DE102014112322A1 - Halbleitervorrichtung mit Feldelektrode und Kontaktstruktur - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) umfasst eine Feldelektrodenstruktur (160) mit einer Feldelektrode (165) und einem die Feldelektrode (165) umgebenden Felddielektrikum (161). Ein Halbleiterkörper (100) umfasst einen Transistorabschnitt (TS), der die Feldelektrodenstruktur (160) umgibt und eine Sourcezone (110), einen ersten Driftzonenabschnitt (121a) und eine die Sourcezone (110) und den ersten Driftzonenabschnitt (121a) trennende Bodyzone (115) aufweist. Die Bodyzone (115) bildet einen ersten pn-Übergang (pn1) mit der Sourcezone (110) und einen zweiten pn-Übergang (pn2) mit dem ersten Driftzonenabschnitt (121a). Eine Gatestruktur (150) umgibt die Feldelektrodenstruktur (160) und umfasst eine Gateelektrode (155) und ein die Gateelektrode (155) und die Bodyzone (115) trennendes Gatedielektrikum (151). Eine Kontaktstruktur (315) grenzt direkt an die Source- und Bodyzonen (110, 115) an und umgibt die Feldelektrodenstruktur (160) gleichmäßig bezüglich der Feldelektrodenstruktur (160).

Description

  • HINTERGRUND
  • Halbleitervorrichtungen, wie IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) und IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) sind typischerweise vertikale Vorrichtungen mit einem Laststromfluss zwischen einer ersten Oberfläche an einer Front- bzw. Vorderseite einer Halbleiterdie bzw. eines Halbleiterchips und einer zweiten Oberfläche an einer Rückseite. In einem Sperrmodus verarmen streifenförmige Kompensationsstrukturen, die sich von der Vorderseite in die Halbleiterdie erstrecken, eine Driftzone in der Halbleiterdie. Die Kompensationsstrukturen erlauben höhere Dotierstoffkonzentrationen in der Driftzone ohne nachteilhaften Einfluss auf die Sperrfähigkeiten. Höhere Dotierstoffkonzentrationen ihrerseits reduzieren den Einschaltwiderstand der Vorrichtung.
  • Es ist wünschenswert, Halbleitervorrichtungen mit reduzierten Schaltverlusten vorzusehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung eine Feldelektrodenstruktur, die eine Feldelektrode und ein die Feldelektrode umgebendes Felddielektrikum umfasst. Ein Transistorabschnitt eines Halbleiterkörpers umgibt die Feldelektrodenstruktur und umfasst eine Sourcezone, einen ersten Driftzonenabschnitt und eine Bodyzone, die die Sourcezone und den ersten Driftzonenabschnitt trennt. Die Bodyzone bildet einen ersten pn-Übergang mit der Sourcezone und einen zweiten pn-Übergang mit dem ersten Driftzonenabschnitt. Eine Gatestruktur umgibt die Feldelektrodenstruktur und umfasst eine Gateelektrode und ein Gatedielektrikum, das die Gateelektrode und die Bodyzone trennt. Eine Kontaktstruktur grenzt direkt an die Source- und Bodyzonen an und umgibt die Feldelektrodenstruktur gleichmäßig bzw. gleichförmig bezüglich der Feldelektrodenstruktur.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung eine Feldelektrodenstruktur mit einer Feldelektrode und einem die Feldelektrode umgebenden Felddielektrikum. Ein Halbleiterkörper umfasst einen Transistorabschnitt, der eine Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen umgibt und eine Sourcezone, einen ersten Driftzonenabschnitt und eine Bodyzone aufweist, die die Sourcezone und den ersten Driftzonenabschnitt trennt. Die Bodyzone bildet einen ersten pn-Übergang mit der Sourcezone und einen zweiten pn-Übergang mit dem ersten Driftzonenabschnitt. Eine Gatestruktur grenzt direkt an den Transistorabschnitt auf entgegengesetzten Seiten an und umfasst eine Gateelektrode und ein Gatedielektrikum, das die Gateelektrode und die Bodyzone trennt. Eine streifenförmige Kontaktstruktur grenzt direkt an die Source- und Bodyzonen an. Eine Hilfs- bzw. Nebenkontaktstruktur grenzt direkt an die Feldelektrode an und überlappt gleichförmig bzw. gleichmäßig mit dem Transistorabschnitt um die Feldelektrodenstruktur.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine Kontaktstruktur mit einer konzentrischen kreisförmigen Öffnung bezogen ist.
  • 1B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 1A längs einer Linie B-B.
  • 1C ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine ringförmige Kontaktstruktur mit einer konzentrischen Öffnung bezogen ist.
  • 1D ist eine schematische perspektivische Darstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 1A.
  • 1E ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine ringförmige Kontaktstruktur und auf eine Gatestruktur mit abgeschrägten Ecken bezogen ist.
  • 1F ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine Umfangskontaktstruktur mit einem gekanteten Umriss und einer Gatestruktur mit gerundeten Ecken bezogen ist.
  • 2 ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Referenzvorrichtung, die eine Kontaktstruktur mit einer quadratischen Öffnung umfasst, um Effekte der Ausführungsbeispiele zu diskutieren.
  • 3A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine direkt an ein Felddielektrikum angrenzende Kontaktstruktur vorsieht.
  • 3B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 3A längs einer Linie B-B.
  • 4A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine Kontaktstruktur bezogen ist, die elektrisch eine Feldelektrode mit angrenzenden Source- und Bodybereichen verbindet.
  • 4B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 4A längs einer Linie B-B.
  • 5 ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das Transistorabschnitte mit abgeschrägten Kanten vorsieht.
  • 6 ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit kreisförmigen Transistorabschnitten.
  • 7 ist ein schematisches Layout von kreisförmigen Transistorzellen, wie diese in 6 veranschaulicht sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 8A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf ringförmige Gateelektroden bezogen ist, die zwischen der Feldelektrode und dem Transistorabschnitt der jeweiligen Transistorzelle gebildet sind.
  • 8B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 8A längs einer Linie B-B.
  • 9A ist ein schematisches Layout von Transistorzellen, wie diese in 8A und 8B dargestellt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel mit den in einer Matrix angeordneten Transistorzellen.
  • 9B ist ein schematisches Layout von Transistorzellen, wie diese in 8A und 8B gezeigt sind, gemäß einem Ausführungsbeispiel mit den in gestaffelten Linien angeordneten Transistorzellen.
  • 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf streifenförmige Kontaktstrukturen bezogen ist, die räumlich getrennte Feldelektroden verbinden.
  • 11 ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine Kontaktstruktur mit einer quadratischen Öffnung und einen gekanteten Umriss sowie auf eine Gatestruktur mit gerundeten Ecken bezogen ist.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel dargestellt oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Ausdruck ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Ausdruck ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” nächst zu dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches ist, während ein ”n+”-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Die 1A und 1B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500, die Transistorzellen TC umfasst. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein IGFET, beispielsweise ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der üblichen Bedeutung sein oder einen solchen umfassen, einschließlich FETS mit Metallgates sowie FETs mit Nicht-Metallgates als Beispiel. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 beruht auf einem Halbleiterkörper 100 aus einem einkristallinen Halbleitermaterial, wie Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), einem Silizium-Germanium-Kristall (SiGe), Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs) oder irgendeinem anderen AIIIBV-Halbleiter.
  • Der Halbleiterkörper 100 hat eine erste Oberfläche 101, die angenähert planar sein kann oder die durch eine Ebene definiert sein kann, die durch koplanare Oberflächenabschnitte aufgespannt ist, sowie eine planare zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101. Ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist gewählt, um eine spezifische Spannungssperrfähigkeit zu erzielen und kann wenigstens 20 μm sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand in dem Bereich von einigen 100 μm sein. Eine laterale Oberfläche, die zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 geneigt ist, verbindet die ersten und zweiten Oberflächen 101, 102.
  • In einer Ebene senkrecht zu der Querschnittsebene kann der Halbleiterkörper 100 eine rechteckförmige Gestalt mit einer Rand- bzw. Kantenlänge von einigen Millimetern haben. Eine Normale zu der ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der vertikalen Richtung sind horizontale Richtungen.
  • Der Halbleiterkörper 100 umfasst eine Drainstruktur 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps sowie einen Kontaktteil 130 des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Drainstruktur 120 und der zweiten Oberfläche 102. Der Kontaktteil 130 kann ein Substratteil und/oder eine stark dotierte Schicht sein oder einen solchen bzw. eine solche umfassen. Die Drainstruktur 120 umfasst eine Driftzone 121, wobei eine Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 graduell oder in Stufen mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wenigstens in Teilen ihrer vertikalen Ausdehnung bzw. Erstreckung zunehmen oder abnehmen kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 angenähert gleichmäßig sein. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 kann zwischen 1E15 cm–3 und 1E17 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von 5E15 cm–3 bis 5E16 cm–3 sein. Die Drainstruktur 120 kann weitere dotierte Zonen, beispielsweise einen Feldstoppschicht 128, welche die Driftzone 121 von dem Kontaktteil 130 trennt, umfassen. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppschicht 128 kann wenigstens fünf Mal so hoch wie eine mittlere Fremdstoffkonzentration in der Driftzone 121 und höchstens ein Fünftel einer maximalen Dotierstoffkonzentration in dem Kontaktteil 130 sein.
  • Längs der zweiten Oberfläche 102 ist eine Dotierstoffkonzentration in dem Kontaktteil 130 ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einem direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzenden Metall zu bilden. Falls der Halbleiterkörper 100 auf Silizium beruht, kann in einem n-leitenden Kontaktteil 130 die Dotierstoffkonzentration längs der zweiten Oberfläche 102 wenigstens 1E18 cm–3, beispielsweise wenigstens 5E19 cm–3, sein. In einem p-leitenden Kontaktteil 130 kann die Dotierstoffkonzentration wenigstens 1E16 cm–3, beispielsweise wenigstens 5E17 cm–3, sein.
  • Eine Feldelektrodenstruktur 160 einschließlich einer ähren- oder nadelförmigen Feldelektrode 165 und eines die Feldelektrode 165 umgebenden Felddielektrikums 161 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100. Die Feldelektrode 165 umfasst eine stark dotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine Metall enthaltende Schicht oder besteht aus einer solchen.
  • Das Felddielektrikum 161 trennt die Feldelektrodenstruktur 165 von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 100. Das Felddielektrikum 161 kann ein Halbleiteroxid, beispielsweise ein thermisch aufgewachsenes oder aufgetragenes Siliziumoxid, ein Siliziumnitrid, beispielsweise ein aufgetragenes oder thermisch aufgewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxynitrid, beispielsweise ein Siliziumoxynitrid, oder eine Kombination hiervon umfassen oder aus einem solchen bestehen. Das Felddielektrikum 161 kann eine konforme Schicht sein, wobei eine Dicke des Felddielektrikums 161 gleichmäßig längs des gesamten Umfangs der Feldelektrode 165 und längs der gesamten Zwischenfläche mit der Feldelektrode 165 sein kann.
  • Eine vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstruktur 160 kann kleiner sein als ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche 101 und der Feldstoppschicht 128 derart, dass ein zusammenhängender Driftzonenabschnitt 121b zwischen den Feldelektrodenstrukturen und der Feldstoppschicht 128 gebildet wird. Die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstruktur 160 kann in einem Bereich von 0,2 μm bis 45 μm, beispielsweise in einem Bereich von 2 μm bis 20 μm, sein.
  • Eine erste horizontale Ausdehnung bzw. Erstreckung der Feldelektrode 165 kann höchstens drei Mal oder doppelt so groß wie eine zweite horizontale Ausdehnung bzw. Erstreckung senkrecht zu der ersten horizontalen Ausdehnung bzw. Erstreckung sein. Die horizontalen Ausdehnungen können in einem Bereich von 0,1 μm bis 2 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,15 μm bis 1 μm, sein.
  • Die horizontalen Querschnittsgebiete der Feldelektroden 165 und der Feldelektrodenstrukturen 160 können jeweils rechteckförmige oder verzerrte Polygone mit oder ohne gerundete Ecken sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten horizontalen Ausdehnungen angenähert gleich, und die horizontalen Querschnittsgebiete der Feldelektroden 165 und der Feldelektrodenstrukturen 160 sind regelmäßige Polygone, wie Hexagone oder Quadrate, jeweils mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken.
  • Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die horizontalen Querschnittsgebiete der Feldelektroden 165 und der Feldelektrodenstrukturen 160 Ellipsen oder Ovale derart sein, dass der Teil des gesamten Querschnittsgebietes, das durch die Feldelektrodenstrukturen 160 verbraucht wird, reduziert werden kann. Weiterhin kann die Zuverlässigkeit eines Felddielektrikums, das auf einen Rand aufgewachsen oder aufgetragen ist, aufgrund der Bildung von leitenden Spitzen in Teilen des ränderbedeckenden Felddielektrikums reduziert sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten horizontalen Ausdehnungen bzw. Erstreckungen angenähert gleich, und die horizontalen Querschnittsgebiete der Feldelektroden 165 und der Feldelektrodenstrukturen 160 sind Kreise.
  • Transistorzellen TC sind um einen horizontalen Mittelpunkt CP der Feldelektrodenstrukturen 160 zentriert gebildet. Die Transistorzellen TC können matrixähnlich in Zeilen und Spalten angeordnet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Transistorzellen TC in Zeilen angeordnet sein, wobei beispielsweise ungerade Zeilen bezüglich der geraden Zeilen um einen halben Abstand zwischen zwei Transistorzellen TC längs der Zeile verschoben sein können. Halbleitende Teile der Transistorzellen TC sind in Transistorabschnitten TS des Halbleiterkörpers 10 gebildet, wobei die Transistorabschnitte TS die jeweilige Feldelektrodenstruktur 160 umgeben. Die Transistorabschnitte TS stehen von einem zusammenhängenden Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 vor.
  • Jeder Transistorabschnitt TS umfasst eine Bodyzone 115 des zweiten Leitfähigkeitstyps, einen ersten Driftzonenabschnitt 121a des ersten Leitfähigkeitstyps sowie eine oder mehrere Sourcezonen 110 des ersten Leitfähigkeitstyps.
  • Die ersten Driftzonenabschnitte 121a, die zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160 gebildet sind, sind direkt mit dem zusammenhängenden Driftzonenabschnitt 121b verbunden, der in dem zusammenhängenden Halbleiterabschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 gebildet ist. In jedem Transistorabschnitt TS bildet die jeweilige Bodyzone 115 einen oder mehrere erste pn-Übergänge pn1 mit der einen oder mehreren Sourcezonen 110 und einen zweiten pn-Übergang pn2 mit dem ersten Driftzonenabschnitt 121a.
  • Die Sourcezonen 110 können Wannen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100, beispielsweise in die Bodyzonen 115, erstrecken. Die Bodyzone 115 der Transistorzelle TC umgibt vollständig die jeweilige Feldelektrodenstruktur 160 in einer horizontalen Ebene. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umgibt eine Sourcezone 110 die Feldelektrodenstruktur 160 in einer horizontalen Ebene. Die Sourcezone 110 bzw. die Sourcezonen 110 können direkt an die Feldelektrodenstruktur 160 angrenzen oder können gleich von der Feldelektrodenstruktur 160 beabstandet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist die Feldelektrodenstruktur 160 der Transistorzelle TC nicht vollständig durch eine Sourcezone 110 umgeben oder umfasst einige räumlich getrennte Sourcezonen 110.
  • Eine äußere Umriss- bzw. Konturlinie eines horizontalen Querschnittsgebiets des Transistorabschnitts TS kann ein Kreis, eine Ellipse, ein Oval oder ein Polygon, d. h. ein Hexagon oder ein Quadrat, jeweils mit oder ohne gerundete Ecken, sein. Eine innere Umrisslinie des Transistorabschnitts TS ist definiert durch den Umriss der Feldelektrodenstruktur 160 in der horizontalen Ebene. Eine horizontale Breite des Transistorabschnitts kann in einen Bereich von 0,6 μm bis 12 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,8 μm bis 4 μm, sein.
  • Eine Gatestruktur 150 umfasst eine leitende Gateelektrode 155, die die Feldelektrodenstruktur 160 in der horizontalen Ebene innerhalb oder außerhalb des Transistorabschnitts TS umgibt. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umgibt die Gatestruktur 150 den Transistorabschnitt TS, der seinerseits die Feldelektrodenstruktur 160 umgibt. Die Gateelektrode 155 umfasst eine stark dotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine Metall enthaltende Schicht oder besteht aus einer solchen.
  • Die Gateelektrode 155 ist vollständig gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert, wobei ein Gatedielektrikum 151 die Gateelektrode 155 wenigstens von der Bodyzone 115 trennt. Das Gatedielektrikum 151 koppelt kapazitiv die Gateelektrode 155 mit Kanalteilen der Bodyzonen 115. Das Gatedielektrikum 151 kann aus einem Halbleiteroxid, beispielsweise einem thermisch gewachsenen oder aufgetragenem Siliziumoxid, einem Siliziumnitrid, beispielsweise einem aufgetragenen oder thermisch aufgewachsenen Siliziumnitrid, einem Halbleiteroxynitrid, beispielsweise einem Siliziumoxynitrid, oder einer Kombination hiervon bestehen oder jeweils eine solche umfassen.
  • Die Gatestruktur 150 kann ein laterales Gate sein, das außerhalb des Halbleiterkörpers 100 längs der ersten Oberfläche 101 gebildet ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gatestruktur 150 ein Trenchgate, das sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 erstreckt.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen und für die folgende Beschreibung ist der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist ein p-Typ. Ähnliche Überlegungen, wie unten angegeben, gelten für Ausführungsbeispiele, bei denen der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist, während der zweite Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist.
  • Wenn eine an die Gateelektrode 150 angelegte Spannung eine voreingestellte Schwellenspannung überschreitet, sammeln sich Elektronen in den Kanalteilen der Bodyzonen 115 direkt angrenzend an das Gatedielektrikum 151 und bilden Inversionskanäle, die die zweiten pn-Übergänge pn2 für Elektronen kurzschließen.
  • Eine vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150 ist kleiner als die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstruktur 160. Die vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150 kann in einem Bereich von 20 nm bis 2000 nm, beispielsweise in einem Bereich von 600 nm bis 1000 nm, sein.
  • Gemäß dem dargestellten aus umgibt die Gatestruktur 150 den Transistorabschnitt TS derart, dass die Feldelektrodenstruktur 160 und die Gatestruktur 150 sandwichartig zu dem dazwischenliegenden Transistorabschnitt TS mit den Source- und Bodyzonen 110, 115 vorgesehen sind. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Gatestruktur 150 zwischen dem Transistorabschnitt TS und der Feldelektrodenstruktur 160 gebildet sein.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum 210 kann auf der ersten Oberfläche 101 gebildet sein. Erste dielektrische Teile 210a des Zwischenschichtdielektrikums 210 isolieren elektrisch die Gateelektroden 155 von einer ersten Lastelektrode 110, die auf der Front- bzw. Vorderseite vorgesehen ist. Das Zwischenschichtdielektrikum 210 kann weiterhin zweite dielektrische Teile 210b in der vertikalen Projektion von Teilen der Feldelektrodenstruktur 160 umfassen.
  • Das Zwischenschichtdielektrikum 210 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aus Siliziumoxid, Silizumnitrid, Silizumoxynitrid, dotiertem oder undotiertem Silikatglas, beispielsweise BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) als Beispiel umfassen.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss bilden oder elektrisch mit einem solchen gekoppelt oder verbunden sein, beispielsweise mit dem Sourceanschluss S. Eine zweite Lastelektrode 320, die direkt an die zweite Oberfläche 102 und den Kontaktteil 130 angrenzt, kann einen zweiten Lastanschluss, beispielsweise den Drainanschluss D, bilden oder elektrisch mit diesem verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese Stoffe als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile Nickel (Ni), Zinn (Sn), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Vanadium (V), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Beispielsweise kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 zwei oder mehr Unterschichten aufweisen, wobei jede Unterschicht einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Sn, Ti, V, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung, enthält.
  • Kontaktstrukturen 315 erstrecken sich durch Öffnungen in dem Zwischenschichtdielektrikum 210 und verbinden elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den Source- und Bodyzonen 110, 115 der Transistorzellen TC. Die Kontaktstrukturen 315 können eine oder mehrere Metall enthaltende leitende Schichten, die beispielsweise auf Titan (Ti) oder Tantal (Ta) beruhen, und einen Metallfüllteil, beispielsweise auf Wolfram (W) beruhend, umfassen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Kontaktstrukturen 315 stark dotierte Strukturen sein, beispielsweise stark n-dotiertes Polysilizium oder stark p-dotierte Säulenstrukturen. Jede Kontaktstruktur 315 umgibt gleichmäßig die Feldelektrodenstruktur 160 bezüglich eines Mittenpunktes CP der Transistorzelle TC derart, dass ein Abstand d zwischen der jeweiligen Kontaktstruktur 315 und der betreffenden Feldelektrodenstruktur 160 der gleiche längs des vollständigen Umfangs der Feldelektrodenstruktur 160 ist. Der Abstand d kann in einem Bereich von 0 bis 500 nm, beispielsweise von 0 bis 250 nm, sein.
  • Gemäß den in den 1A bis 1D gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Kontaktstruktur 315 gleich bei einem Abstand d > 0 von der Feldelektrodenstruktur 160 längs des gesamten Umfangs der Feldelektrodenstruktur 160 beabstandet.
  • Wenn in der Halbleitervorrichtung 500 ein Avalanche auftritt, wird die Drain-Source-Spannung auf ihre effektive Durchbruchspannung geklemmt, und Elektron/Lochpaare werden in den Halbleiterkörper 100 unter anderem längs der Seitenwände der Feldelektrodenstrukturen 160 erzeugt. Während die Elektronen zu der Rückseite laufen und durch die zweite Lastelektrode 320 abgeführt werden, verlaufen die Löcher in der Richtung der Vorderseite längs der Feldelektrodenstruktur 160. Nach Durchlaufen des zweiten pn-Übergangs pn2 erhalten die Lochstrompfade eine horizontale Komponente in der Richtung der Kontaktstrukturen 315. Der horizontale Lochstrom induziert einen horizontalen Spannungsabfall. Wenn der horizontale Spannungsabfall eine Basis-Emitter-Schwellenspannung eines parasitären npn-Bipolarübergangstransistors (BJT) überschreitet, der durch den n-leitenden Sourcebereich 110, den p-leitenden Bodybereich 115 und die n-leitende Driftzone 121 gebildet ist, kann der parasitäre npn-BJT zünden. Eine Zündung des parasitären BJT kann nachteilhaft eine Vorrichtungszuverlässigkeit beeinträchtigen. Ein horizontaler Pfad des Lochstromflusses von angenähert 350 nm kann ausreichend sein, um den parasitären BJT zu zünden. Die Ausführungsbeispiele vermeiden lange horizontale Pfade für den Lochstromfluss, so dass für eine gegebene Breite des Transistorabschnitts TS die Wahrscheinlichkeit für eine Zündung des parasitären npn-BJT reduziert werden kann. Die Vorrichtung arbeitet zuverlässiger.
  • Ein horizontales Querschnittsgebiet der Kontaktstruktur 315 kann eine zentrale Öffnung OC haben, wobei die Kontur bzw. der Umriss der Öffnung OC die innere Kontur der Kontaktstruktur 315 definiert. Die Kontur der Öffnung OC und die Kontur der Feldelektrodenstruktur 160 sind geometrisch ähnlich, wobei die Kontur der Öffnung OC erhalten wird durch gleichmäßiges Vergrößern der Kontur der Feldelektrodenstruktur 160. Das Querschnittsgebiet der Öffnung OC kann größer sein als das Querschnittsgebiet der Feldelektrode 165. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Querschnittsgebiet der Öffnung OC größer als das Querschnittsgebiet der Feldelektrodenstruktur 160 derart, dass die Öffnung OC einen Teil des Transistorabschnitts TS freilegt.
  • Ein Hilfs- bzw. Nebenkontakt 315b kann elektrisch die Feldelektrode 165 und die erste Lastelektrode 310 verbinden. Der Hilfskontakt 315b kann rotationssymmetrisch sein und kann konzentrisch bezüglich des Mittenpunkts CP gebildet sein. Zweite dielektrische Teile 210b, die zwischen den Kontaktstrukturen 315 und den Hilfskontaktstrukturen 315b gebildet sein können, können eine thermomechanische Spannung reduzieren.
  • Gemäß den in den 1A bis 1D gezeigten Ausführungsbeispielen sind die innere Kontur der Kontaktstruktur 315 und die Kontur der Feldelektrodenstruktur 160 Kreise, wobei der Durchmesser der Öffnung OC größer ist als der Durchmesser der Feldelektrodenstruktur 160.
  • Die äußere Kontur der Kontaktstruktur 315 ist konzentrisch mit der inneren Kontur und kann ein Polygon, beispielsweise ein Hexagon oder ein Quadrat, jeweils mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken, sein, wie dies in 1A gezeigt ist, so dass eine Breite der Kontaktstruktur 315 sich als eine Funktion einer Winkelrichtung an dem Mittelpunkt verändert.
  • Gemäß einem in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die äußere Kontur der Kontaktstruktur 315 ein Kreis.
  • 1D ist eine perspektivische Darstellung des Halbleiterkörpers 100 der Halbleitervorrichtung 500 von 1A. Die Beschreibung der weiteren Ausführungsbeispiele lässt die Beschreibung von Elementen weg, die in Einzelheiten anhand von 1A bis 1D beschrieben sind.
  • In 1E ist die Kontaktstruktur 315 ringförmig. Die Gatestruktur 150 bildet ein Gitter, wobei die Ecken der Maschen signifikant abgeschrägt sind. Beispielsweise kann ein erster Mindest-Gate-Kontakt-Abstand d3 zwischen der Kontaktstruktur 315 und geraden Abschnitten der Gatestruktur 150 um nicht mehr als 100% von einem zweiten Mindest-Gate-Kontakt-Abstand d4 zwischen der Kontaktstruktur 315 und abgeschrägten Abschnitten der Gatestruktur 150 abweichen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Mindest-Gate-Kontakt-Abstände d3, d4 voneinander um höchstens 20% abweichen. Bei einem ausreichenden Abschrägen kann ein Grad an Überlagerung des Effekts von zwei orthogonalen geraden Abschnitten der Gateelektrode 155 auf einen Teil des Transistorabschnitts TS in der Ecke zwischen den orthogonalen geraden Abschnitten signifikant reduziert werden, und lokale Veränderungen der Schwellenspannung der Transistorzelle TC, die durch die Überlagerung verursacht sind, können vermieden werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel verändert eine lokale Schwellenspannung sich um nicht mehr als 10% längs der jeweiligen Masche.
  • 1F zeigt eine Umfangskontaktstruktur 315 mit einer gekanteten Außenlinie. Lokale Veränderungen der Schwellenspannung der Transistorzelle TC können reduziert oder vermieden werden durch Bilden der Gatestruktur 150, wobei die Ecken der Maschinen signifikant gerundet sind. Beispielsweise kann ein erster Mindest-Gate-Kontakt-Abstand d3 zwischen der Kontaktstruktur 315 und geraden Abschnitten der Gatestruktur 150 um nicht mehr als 100% von einem maximalen Gate-Kontakt-Abstand d5 zwischen der Kontaktstruktur 315 und gerundeten Abschnitten der Gatestruktur 150 abweichen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der erste minimale bzw. Mindest-Gate-Kontakt-Abstand d3 und der maximale Gate-Kontakt-Abstand d5 voneinander um höchstens 20% abweichen.
  • 2 bezieht sich auf eine Referenzvorrichtung 501 mit einer Kontaktstruktur 315, die eine Öffnung OC hat, die nicht geometrisch ähnlich zu dem horizontalen Querschnittsgebiet der Feldelektrodenstruktur 160 ist. Stattdessen ist das Querschnittsgebiet der Felddielektrikumstruktur 160 ein Kreis, wohingegen die Öffnung OC in der Kontaktstruktur 315 ein Quadrat ist. Ein Abstand zwischen der Kontaktstruktur 315 und der Feldelektrodenstruktur 160 verändert sich zwischen einem minimalen Abstand d1 und einem maximalen Abstand d2. Längs d2 kann eine laterale Pfadlänge von in einem Avalanchemodus erzeugten und längs der Diagramme der Öffnung OC verlaufenden Löchern ausreichend hoch sein, um einen ausreichenden lateralen Spannungsabfall zum Zünden des parasitären BJT zu erzeugen. Für die gleichen horizontalen Abmessungen der Transistorzellen TC reduzieren die Ausführungsbeispiele signifikant den maximalen Abstand und verringern das Risiko, dass der parasitäre BJT zündet.
  • Die 3A und 3B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500 mit einer Kontaktstruktur 315, die mit dem Felddielektrikum 161 überlappt. Die Kontaktstruktur 315 grenzt direkt an das Felddielektrikum 161 in einer horizontalen Ebene an. Löcher, die in dem Avalanchemodus erzeugt sind und längs der vertikalen Richtung längs der Feldelektrodenstruktur 160 verlaufen, können direkt in die erste Lastelektrode 310 ohne jegliche horizontale Pfadkomponente passieren.
  • In der Halbleitervorrichtung 500 der 4A und 4B verbindet eine einzige Kontaktstruktur 315 elektrisch die Sourcezone 110, die Bodyzone 115, TC und die Feldelektrode 165 der jeweiligen Transistorzelle mit der ersten Lastelektrode 310. Das Potential an der Feldelektrode 165 ist gleich zu dem Potential an der ersten Lastelektrode 310.
  • Die Kontaktstruktur 315 kann einen oberen Teil der Feldelektrode 165 umrunden und kann direkt an den oberen Teil der Feldelektrode 165 in einer horizontalen Ebene angrenzen, wie dies in 4B veranschaulicht ist. Gemäß Ausführungsbeispielen, die auf einem Ätzprozess beruhen, der für das Material des Halbleiterkörpers 100 und der Feldelektrode 165, also für beide, wirksam ist, kann die Kontaktstruktur 315 obere Teile des Felddielektrikums 161 auf entgegengesetzten Seiten umgeben bzw. umrunden.
  • In 5 haben der Transistorabschnitt TS und die Kontaktstruktur 315 abgeschrägte Ecken in der horizontalen Ebene, so dass die Kontaktstruktur 315 angenähert gleiche Abstände zu den Gatestrukturen 150 längs des gesamten Umfangs hat. Unabhängig von den absoluten Abmessungen der Transistorzelle TC wird die Avalancherobustheit weiter verbessert, da keine verlängerten lateralen Pfade für einen Lochstromfluss in dem Avalanchemodus selbst auf der Seite der Gatestruktur 150 vorliegen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Ecken der Transistorabschnitte TS, der Kontaktstruktur 315 und der Gatestruktur 150 so gerundet sein, dass ein Abstand zwischen der Gatestruktur 150 und der Kontaktstruktur 315 gleich längs des gesamten Umfangs des Transistorabschnitts TS ist.
  • 6 bezieht sich auf eine Transistorzelle TC, die auf einem Transistorabschnitt TS mit einem ringförmigen Querschnittsgebiet beruht, das sandwichartig zwischen der Feldelektrodenstruktur 160 und der Gatestruktur 150 vorgesehen ist. Die Kontaktstruktur 315 kann direkt an die Feldelektrode 165 angrenzen oder kann von der Feldelektrode 165 beabstandet sein, wobei in dem letzteren Fall die Kontaktstruktur 315 mit dem Felddielektrikum 161 überlappen oder nicht überlappen kann. Ein vertikaler Querschnitt ist äquivalent zu dem in 4B gezeigten.
  • Die Transistorzellen TC, wie diese in 6 gezeigt sind, können in einer Matrixstruktur mir regelmäßig beabstandeten parallelen Zeilen und Spalten angeordnet sein.
  • 7 bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel mit einer Transistorzelle TC, wie in 6 veranschaulicht ist, die in verschobenen Zeilen angeordnet ist, wobei benachbarte Zeilen zueinander um den halben TD/2 Mitte-zu-Mitte-Abstand TD längs der Zeilen verschoben sind. Die Gateelektroden 155 sind miteinander verbunden und bilden ein Gitter, das die Transistorabschnitte TS der Transistorzellen TC einbettet. Die konformen Gatedielektrika 151 mit gleichmäßiger Dicke trennen das Gateelektrodengitter von den Transistorabschnitten TS der Transistorzellen TC.
  • In der Halbleitervorrichtung 500 der 8A und 8B sind die Gatestrukturen 150 jeweils zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160 und den Transistorabschnitten TS gebildet. Jede Gatestruktur 150 kann beruhend auf dem gleichen Trench bzw. Graben, wie dieser für die betreffende Feldelektrodenstruktur 160 vorgesehen ist, gebildet sein, so dass eine äußere Kontur bzw. ein äußerer Umriss der Gatestruktur 150 in der vertikalen Projektion eines Bodenteils des Felddielektrikums 161 gebildet ist, wobei der Bodenteil zu der Rückseite ausgerichtet ist. Die äußeren Konturen der Gatestruktur 160 und des Bodenteiles der Feldelektrodenstruktur 160 können bündig sein bzw. miteinander fluchten.
  • Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Gatestruktur 150 außerhalb eines Trenches gebildet sein, auf welchem die benachbarte Feldelektrodenstruktur 160 beruht. Ein Teil 161a des Felddielektrikums 161 trennt die Feld- und Gateelektroden 165, 155. Eine mit der Transistorzelle TC konzentrische Hilfs- bzw. Nebenkontaktstruktur 315b kann elektrisch die Feldelektrode 165 mit der ersten Lastelektrode 310 verbinden. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen isoliert das Zwischenschichtdielektrikum 210 die erste Lastelektrode 310 von der Feldelektrode 165.
  • Die Transistorzellen TC können matrixähnlich in gleich beabstandeten parallelen Zeilen und Spalten angeordnet sein, wie dies in 9A veranschaulicht ist.
  • In 9B sind die Transistorzellen TC in ungeraden Zeilen in Bezug auf diejenigen in geraden Zeilen längs der Zeilenrichtung um den halben TD/2 Mitte-zu-Mitte-Abstand TD zwischen benachbarten Transistorzellen TC längs der Zeile verschoben.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 10 kombiniert nadelförmige Feldelektroden 165 mit streifenförmigen Kontaktstrukturen 315, die direkt an die Source- und Bodyzonen 110, 115 angrenzen. Hilfs- bzw. Nebenkontaktstrukturen 315b grenzen jeweils direkt an die Feldelektroden 165 an und können mit dem Transistorabschnitt TS um jede Feldelektrodenstruktur 160 überlappen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Überlappung gleichmäßig längs des gesamten Umfangs der Feldelektrodenstruktur 160 sein. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel verändert sich die Überlappung als eine Funktion einer Winkelrichtung. Beispielsweise kann eine äußere Kontur der Feldelektrodenstruktur 160 ein Kreis sein, und eine äußere Kontur der Hilfskontaktstruktur 115b kann ein Quadrat sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen umfasst jede Hilfskontaktstruktur 115b einen ersten Teil, der die Feldelektrodenstruktur 160 bei einem gleichmäßigen Abstand umgibt, und einen zweiten Teil, der direkt an die Feldelektrode 165 angrenzt, wobei ein Teil des Zwischenschichtdielektrikums jeweils zwischen den ersten und zweiten Teilen gebildet ist.
  • Verglichen mit streifenförmigen Feldelektroden erhöhen die ähren- oder nadelförmigen Feldelektroden 165 der vorliegenden Ausführungsbeispiele das gesamte Gebiet der Transistorabschnitte TS in einem gegebenen Halbleitergebiet und reduzieren daher den gesamten Einschaltwiderstand der Driftzone und der Vorrichtung RDSon. Die Kontaktstrukturen gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen steigern signifikant eine Avalancherobustheit, da die Länge des Lochstrompfades durch die Bodyzonen der Transistorzellen klein und angenähert konstant für die Ausricht- bzw. Justiertoleranzen der relevanten Lithographiemasken gehalten ist. Ein Abstand zwischen den Kontaktstrukturen 315 und den Feldelektrodenstrukturen 160 ist konstant und hängt nicht von der Gestalt des Querschnittsgebietes der nadelförmigen Feldelektroden und dem Layout bzw. der Gestaltung ab. Nadelförmige Feldelektroden mit kreisförmigen horizontalen Querschnitten liefern ein hohes Verhältnis eines Halbleitergebietes zu einem Feldelektrodengebiet und zuverlässige Felddielektrika.
  • 11 betrifft Ausführungsbeispiele mit einer Kontaktstruktur 315, die eine Öffnung OC hat, die nicht geometrisch ähnlich zu dem horizontalen Querschnittsgebiet der Feldelektrodenstruktur 160 ist. Die Ecken der Maschen, die durch eine gitterförmige Gatestruktur 150 gebildet sind, sind signifikant abgekantet bzw. abgeschrägt oder gerundet. Beispielsweise kann ein erster minimaler Gate-Kontakt-Abstand d3 zwischen der Kontaktstruktur 315 und geraden Abschnitten der Gatestruktur 150 um nicht mehr als 100% von einem zweiten minimalen Gate-Kontakt-Abstand d4 zwischen der Kontaktstruktur 315 und abgeschrägten oder abgerundeten Abschnitten der Gatestruktur 150 abweichen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten minimalen bzw. Mindest-Gate-zu-Kontakt-Abstände d3, d4 voneinander um höchstens 20% abweichen. Ein ausreichendes Abschrägen, ein Grad einer Überlagerung des Effekts von zwei orthogonalen geraden Abschnitten der Gateelektrode 155 auf einen Teil des Transistorabschnitts TS in der Ecke zwischen den orthogonalen geraden Abschnitten kann signifikant reduziert werden, und lokale Veränderungen der Schwellenspannung der Transistorzelle TC, die durch die Überlagerung verursacht sind, können vermieden werden.
  • Das Ausführungsbeispiel von 11 kann mit den weiteren Merkmalen kombiniert werden, die in Einzelheiten im Hinblick auf die 1A bis 1F beschrieben sind, um eine Halbleitervorrichtung 500 zu erhalten, die Feldelektrodenstrukturen 160 umfasst, die jeweils eine Feldelektrode 165 und ein die Feldelektrode 165 umgebendes Felddielektrikum 161 aufweisen. Ein Halbleiterkörper 100 umfasst Transistorabschnitte TS, wobei jeder Transistorabschnitt TS eine der Feldelektrodenstrukturen 160 umgibt, und umfasst eine Sourcezone 110, einen ersten Driftzonenabschnitt 121a und eine die Sourcezone 110 und den ersten Driftzonenabschnitt 121a trennende Bodyzone 115. Die Bodyzone 115 bildet einen ersten pn-Übergang pn1 mit der Sourcezone 110 und einen zweiten pn-Übergang pn2 mit dem ersten Driftzonenabschnitt 121a.
  • Eine Gatestruktur 150 bildet ein Gitter mit den Feldelektrodenstrukturen 160, die in Maschen des Gitters angeordnet sind. Die Gatestruktur 150 umfasst eine Gateelektrode 155 und ein die Gateelektrode 155 und die Bodyzone 115 trennendes Gatedielektrikum 151. Kontaktstrukturen 315 grenzen direkt an die Source- und Bodyzonen 110, 115 an und umgeben die Feldelektrodenstruktur 160 bei einem gleichmäßigen Abstand oder bei lokal sich verändernden Abständen. Ecken der Gatestruktur 150 sind gerundet oder abgeschrägt, so dass sich längs der jeweiligen Masche eine lokale Schwellenspannung um nicht mehr als 10% verändert.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Feldelektrodenstruktur (160), die eine Feldelektrode (165) und ein die Feldelektrode (165) umgebendes Felddielektrikum (161) aufweist, einen Halbleiterkörper (100) einschließlich eines die Feldelektrodenstruktur (160) umgebenden Transistorabschnitts (TS) und mit einer Sourcezone (110), einem ersten Driftzonenabschnitt (121a) und einer die Sourcezone (110) und den ersten Driftzonenabschnitt (121a) trennenden Bodyzone (115), wobei die Bodyzone (115) einen ersten pn-Übergang (pn1) mit der Sourcezone (110) und einen zweiten pn-Übergang (pn2) mit dem ersten Driftzonenabschnitt (121a) bildet, eine Gatestruktur (150), die die Feldelektrodenstruktur (160) umgibt und eine Gateelektrode (155) und ein die Gateelektrode (155) und die Bodyzone (115) trennendes Gatedielektrikum (151) aufweist, und eine Kontaktstruktur (315), die direkt an die Source- und Bodyzonen (110, 115) angrenzt und die Feldelektrodenstruktur (160) gleichmäßig bezüglich der Feldelektrodenstruktur (160) umgibt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Feldelektrode (165) sich in einer vertikalen Richtung senkrecht zu einer horizontalen Ebene parallel zu einer ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) erstreckt.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der eine erste horizontale Ausdehnung der Feldelektrode (165) höchstens zwei Mal so groß wie eine zweite horizontale Ausdehnung orthogonal zu der ersten horizontalen Ausdehnung ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der ein horizontales Querschnittsgebiet der Feldelektrode (165) ein Kreis ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 4, bei der ein horizontales Querschnittsgebiet der Kontaktstruktur (315) eine konzentrische Öffnung (CO) hat und ein horizontales Querschnittsgebiet der Öffnung (CO) und ein horizontales Querschnittsgebiet der Feldelektrodenstruktur (160) geometrisch ähnlich sind.
  6. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 5, bei der ein horizontales Querschnittsgebiet der Kontaktstruktur (315) und ein horizontales Querschnittsgebiet des Transistorabschnitts (TS) geometrisch ähnlich sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 6, bei der ein horizontales Querschnittsgebiet der Kontaktstruktur (315) ein Ring ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 7, bei der in der horizontalen Ebene parallel zu der ersten Oberfläche (101) die Kontaktstruktur (315) die Feldelektrodenstruktur (160) bei einem konstanten Abstand (d) umgibt.
  9. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 8, bei der eine Breite der Kontaktstruktur (315) sich als eine Funktion einer Winkelrichtung bei einem Mittenpunkt (CP) der Feldelektrode (165) verändert.
  10. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 7, bei der die Kontaktstruktur (315) direkt an die Feldelektrodenstruktur (160) angrenzt.
  11. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 10, bei der in der horizontalen Ebene parallel zu der ersten Oberfläche (101) der Transistorabschnitt (TS) sandwichartig zwischen der Feldelektrodenstruktur (160) und der Gatestruktur (150) ausgebildet ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Gatestrukturen (150) einer Vielzahl von Transistorzellen (TC) ein Gitter bilden, das die Transistorabschnitte (TS) der Transistorzellen (TC) einbettet.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Transistorzellen (TC) in gleichmäßig beabstandeten Zeilen angeordnet sind und bei der Transistorzellen von geraden Zeilen zu Transistorzellen (TC) von ungeraden Zeilen um einen halben Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen benachbarten Transistorzellen (TC) längs der Zeilenrichtung verschoben sind.
  14. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 12 und 13, bei der Ecken von Maschen des durch die Gatestrukturen (150) gebildeten Gitters gerundet oder abgeschrägt sind derart, dass eine Schwellenspannung der Transistorzellen (TC) sich nicht um mehr als 10% längs des Umfangs der jeweiligen Masche verändert.
  15. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 2 bis 10, bei der in einer horizontalen Ebene parallel zu der ersten Oberfläche (101) die Gateelektrode (150) zwischen der Feldelektrode (165) und dem Transistorabschnitt (TS) gebildet ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Transistorabschnitte (TS) einer Vielzahl von Transistorzellen (TC) ein Gitter bilden, das die Gatestrukturen (150) und Feldelektrodenstrukturen (160) der Transistorzellen (TC) einbettet.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Transistorzellen (TC) in gleich beabstandeten Zeilen angeordnet sind und bei der Transistorzellen (TC) von geraden Zeilen zu Transistorzellen (TC) von ungeraden Zeilen um einen halben Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen benachbarten Transistorzellen (TC) längs der Zeilenrichtung verschoben sind.
  18. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 15 bis 17, bei der ein Teil (161a) des Felddielektrikums (161) die Feldelektrode (165) und die Gateelektrode (155) trennt.
  19. Halbleitervorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 18, bei der eine innere Kontur der Gateelektrode (150) ein Kreis ist.
  20. Halbleitervorrichtung, umfassend: eine Feldelektrodenstruktur (160), die eine Feldelektrode (165) und ein die Feldelektrode (165) umgebendes Felddielektrikum (161) aufweist, einen Halbleiterkörper (100), der einen Transistorabschnitt (TS) umfasst, der eine Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen (160) umgibt und eine Sourcezone (110), einen ersten Driftzonenabschnitt (121a) und eine die Sourcezone (110) und den ersten Driftzonenabschnitt (121a) trennende Bodyzone (115) aufweist, wobei die Bodyzone (115) einen ersten pn-Übergang (pn1) mit der Sourcezone (110) und einen zweiten pn-Übergang (pn2) mit dem ersten Driftzonenabschnitt (121a) bildet, eine Gatestruktur (150), die direkt an den Transistorabschnitt (TS) auf entgegengesetzten Seiten angrenzt und eine Gateelektrode (155) und ein die Gateelektrode (155) und die Bodyzone (115) trennendes Gatedielektrikum (151) umfasst, und eine streifenförmige Kontaktstruktur (315), die direkt an die Source- und Bodyzonen (110, 115) angrenzt, und eine Hilfskontaktstruktur (315b), die direkt an die Feldelektrode (165) angrenzt und mit dem Transistorabschnitt (TS) um die Feldelektrodenstruktur (160) überlappt.
  21. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Feldelektroden (165) längs einer Zeile angeordnet sind.
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