auf ihre Gesamtlänge mit einem Anteil von 100% innerhalb der Ausnehmung 840 verlaufen. In diesem Fall sind beispielsweise gegebenenfalls zugehörige Kontaktierflächen bzw. Bondpads, die ebenfalls in der Leiterschichtstruktur 810 umfasst sein können, ebenfalls in der Ausnehmung 840 angeordnet, so dass diese vollständig unterhalb der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 angeordnet sind. Die Leiterschichtstruktur liegt daher, um eine entsprechende Kontaktierung beispielsweise einer solchen Kontaktierfläche zu ermögliche, bezogen auf eine Hauptoberfläche 850 der Leiterschichtstruktur, die einem Boden der Ausnehmung 840 folglich bezogen auf die Leiterschichtstruktur 810 abgewandt ist, freiliegend. Dies bedeutet insbesondere, dass zumindest bezogen auf einen Teil der Länge der Leiterschichtstruktur 810 diese bezogen auf ihre Hauptoberfläche 850 derart zugänglich ist, dass diese beispielsweise durch einen Kontaktdraht bzw. einen Bonddraht erreichbar ist.
Selbstverständlich wird in diesem Zusammenhang unter einer freiliegenden Oberfläche nur eine solche Oberfläche verstanden, die beispielsweise vor einem Vergießen im Rahmen eines Package-Prozesses bzw. eines Verpackungsprozesses freiliegt.
Mit anderen Worten werden Abdeckungen der Leiterschichtstruktur 810, die beispielsweise durch Vergussmasse und/oder weitere, meist organische Passivierungsschichten oder Schutzschichten realisiert sind, bei der Frage, ob die Leiterschichtstruktur frei liegt oder nicht, nicht mit berücksichtigt. Der Begriff der freiliegenden Leiterschichtstruktur 810 bezieht sich in diesem Zusammenhang darauf, ob diese im Rahmen der elektrischen Kontaktierung, also beispielsweise mittels Bonden oder Presskontakten oder federbeaufschlagten Kontakten, direkt bezogen auf die Hauptoberfläche 850 der Leiterschichtstruktur 810 erfolgen kann.
Je nach konkreter Implementierung kann jedoch auch die Leiterschichtstruktur 810 aus der Ausnehmung 840 herausgeführt sein, um diese beispielsweise bezogen auf die Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 diese von dort zu kontaktieren. In diesem Fall beträgt typischerweise der Anteil der Länge der Leiterschichtstruktur 810, der bezogen auf die Länge der Leiterschichtstruktur 810 und die Ausnehmung 840 nicht vollständig innerhalb der Ausnehmung 840, also unterhalb der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 verläuft, weniger als 10% bzw. weniger als 5%. Häufig werden in diesem Zusammenhang auch die Flächen der betreffenden Bereich miteinander in Beziehung gesetzt, so dass beispielsweise typischerweise maximal 10% oder maximal 5% Fläche der Leiterschichtstruktur 810 bezogen auf die Fläche der Ausnehmung nicht vollständig unterhalb der Hauptoberfläche 830 verlaufen.
Hierbei wird jedoch ausschließlich der Bereich der Länge oder der Fläche der Leiterschichtstruktur 810 berücksichtigt, der in dem Bereich der geometrischen Anordnung der aus Ausnehmung 840 verläuft. Es ist daher durchaus möglicht, dass beispielsweise durch einen Knick der Leiterschichtstruktur 810 diese aus der Ausnehmung 840 herausgeführt wird, um gegebenenfalls verbreitert auf der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 weiter fortgeführt wird. In diesem Fall bleibt der Anteil der Länge der Leiterschichtstruktur 810, der sich nicht in dem geometrischen Bereich der Ausnehmung 840 erstreckt, bezogen auf die Gesamtlänge der Leiterschichtstruktur 810 (stets) unberücksichtigt.
Darüber hinaus sollte der Vollständigkeit halber erwähnt werden, dass durchaus mehr als eine Ausnehmung auf dem Bauelement 820 integriert sein können, die sich beispielsweise auch begegnen bzw. kreuzen oder ineinander einmünden. Je nach konkreter Ausgestaltung kann entsprechend auch mehr als eine Leiterschichtstruktur 810 auf dem Bauelement 820 implementiert sein, die durchaus miteinander in elektrischen Kontakt stehen können.
Die Leiterschichtstruktur 810 ist darüber hinaus typischerweise eine Leiterschichtstruktur zum Transport von elektrischen Signalen bzw. zum Zuführen, Abführen oder Kontaktieren von elektrischen (Versorgungs-)Spannungen und/oder elektrischen (Versorgungs-)Strömen. Insbesondere stellen die Leiterschichtstrukturen 810 also keine Wellenleiter für optische bzw. elektromagnetische Wellen oder akustische Wellen dar. Folglich umfasst die Leiterschichtstruktur 810 wenigstens eine Teilschicht, beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, Wolfram, Platin oder Palladium oder Aluminium. In vielen Vergleichsbeispielen einer Verankerungsstruktur 800 umfasst die Leiterschichtstruktur 810 darüber hinaus genau eine Metallschicht, ist also mit dieser zumindest in diesen Vergleichsbeispielen identisch.
Wie jedoch im Zusammenhang mit den Leiterschichtstrukturen, die in 16 dargestellt sind, noch erläutert werden wird, kann eine Leiterschichtstruktur 810, wie sie im Rahmen von Vergleichsbeispielen einer Verankerungsstruktur 800 verwendet werden, durchaus weitere Schichten bzw. eine weitere Schicht umfassen. So kann, je nach konkreter Implementierung, es vorteilhaft sein, neben einer Metallschicht auch eine optional dotierte bzw. optional hochdotierte Halbleiterschicht zu integrieren. Eine solche Halbleiterschicht kann beispielsweise aus Poly-Silizium gefertigt sein.
15 zeigt ein weiteres Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 800, die sich hinsichtlich des in 14 gezeigten Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 800 lediglich hinsichtlich zweier Details unterscheidet. Aus diesem Grund wird hinsichtlich der Beschreibung des in 15 gezeigten Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 800 auf die Beschreibungspassage im Zusammenhang mit 14 und dem dort gezeigten Vergleichsbeispiel explizit verwiesen.
Das in 15 gezeigte Vergleichsbeispiel 800 unterscheidet sich einerseits hinsichtlich der Form der Ausnehmung 840 und andererseits hinsichtlich der Auskleidung der Ausnehmung 840 von dem in 14 gezeigten Vergleichsbeispiel. So weist die Ausnehmung 840 im Unterschied zu der Ausnehmung 840 aus 14 eine optionale Isolationsschicht 860 auf, mit der die betreffende Ausnehmung im Bereich ihrer Seitenwände und im Bereich ihres Bodens ausgekleidet ist. Die Dicke dieser Isolationsschicht 860 ist typischerweise signifikant dünner als die Dicke der Leiterschichtstruktur 810 und liegt typischerweise im Bereich von deutlich 200 nm bzw. sogar unter 100 nm.
Die in 15 explizit gezeigte Isolationsschicht 860 dient im Wesentlichen lediglich der Illustration, dass auch die Ausnehmung zusätzliche strukturelle Merkmale umfassen kann, so dass die Ausnehmung 840 nicht notwendigerweise in dem Substrat bzw. Substratmaterial, welches dem Bauelement 820 zugrunde liegt (meist Silizium), ausgeführt sein muss, sondern dass vielmehr die Ausnehmung selber optionale Merkmale bzw. funktionale Schichten aufweisen kann. Diese können jedoch bei dem in 14 gezeigten Vergleichsbeispiel auch im Bauelement 820 zugeschlagen werden. So kann beispielsweise die in 15 explizit gezeigte Isolationsschicht 860 als funktionale Struktur in dem Bauelement 820 zugerechnet werden, um Strukturen innerhalb der Ausnehmung 840 von den weiteren Strukturen des Bauelements 820 elektrisch zu isolieren. Mit anderen Worten ist bei dem in 15 gezeigten Vergleichsbeispiel definiert, dass die Isolationsschicht 860 bzw. ihre der Ausnehmung 840 zugewandeten Seitenflächen die Topologie bzw. Geometrie der Ausnehmung 840 bestimmt.
Der zweite Unterschied des Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 800 in 15 im Vergleich zu der in 14 ist der, dass die Seitenwände der Ausnehmung 840 nicht mehr im Wesentlichen senkrecht verlaufen, sondern mit der Normalen der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 einen deutlich von 0° verschiedenen Winkel einschließen. Typische Werte, die die Seitenwände der Ausnehmung mit der Normalen der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 einschließen liegen im Bereich zwischen einschließlich 5° und 75°. Da im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter im Wesentlichen senkrecht verlaufenden Seitenwänden, Flanken und anderen Kanten solche verstanden werden, die bezüglich einer Normalen einen Winkel von typischerweise 5° oder weniger einschließen, weisen so typischerweise die Seitenwände der Ausnehmung 840 bei Vergleichsbeispielen einer Verankerungsstruktur 800 Winkel mit der Normalen der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 Winkel zwischen +75° und –75° ein.
Da gerade bei besonders flach verlaufenden Seitenwänden der Ausnehmung 840 ein „Verlust der Chipfläche” für weitere strukturelle Merkmale in Kauf genommen werden muss, der über die üblichen trigonometrischen Beziehungen mit der Tiefe der Ausnehmung 840 sich als Projektionsfläche der Grabenseitenwand sofort ergibt, wird bei vielen Vergleichsbeispielen einer Verankerungsstruktur 800 tendenziell eher ein kleinerer (absoluter) Winkel, typischerweise von 30° und weniger, angestrebt und implementiert.
Aufgrund der schräg verlaufenden Seitenwände der Ausnehmung 840 ergeben sich so unterschiedliche Breiten bezogen auf die in 15 dargestellten Querschnitte der Ausnehmung. Während aufgrund der Neigung der Seitenwände bei der Ausnehmung 840 im unteren Bereich der Ausnehmung 840 die kleinste Breite W der Ausnehmung vorliegt, vergrößert sich die Breite mit geringer werdendem Abstand zur Hauptoberfläche 830 des Bauelements zunehmend, bis diese an der Oberfläche bzw. im Bereich der Oberfläche ihre maximale Breite W1 erreicht. Aus diesem Grund gilt also typischerweise, dass die minimale Breite W kleiner oder gleich der maximalen Breite W1 ist, die häufig im Bereich der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 auftritt. Dagegen tritt die minimale Breite W der Ausnehmung 840 typischerweise im Bereich des Bodens der Ausnehmung 840 auf.
Die Breite der Leiterschichtstruktur 810 orientiert sich daher typischerweise an der minimalen Breite W der Ausnehmung 840. Genauer gesagt ist typischerweise die Breite der Leiterschichtstruktur 810 kleiner als oder gleich der minimalen Breite W der Ausnehmung 840.
Aufgrund der Verankerung bzw. Versenkung der Leiterschichtstruktur 810 in die unter der Hauptoberfläche 830 des Bauelements 820 liegende Ausnehmung 840 ist die Leiterschichtstruktur 840 wiederum durch die Seitenwände der Ausnehmung 840 als Topologiekanten gegen lateral angreifende Kräfte hervorragend geschützt. Solche Kräfte, die beispielsweise im Rahmen eines zyklischen Temperatur-Durchlauf-Tests auftreten, aber auch während des normalen Betriebs eines Bauelements je nach Typ des Bauelements unvermeidbar sind, können so über die Seitenwände der Ausnehmung 840 an das Bauelement 820 bzw. dessen Substrat abgegeben werden. Hierdurch ermöglicht ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 800 ebenso wie die anderen bereits geschilderten Vergleichsbeispiele von Verankerungsstrukturen und Verkrallungsstrukturen eine sehr viel bessere Resistenz gegenüber entsprechenden Belastungen im Vergleich zu Bauelementen, die über keine Vergleichsbeispiele Verankerungsstrukturen und/oder Verkrallungsstrukturen verfügen.
Die 16a und die 16b illustrieren neben den bereits geschilderten Leiterschichtstrukturen 810, die ausschließlich eine einzige Metallschicht umfassen, solche Leiterschichtstrukturen 810, die wenigstens eine weitere Schicht umfassen. So zeigt die 16a eine Leiterschichtstruktur 810, bei der unterhalb einer Metallschicht 870 eine weitere Schicht 880 angeordnet ist. Während, wie zuvor erläutert wurde, es sich bei den Metallschichten 870 beispielsweise um eine Metallschicht aus Gold, Kupfer, Silber, Platin, Palladium oder Aluminium handeln kann, kann die weitere Schicht 880 beispielsweise ebenfalls aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt sein oder aber beispielsweise aus einem optional dotierten bzw. optional hochdotierten Halbleitermaterial, wie etwa Poly-Silizium. Darüber hinaus sollte erwähnt werden, dass die in 16a gezeigte Schichtabfolge der Metallschicht 870 und der weiteren Schicht 880 nicht zwingend ist. So kann beispielsweise auch die Metallschicht 870 unterhalb der weiteren Schicht 880 angeordnet sein. Je nach konkreter Implementierung kann so beispielsweise es vorteilhaft sein, als weitere Schicht 880 unterhalb der Metallschicht 870 eine hochdotierte Poly-Siliziumschicht anzusetzen, die beispielsweise zur Kontaktierung von Elektroden in Gräben von Transistor-Strukturen oder anderen Graben-Strukturen entsprechender Bauelemente verwendet werden kann. Hierdurch ergibt sich beispielsweise die Möglichkeit, dass aufgrund der vergleichsweise langen Berührfläche zwischen der Metallschicht 870 und der weiteren Schicht 880, die sich als Folge der parallelen Führung der beiden Schichten im Rahmen der Leiterschichtstruktur ergibt, ein gerade für Hochleistungs-Anwendungen bzw. Hochstrom-Anwendungen kritischer Parameter reduziert werden kann. So kann durch eine Implementierung einer Leiterschichtstruktur 810 beispielsweise der elektrische Widerstandswert innerhalb des Bauelements 820 reduziert werden, was die Lebenserwartung und die Einsatzmöglichkeiten des Bauelements 820 positiv beeinflussen kann.
Darüber hinaus ist es möglich, mehr als eine Abfolge einer Metallschicht 870 und einer weiteren Schicht 880 zu verwenden. Neben einer abwechselnden Reihenfolge jeweils einer Metallschicht 870 und einer jeweils darunter angeordneten weiteren Schichten 880, wie dies in 16b im Falle jeweils dreier Metallschichten 870-1, 870-2, 870-3 und dreier weiterer Schichten 880-1, 880-2, 880-3 zeigt, kann jede beliebige weitere Kombination, Permutation einer oder mehrerer Metallschichten 870 mit einer oder mehreren weiteren Schichten 880 erfolgen. So kann beispielsweise durchaus eine Leiterschichtstruktur 810, die auch als Stack 810 bezeichnet wird, mit mehreren unterschiedlichen metallischen Schichten 870 und/oder mehreren unterschiedlichen weiteren Schichten, die beispielsweise hinsichtlich ihrer Dotierung unterscheiden können, im Rahmen einer solchen Leiterschichtstruktur 810 implementiert werden.
Auch die Zahl und die Verteilung der unterschiedlichen Schichten zueinander kann beliebig variiert werden. So sind die in den 16a und 16b gezeigten Leiterschichtstruktur 810 lediglich als beispielhaft zu verstehen. So können durchaus mehr als zwei bzw. mehr als sechs individuelle Schichten 870, 880 zum Einsatz kommen. Genau so gut könnten jedoch auch weniger als die betreffende Zahl von Schichten implementiert werden.
Auch hinsichtlich der Anordnung der verschiedenen Schichten zueinander sind in 16a und 16b ausschließlich zwei nicht als einschränkend zu verstehende Beispiele dargestellt. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang lediglich, dass die Leiterschichtstruktur 810 bzw. der Stack 810 eine Metallschicht umfasst, die beispielsweise aus einem einzigen Metall oder einer Legierung gefertigt sein kann.
Auch hinsichtlich der relativen Dicken können die verschiedenen Schichten des Stacks 810 unterschiedlich ausgelegt sein. So können beispielsweise die Dicken der Metallschichten und der Poly-Siliziumschichten im Verhältnis von etwa 1:2 stehen (Metallschicht:Poly-Silizium = 1/3:2/3).
17 zeigt ein Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur 900 mit einem Substrat 910 mit einer Hauptoberfläche 920, die in 17 auch durch den Pfeil 930 markiert ist. Neben der Hauptoberfläche 920 ist in 17 auch eine der Hauptoberfläche 920 abgewandte Rückseite 940 des Substrats 910 gezeigt. Bei dem Substrat 910 handelt es sich um ein im Wesentlichen monokristallines Substrat, das beispielsweise Silizium umfasst. In diesem Fall kann es sich beispielsweise um einen gegebenenfalls aus einem Siliziumwafer gewonnenes Substrat 910 handeln, bei dem ein monokristalliner Bereich oder ein epitaktischer Bereich 950 sich bis zu der Hauptoberfläche 920 des Substrats 910 erstreckt. Handelt es sich bei dem Bereich 950 um einen epitaktischen Bereich, der typischerweise auf einen monokristallinen Bereich abgeschieden wird, existiert zwischen dem monokristallinen Bereich des Substrats 910 und dem epitaktischen Bereich 950 eine Grenzfläche 960, auf die im Rahmen der Herstellung des Substrats 910 der betreffende epitaktische Bereich 950 abgeschieden wurde.
Handelt es sich, wie zuvor erläutert wurde, um ein Silizium-Substrat 910 und bei dem Bereich 950 um einen epitaktischen Bereich 950, ist dieser im Falle von Silizium häufig mittels einer CVD-Abscheidung (CVD = chemical vapor deposition = chemische Dampfphasenabscheidung) erzeugt worden. Der dem Substrat 910 zugrundeliegende Wafer ist dabei meistens aus einem Silizium-Einkristall gewonnen worden, der häufig gemäß der Czochralski-Methode gewonnen wurde.
Unabhängig davon, ob es sich bei dem Bereich 950 nun um einen monokristallinen Bereich, beispielsweise eines Wafers auf Basis eines Einkristalls, oder um einen epitaktischen Bereich handelt, erstreckt sich dieser jedoch bis zur Hauptoberfläche 920 des Substrats 910. Das Vergleichsbeispiel einer Verkrallungsstruktur 900 umfasst darüber hinaus eine Ausnehmung 970 in dem monokristallinen oder epitaktischen Bereich 950 an der Hauptoberfläche 920 des Substrats 910. Darüber hinaus umfasst das Vergleichsbeispiel aus 17 einer Verankerungsstruktur eine Leiterschichtstruktur 810 auf der Hauptoberfläche 920 des Substrats, die sich in die Ausnehmung 970 bis zu einem Boden 980 der Ausnehmung erstreckt.
Bei der Leiterschichtstruktur 810 handelt es sich wiederum um eine laterale Schichtstruktur, wie sie im Zusammenhang mit den Vergleichsbeispielen einer Verankerungsstruktur 800 in den 14 und 15 und im Zusammenhang mit 16 beschrieben und erläutert wurde. Mit anderen Worten umfasst die Leiterschichtstruktur 810 typischerweise wenigstens eine Metallschicht, bei der es sich beispielsweise um eine Metallschicht aus Gold, Silber, Kupfer, Platin, Palladium oder Aluminium handelt. Ferner kann die Leiterschichtstruktur 810 jedoch weitere Schichten umfassen, die beispielsweise ebenfalls aus Metall gefertigt sein können oder gegebenenfalls ein optional dotiertes bzw. optional hochdotiertes Halbleitermaterial, etwa Poly-Silizium umfassen können.
Die Leiterschichtstruktur 810 mit wenigstens einer Metallschicht auf der Hauptoberfläche 920 des Substrats erstreckt sich, wie dies 17 auch zeigt hierbei wenigstens bis zu dem Boden 980 der Ausnehmung 970. Außerhalb der Ausnehmung 970 kann sie, wie dies im linken Teil von 17 angedeutet ist, über einen weiteren Bereich sich erstrecken oder, wie dies im rechten Bereich von 17 dargestellt ist, nur einen geringfügigen Überlapp mit der Hauptoberfläche 920 des Substrats bzw. des an sie angrenzenden Bereich 950 aufweisen. Je nach konkreter Implementierung eines Vergleichsbeispiels einer Verankerungsstruktur 900 steht die Leiterschichtstruktur 810 wenigstens im Bereich des Bodens 980 der Ausnehmung 970 mit dem monokristallinen oder epitaktischen Bereich 950 in einem elektrisch leitfähigen Kontakt, dass der Bereich 950 über die am Boden 980 der Ausnehmung 970 verlaufende Leiterschichtstruktur 810 elektrisch kontaktiert werden kann.
Vergleichsbeispiele einer Verankerungsstruktur 900 ermöglichen es so wiederum aufgrund der Ausnehmung 970 in dem monokristallinen oder epitaktischen Bereich 950 des Substrats 910 eine gesteigerte und signifikant verbesserte Resistenz gegenüber Belastungen der Leiterschichtstrukturen 810 zu realisieren, die dazu geeignet sind, die Leiterschichtstrukturen 810 typischerweise von der Hauptoberfläche des Substrats 920 abzuheben bzw. entlang der Hauptoberfläche 920 des Substrats 910 zu verschieben. Somit schaffen auch Vergleichsbeispiele von Verankerungsstrukturen 900 eine signifikante Verbesserung der Resistenz von Belastungen, gegenüber, wie beispielsweise während des TemperatureCycling oder auch während des normalen Betriebs der späteren Bauelemente auftreten können.
Neben den im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Beispielen der verschiedenen Verankerungsstrukturen und Verkrallungsstrukturen sind diese selbstverständlich vielfältig miteinander kombinierbar. So können beispielsweise die im Rahmen der 5 bis 11 beschriebenen Beispiele von Verkrallungsstrukturen sowohl beliebig miteinander als auch mit Beispielen von Verankerungsstrukturen, wie sie beispielsweise in den 2 bis 4 und 12 bis 17 beschrieben sind, kombiniert zum Einsatz gebracht werden. Ebenso können die verschiedenen Beispiele von Verankerungsstrukturen durchaus miteinander kombiniert werden. Je nach konkretem Einsatzgebiet ist es so beispielsweise möglich Beispiele von Verankerungsstrukturen, wie sie in den 1 bis 4 erläutert wurden, mit denen, wie sie im Zusammenhang mit 17 erläutert wurden einzusetzen. Ebenso kann eine Kombination der Vergleichsbeispiele von Verankerungsstrukturen, wie sie im Zusammenhang mit den 14 bis 16 erörtert wurden, kombiniert mit einem Vergleichsbeispiel einer Verankerungsstruktur, wie sie in 17 gezeigt ist, implementiert und realisiert werden. Selbstverständlich können darüber hinaus die Ausnehmungen der betreffenden Beispiele der Verankerungsstrukturen Topologiekanten aufweisen, wie sie zusätzlich auch im Sinne der Vergleichsbeispiele von Verkrallungsstrukturen beschrieben sind.
Durch diese Kombinationen kann eine signifikant verbesserte Belastbarkeit gegenüber Stress und anderen Belastungen, die dazu neigen, Leiterschichtstrukturen, Metallflächen, Metallgebiete, Metallbahnen oder andere Metallflächen durch laterale Kräfte entlang der Oberfläche eines Bauelements oder eines Substrats zu verschieben, unterbinden. Ebenso kann durch eine entsprechende Kombination oder auch einzelne Implementierungen von verschiedenen Verankerungsstrukturen und/oder Verkrallungsstrukturen eine gesteigerte Resistenz gegenüber vertikalen bzw. normal zur Oberfläche der betreffenden Bauelemente und Substrate wirkenden Kräfte geschaffen werden, so dass auch eine signifikant verbesserte Belastbarkeit und Resistenz gegenüber abgehobenen Metalllinien, Metallflächen, Metallgebieten und anderen Leiterschichtstrukturen realisiert werden kann.
Darüber hinaus sollte an dieser Stelle angemerkt werden, dass bei allen Beispielen von Verankerungsstrukturen und/oder Verkrallungsstrukturen, sowie deren Kombinationen, also insbesondere bei allen Bauelementen, Chips und Substraten Metallschichten, Metallgebiete, Metallstrukturen und Leiterschichtstrukturen typischerweise freiliegen, so dass diese mit Hilfe von Bonddrähten bzw. anderen Kontaktdrähten von der dem Substrat bzw. Bauelement abgewandeten Seite aus kontaktierbar sind. Neben Bonddrähten, die beispielsweise durch ein thermisches Bonden oder ein ultraschall-unterstütztes Bonden aufgebracht werden können, können die betreffenden Metallgebiete oder Leiterschichtstrukturen auch durch Presskontakte oder federbeaufschlagte Kontakte elektrisch kontaktiert werden. Hierbei kann gegebenenfalls optional zumindest ein Teil der betreffenden Metallstrukturen und/oder Leiterschichtstrukturen durch eine (organische) Schutzschicht, wie etwa PMMA, BPSG oder einer anderen organischen Verbindung abgedeckt sein. Insbesondere werden jedoch im Allgemeinen die betreffenden Metallgebiete oder Leiterschichtstrukturen kaum bzw. überhaupt nicht durch Oxidschichten und/oder Nitridschichten abgedeckt, wie dies beispielsweise im Rahmen von CMOS-Bauelementen (CMOS = complementary metal oxide semiconductor = komplementärer Metalloxid-Halbleiter) der Fall ist.
Wie bereits zuvor erläutert wurde, werden im Folgenden zusammenfassend Bezugszeichen verwendet, um die nachfolgenden Beschreibungen zu vereinfachen.

Claims

Verankerungsstruktur (200) für eine Metallstruktur (210) eines Halbleiterbauelements auf einem Halbleitersubstrat, mit folgenden Merkmalen: einer Verankerungsausnehmungsstruktur (220) mit wenigstens einer überhängenden Seitenwand (230) unterhalb einer Oberfläche des Halbleitersubstrats, wobei die Metallstruktur (210) wenigstens teilweise in der Verankerungsausnehmungsstruktur (220) derart angeordnet ist, dass ein Volumenanteil von mehr als 20% der Metallstruktur (210) in die Verankerungsausnehmungsstruktur (220) hineinversenkt ist und die Metallstruktur (210) die Verankerungsausnehmungsstruktur (220) bis zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausfüllt, wobei die Verankerungsausnehmungsstruktur (220) eine Verankerungsgrabenstruktur ist; wobei es sich bei der die Metallstruktur (440) um einen Teil einer Gaterunner-Struktur handelt, die im äußeren Bereich des Halbleiterbauelements entlang läuft und zur Kontaktierung einer Kontaktstruktur (320) im Bereich des Bodens der Verankerungsgrabenstruktur dient; wobei die elektrisch leitfähige Kontaktstruktur (320) zumindest ein Gate eines Transistors umfasst.
Verankerungsstruktur (200) nach Anspruch 1, bei der die Verankerungsgrabenstruktur einen Graben bezüglich einer Hauptoberfläche einer Trägeschichtstruktur (260) aufweist, in der der Graben angeordnet ist, wobei der Graben zumindest in einem Teil der der Hauptoberfläche (360) zugewandeten Seitenwand mit einer Oxidschicht (330) derart bedeckt ist, so dass eine Dicke der Oxidschicht (330) mit zunehmender Tiefe in dem Graben abnimmt, so dass die an der Seitenwand des Grabens angeordnete Oxidschicht (330) die überhängende Seitewand (230) der Verankerungsgrabenstruktur (220) ausbildet.
Verankerungsstruktur (200) nach Anspruch 2, bei der in dem Graben ferner eine elektrisch leitfähige Kontaktstrukturschicht (320) zwischen der Oxidschicht (330) und dem Graben angeordnet ist, wobei die Oxidschicht (330) ein einem Bodenbereich des Grabens zugewandeten Seite eine Ausnehmung (340) umfasst, so dass die Metallstruktur (210) mit der Kontaktstruktur (320) direkt in Kontakt steht.
Verankerungsstruktur (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Bauelement einen weiteren Graben (250) in der Trägerschichtstruktur (260) mit einer Breite aufweist, wobei eine maximale Breite der Verankerungsgrabenstruktur (220) wenigstens die dreifache Bereite des weiteren Grabens (250) aufweist.
Verankerungsstruktur (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Metallstruktur (210) wenigstens teilweise eine Hauptoberfläche aufweist, die freiliegt.