DE102014112371A1

DE102014112371A1 - Halbleitervorrichtung mit regelmässig angeordneten feldelektrodenstrukturen in einem zellgebiet und abschlussstrukturen in einem randgebiet

Info

Publication number: DE102014112371A1
Application number: DE102014112371.9A
Authority: DE
Inventors: Ralf Siemieniec; Michael Hutzler; Oliver Blank; Franz Hirler; Martin Pölzl
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2016-03-03
Anticipated expiration: 2034-08-29
Also published as: CN105390530B; KR20160026772A; KR101749408B1; CN105390530A; US9620636B2; DE102014112371B4; US20160064547A1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) umfasst Feldelektrodenstrukturen (160), die regelmäßig in Linien bzw. Zeilen in einem Zellgebiet (610) angeordnet sind und einen ersten Teil eines regelmäßigen Musters bilden. Abschlussstrukturen (180) sind in einem inneren Randgebiet (691) angeordnet, das das Zellgebiet (610) umgibt, wobei wenigstens Teile der Abschlussstrukturen (180) einen zweiten Teil des regelmäßigen Musters bilden. Zellmesas (170) trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander in dem Zellgebiet (610) und umfassen erste Teile (121a) einer Driftzone (121, wobei eine an die Gateelektrode (150) angelegte Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas (170) steuert. Wenigstens ein dotierter Bereich (186) bildet einen Homoübergang mit der Driftzone (121) in dem inneren Randgebiet (691).

Description

HINTERGRUND
Leistungshalbleitervorrichtungen, die auf IGFET-(Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate-)Zellen beruhen, sind typischerweise vertikale Vorrichtungen mit einem Laststromfluss zwischen einer ersten Oberfläche an einer Vorder- bzw. Frontseite 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, Halbleitermesas, die zwischen den streifenförmigen Kompensationsstrukturen gebildet sind. Die Kompensationsstrukturen erlauben höhere Dotierstoffkonzentration in den Halbleitermesas ohne nachteilhaften Einfluss auf die Sperrfähigkeit. Höhere Dotierstoffkonzentrationen ihrerseits reduzieren den Einschaltwiderstand der Vorrichtung. Während einer Herstellung können tiefe Kompensationsstrukturen, die mit dicken Felddielektrika gefüllt sind, ein Waferbiegen verursachen. Für hinnehmbares Waferbiegen können Kompensationsstrukturen für IGFETs, welche für eine hohe Durchbruchspannung ausgelegt sind, zu flach sein.
Es ist wünschenswert, Halbleitervorrichtungen mit niedrigen ohmschen Verlusten und hoher Durchbruchspannung vorzusehen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung Feldelektrodenstrukturen, die regelmäßig bzw. regulär in einem Zellgebiet angeordnet sind und einen ersten Teil eines regelmäßigen Musters bilden. Abschlussstrukturen sind in einem inneren Randgebiet, das das Zellgebiet umgibt, gebildet, wobei wenigstens Teile der Abschlussstrukturen einen zweiten Teil des regelmäßigen Musters bzw. der regelmäßigen Struktur bilden. Zellmesas trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen voneinander in dem Zellgebiet und umfassen erste Teile einer Driftzone, wobei eine an einer Gateelektrode liegende Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas steuert. Wenigstens ein dotierter Bereich bildet einen Homoübergang mit der Driftzone in dem inneren Randgebiet.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung Feldelektrodenstrukturen, die regelmäßig in einem Zellgebiet angeordnet sind und ein erstes regelmäßiges Muster bzw. eine erste regelmäßige Struktur bilden. Abschlussstrukturen einschließlich Abschlusselektroden sind in einem inneren Randgebiet, das das Zellgebiet umgibt, gebildet und bilden ein zweites regelmäßiges Muster, das übereinstimmend bzw. kongruent mit bzw. entsprechend zu einem Teil des ersten regelmäßigen Musters ist. Zellmesas trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen voneinander in dem Zellgebiet und umfassen erste Teile einer Driftzone, wobei eine an einer Gateelektrode liegende Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas steuert. Dotierte Bereiche grenzen direkt an die Abschlussstrukturen an und bilden pn-Übergänge mit der Driftzone in dem inneren Randgebiet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst eine elektronische Anordnung eine Halbleitervorrichtung, die Feldelektrodenstrukturen aufweist, die regelmäßig in einem Zellgebiet angeordnet sind und einen ersten Teil eines regelmäßigen Musters bzw. einer regelmäßigen Struktur bilden. Abschlussstrukturen sind in einem inneren Randgebiet, das das Zellgebiet umgibt, gebildet, wobei wenigstens Teile der Abschlussstrukturen einen zweiten Teil des regelmäßigen Musters bilden. Zellmesas trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen voneinander in dem Zellgebiet und umfassen erste Teile einer Driftzone, wobei eine an einer Gateelektrode liegende Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas steuert. Wenigstens ein dotierter Bereich bildet einen Homoübergang mit der Driftzone in dem inneren Randgebiet.
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten 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 Abschlussstrukturen und Feldelektrodenstrukturen, die einander in einem regelmäßigen Muster ergänzen, bezogen ist.
1B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 1A längs einer Linie B-B.
2A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Umfangsabschlussstruktur mit Teilen der Abschlussstruktur und der Feldelektrodenstrukturen, die einander in einem regelmäßigen Muster ergänzen, betrifft.
2B ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das eine Umfangsabschlussstruktur mit Teilen der Abschlussstruktur und Feldelektrodenstrukturen, die einander in einem regelmäßigen Muster ergänzen, betrifft.
2C ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Umfangsabschlussstruktur mit glatten Außen- bzw. Umrisslinien betrifft.
2D ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, die eine Umfangsabschlussstruktur schmäler als die Feldelektrodenstrukturen betrifft.
2E ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf nadelförmige Abschluss- und Feldelektrodenstrukturen mit kreisförmigen Querschnitten bezogen ist.
2F ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf nadelförmige Abschluss- und Feldelektrodenstrukturen und streifenförmige Gatestrukturen bezogen ist.
3A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das punktförmige, oberflächennahe dotierte Bereiche, die elektrisch mit Abschlusselektroden verbunden sind, betrifft.
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 streifenförmige oberflächennahe dotierte Bereiche betrifft, die elektrisch mit Abschlusselektroden verbunden sind.
4B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 4A längs einer Linie B-B.
5A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit vergrabenen dotierten Bereichen, die an Bodenteile von Abschlussstrukturen angrenzen, die aus isolierenden Materialien und/oder intrinsischem Halbleitermaterial bestehen.
5B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit vergrabenen dotierten Bereichen und Abschlusselektroden, die elektrisch mit einem Sourcepotential verbunden sind.
5C ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit vergrabenen dotierten Bereichen, die elektrisch mit floatenden bzw. potentialfreien Abschlusselektroden verbunden sind.
5D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das oberflächennahe dotierte Bereiche betrifft, die elektrisch mit benachbarten Abschlusselektroden verbunden sind.
5E ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit vergrabenen niedrig dotierten Bereichen zwischen Abschlussstrukturen.
5F ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit vergrabenen gegendotierten Bereichen zwischen Abschlussstrukturen.
5G ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer schmalen Hilfsmesa zwischen Feldelektrodenstrukturen und Abschlussstrukturen.
6A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf nadelförmige, oktagonale Feldelektrodenstrukturen, die in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet sind, und auf eine Umfangsabschlussstruktur von angenähert konstanter Breite bezogen ist.
6B ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf nadelförmige, quadratische Feldelektrodenstrukturen, die in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet sind, und auf eine Umfangsabschlussstruktur mit rechteckförmigen Ausbuchtungen bezogen ist.
7 ist ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm einer elektronischen Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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 veranschaulicht 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 einschließt. 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 angegeben, 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 Begriff ”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 Begriff ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung angepasst 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 ist als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches, 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 eine Vielzahl von identischen IGFET-(Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate-)Zellen TC umfasst. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein IGFET, beispielsweise ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der üblichen Bedeutung einschließlich FETs mit Metallgates sowie FETs mit Nicht-Metallgates sein oder einen solchen umfassen. 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 A_IIIB_V-Halbleiter.
An einer Vorderseite hat der Halbleiterkörper 100 eine erste Oberfläche 101, die angenähert planar sein kann oder die durch eine Ebene definiert sein kann, die durch koplanare Oberflächenabschnitte aufgespannt ist. Eine planare zweite Oberfläche 102 erstreckt sich parallel zu der ersten Oberfläche 101 an einer entgegengesetzten Rückseite. Ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist eine Funktion der Spannungssperrfähigkeit und kann wenigstens 20 μm sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand in dem Bereich von bis zu beispielsweise 250 μm sein. Eine laterale Oberfläche 103, die zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 geneigt ist, verbindet die ersten und zweiten Oberflächen 101, 102.
In einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche 1 kann der Halbleiterkörper 100 eine rechteckförmige Gestalt mit einer Randlänge 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.
Die Transistorzellen TC sind in einem Zellgebiet 610 gebildet, wobei jede Transistorzelle TC eine Feldelektrodenstruktur 160 umfasst, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 herab zu einer Bodenebene BPL erstreckt. Jede Feldelektrodenstruktur 160 umfasst eine leitende nadelartige oder nadelförmige Feldelektrode 165 und ein die Feldelektrode 165 umgebendes Felddielektrikum 161.
Die Feldelektrode 165 umfasst eine dotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine Metall enthaltende Schicht oder besteht aus einer solchen. Das Felddielektrikum 161 trennt die Feldelektrode 165 von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 100 und kann eine thermisch gewachsene Siliziumoxidschicht umfassen oder aus einer solchen bestehen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Felddielektrikum 161 eine aufgetragene bzw. abgeschiedene Siliziumoxidschicht, beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, die auf TEOS (Tetraethylorthosilikat) beruht, umfassen oder aus einer solchen bestehen.
Eine vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160 ist kleiner als ein Abstand zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102, so dass ein zusammenhängender Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160 und der zweiten Oberfläche 102 gebildet wird. Der zusammenhängende Abschnitt CS umfasst einen zweiten Teil 121b einer Driftzone 121 eines ersten Leitfähigkeitstyps. Die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 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 der Feldelektrode 165 kann höchstens drei Mal oder höchstens zwei Mal so groß wie eine zweite horizontale Ausdehnung orthogonal zu der ersten horizontalen Ausdehnung 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 Querschnitte der Feldelektroden 165 und der Feldelektrodenstrukturen 160 können Ellipsen, Ovale, Rechtecke oder regelmäßige oder verzerrte Polygone jeweils mit oder ohne gerundete und/oder abgeschrägte Ecken sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten horizontalen Ausdehnungen bzw. Erstreckungen angenähert gleich, und die horizontalen Querschnitte der Feldelektroden 165 und der Feldelektrodenstrukturen 160 sind Kreise oder regelmäßige Polygone, wie Oktagone, Hexagone oder Quadrate, jeweils mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken.
Die Feldelektrodenstrukturen 160, die auf einen horizontalen Mittelpunkt CP der jeweiligen Transistorzelle TC zentriert sind, sind regelmäßig angeordnet, beispielsweise gleichmäßig beabstandet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind gleichmäßig beabstandete Feldelektrodenstrukturen 160 matrixähnlich in Zeilen und Spalten in dem Zellgebiet 610 angeordnet. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Feldelektrodenstrukturen 160 in verschobenen Zeilen bzw. Linien angeordnet sein, wobei ungerade Linien bezüglich geraden Linien um den halben Abstand zwischen zwei benachbarten Feldelektrodenstrukturen 160 in der gleichen Zeile bzw. Linie verschoben sind. Halbleitende Teile der Transistorzellen TC sind in Zellmesas 170 des Halbleiterkörpers 100 gebildet, wobei die Zellmesas 170 von einem zusammenhängenden bzw. kontinuierlichen Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 vorstehen, die Feldelektrodenstrukturen 160 umgeben und ein Gitter mit den Feldelektrodenstrukturen 160 bilden, die in den Maschen angeordnet sind.
Die Zellmesas 170 umfassen erste Teile 121a einer Driftzone 121 des ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die ersten Teile 121a direkt an den zweiten Teil 121b angrenzen, der in dem zusammenhängenden Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 gebildet ist. Eine Dotierstoffkonzentration in dem zweiten Teil 121b der Driftzone 121 kann gleich zu einer Dotierungskonzentration in dem ersten Teil 121a der Driftzone 121 sein. Eine mittlere Dotierungskonzentration in einer Driftzone 121, die die ersten und zweiten Teile 121a, 121b umfasst, kann zwischen 1E15 cm^–3 und 1E17 cm^–3, beispielsweise in einem Bereich von 5E15 cm^–3 bis 5E16 cm^–3, sein.
Jede Zellmesa 170 umfasst weiterhin eine Bodyzone 115 eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegengesetzt zu dem ersten Leitfähigkeitstyp und eine oder mehrere Sourcezonen 110 des ersten Leitfähigkeitstyps. Die Bodyzone 115 trennt die Sourcezone bzw. die Sourcezonen 110 von dem ersten Teil 121a der Driftzone 121 in der jeweiligen Zellmesa 170. Eine Gatestruktur 150 erstreckt sich von der ersten Oberfläche 101 in die Zellmesas 170. Die Gatestruktur 150 umfasst eine Gateelektrode 155, die kapazitiv mit den Bodyzonen 115 durch ein Gatedielektrikum 151 gekoppelt ist.
Äußere Ränder der äußersten Feldelektrodenstrukturen 160 definieren den Umriss bzw. die Kontur des Zellgebietes 610. Ein Randgebiet 690 umgibt bzw. umrundet das Zellgebiet 610. Das Randgebiet 690 kann direkt an die laterale Oberfläche 103 angrenzen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann das Randgebiet 690 direkt an einen logischen Teil angrenzen, der logische Schaltungen umfasst, die beispielsweise auf lateralen Transistoren beruhen. Ein inneres Randgebiet 691 des Randgebietes 690 grenzt direkt an das Zellgebiet 610 an und umgibt dieses und umfasst Abschlussstrukturen 180.
Die Abschlussstrukturen 180 können aus wenigstens einem Material aus isolierenden und intrinsischen halbleitenden Materialien bestehen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfassen wenigstens einige oder alle Abschlussstrukturen 180 jeweils eine Abschlusselektrode 185 und ein die Abschlusselektrode 185 umgebendes Abschlussdielektrikum 181.
Die Abschlusselektrode 185 umfasst eine dotierte polykristalline Siliziumschicht und/oder eine Metall enthaltende Schicht oder besteht aus einer solchen. Das Abschlussdielektrikum 181 trennt die Abschlusselektrode 185 von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 100 und kann eine thermisch gewachsene Siliziumoxidschicht umfassen oder aus einer solchen bestehen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Abschlussdielektrikum 181 eine aufgetragene Siliziumoxidschicht, beispielsweise ein auf TEOS beruhendes Siliziumoxid, umfassen oder aus einem solchen bestehen.
Die Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 können die gleiche Dicke und die gleiche Konfiguration, beispielsweise die gleiche Schichtstruktur, haben. Beispielsweise kann, wenn die Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 beide aus thermisch gewachsenem Halbleiteroxid, beispielsweise Siliziumoxid, bestehen, die Dicke der Felddielektrika 161 gleich zu der Dicke der Abschlussdielektrika 181 sein. Wenn die Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 eine aufgetragene bzw. abgeschiedene Oxidschicht umfassen, kann die Dicke der aufgetragenen Oxidschicht die gleiche in den Feld- und den Abschlussdielektrika 161, 181 sein.
Die vertikale Ausdehnung der Abschlussstrukturen 180 ist gleich wie oder größer als die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160. Eine Breite der Abschlussstrukturen kann gleich sein wie oder größer als eine horizontale Abmessung der Feldelektrodenstrukturen 160. Die Abschlussstrukturen 180 und die Feldelektrodenstrukturen 160 können die gleiche horizontale Querschnittsgestalt und das gleiche Querschnittsgebiet haben und können gleichzeitig in demselben Fotolithographieprozess gebildet sein.
Mittelpunkte CP der Abschlussstrukturen 180 und der Feldelektrodenstrukturen 160 können gleich beabstandet sein, so dass die Abschlussstrukturen 180 und die Feldelektrodenstrukturen 160 einander in einem regelmäßigen Muster ergänzen, wobei Mitte-zu-Mitte-Abstände zwischen benachbarten Abschlussstrukturen 180, zwischen benachbarten Abschluss- und Feldelektrodenstrukturen 180, 160 und zwischen benachbarten Feldelektrodenstrukturen 160 gleich sind. Die Anordnung der Mittelpunkte der Abschlusselektrodenstrukturen 180 ist übereinstimmend bzw. kongruent mit der Anordnung der Mittelpunkte eines Teiles der Feldelektrodenstrukturen. Mit anderen Worten, die Feldelektrodenstrukturen 160 bilden einen ersten Teil eines regelmäßigen Musters, und die Abschlussstrukturen 180 bilden einen zweiten Teil des gleichen regelmäßigen Musters.
Ein äußeres Randgebiet 699 des Randgebietes 690 ist frei von bzw. leer an Abschlussstrukturen 180. Das innere Randgebiet 691 kann in der gleichen Randmesa 190 höchstens zwei der Gatestrukturen 150, Bodyzonen 115 und Sourcezonen 110 umfassen, so dass das Randgebiet 690 keine funktionalen Transistorzellen TC umfasst. Abschlussmesas 190 einschließlich erster Teile 121a der Driftzone 121 trennen benachbarte Abschlussstrukturen 180. Die Abschlussmesas 190 können die gleiche Breite wie die Zellmesas 170 haben. Die Abschlussmesas 190 stehen von dem zusammenhängenden Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 vor, umgeben die Abschlussstrukturen 180 und bilden ein Gitter, das das durch die Zellmesas 170 gebildete Gitter vervollständigt bzw. ergänzt.
Eine oder mehrere dotierte Bereiche 186, die Homoübergänge mit der Driftzone 121 bilden, sind in dem inneren Randgebiet 691 des Randgebiets 690 zwischen dem Zellgebiet 610 und der äußersten Abschlussstruktur 180 gebildet.
Einige oder alle der dotierten Bereiche 186 können in der vertikalen Projektion der Abschlussstrukturen 180 zwischen den Abschlussstrukturen 180 und der zweiten Oberfläche 102 gebildet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können einige oder alle der dotierten Bereiche 186 zwischen benachbarten Abschlussstrukturen 180 oder zwischen benachbarten Abschluss- und Feldelektrodenstrukturen 180, 160 in dem inneren Randgebiet 691 gebildet sein, wobei die vergrabenen dotierten Bereiche 186 unipolare Homoübergänge oder pn-Übergänge mit der Driftzone 121 bilden können. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können einige oder alle der dotierten Bereiche 186 oberflächennahe dotierte Bereiche dicht zu der oder direkt angrenzend an die erste Oberfläche 101 in den Abschlussmesas 190 sein. Die dotierten Bereiche 186 können bei Betriebsbedingungen innerhalb der absoluten maximalen Nennwerte, für die die Halbleitervorrichtung 500 ausgelegt ist, verarmbar sein und die Sperrfähigkeit der Halbleitervorrichtung 500 steigern.
Die Abschlussstrukturen 180 erhöhen die Sperrfähigkeit des Randgebietes 690. Durch Ausdehnen der Geometrie des Zellgebietes 610 können gleichmäßige Dotierstoffkonzentrationen in entsprechenden Mesas erzielt werden, selbst wenn beispielsweise eine Absonderung von Dotierstoffen während eines thermischen Oxidwachstums zum Bilden von Teilen der Feld- oder Abschlussdielektrika 161, 181 auftritt, um so die Herstellung der Halbleitervorrichtung 500 zu vereinfachen.
Die Abschlussstrukturen 180 können exklusiv nadelartige oder nadelförmige Abschlussstrukturen, die in zwei oder mehr Ringen um das Zellgebiet 610 angeordnet sind, eine, zwei oder mehr Umfangsabschlussstrukturen 180 oder eine Kombination von nadelförmigen und Umfangsabschlussstrukturen umfassen.
Die 2A bis 2C beziehen sich auf Halbleitervorrichtungen 500 mit ersten Abschlussstrukturen 180x, die erste Teile 180a umfassen, die Feldelektrodenstrukturen 160 ergänzen bzw. vervollständigen, und, falls anwendbar, zweiten nadelförmigen Abschlussstrukturen 180y in einem regelmäßigen Muster sowie zweiten Teilen 180b, die benachbarte erste Teile 180a verbinden.
In 2A sind die Feldelektrodenstrukturen 160 in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet, wobei ungerade Linien bezüglich geraden Linien um den halben Mitte-zu-Mitte-Abstand der Feldelektroden 160 längs der Zeilenrichtung bzw. Linienrichtung verschoben sind. Das Randgebiet 690 umfasst nadelförmige erste Abschlussstrukturen 180c, die das Muster der Feldelektrodenstrukturen 160 ergänzen bzw. vervollständigen. Wenigstens eine erste Abschlussstruktur 180x umfasst erste Teile 180a, die sich mit den Feldelektrodenstrukturen 160 ergänzen, und nadelförmige zweite Abschlussstrukturen 180y in einem regelmäßigen Muster. Zweite Teile 180b der ersten Abschlussstruktur 180x sind zwischen benachbarten ersten Teilen 180a gebildet, wobei ein Abstand der zweiten Teile 180b zu benachbarten nadelförmigen ersten Abschlussstrukturen 180a gleich ist zu einem Mindestabstand zwischen den ersten Teilen 180a und den betreffenden ersten Abschlussstrukturen 180.
Die Abschlusselektroden 185, die den ersten und zweiten Teilen 180a, 180b der ersten Abschlussstruktur 180x zugeordnet sind, sind miteinander verbunden, wobei eine Breite der kombinierten Abschlusselektrode 185 der zweiten Abschlussstruktur 180x sich verändern bzw. variieren kann. Die umfängliche erste Abschlussstruktur 180x umgibt das Zellgebiet 610. Zwischen der umfänglichen ersten Trenchstruktur 180x und dem Zellgebiet 610 bilden die nadelförmigen zweiten Abschlussstrukturen 180 einen oder mehrere gestaffelte Ringe. Die Dicke des Felddielektrikums 181 der ersten Abschlussstruktur 180x ist gleichmäßig und die gleiche wie diejenige der Felddielektrika 181 der zweiten Abschlussstrukturen 180y.
In 2B hat die kombinierte Abschlusselektrode 185 in der umfänglichen ersten Abschlussstruktur 180x die gleiche Breite in beiden ersten und zweiten Teilen 180a, 180b.
In beiden Ausführungsbeispielen der 2A und 2B hat eine äußerste Abschlussmesa 190 zwischen der ersten umfänglichen Abschlussstruktur 180x und dem äußersten Ring der nadelförmigen zweiten Abschlussstrukturen 180y eine angenähert gleichmäßige Breite. In Kombination mit einer höheren Sperrfähigkeit in dem Randgebiet 690 als in dem Zellgebiet 610 kann die gleichmäßige Breite der äußersten Abschlussmesa 190 zu einer verbesserten Avalanche-Robustheit beitragen.
2C bezieht sich auf eine umfängliche erste Trenchstruktur 180x mit ersten Teilen 180a, die sich mit nadelförmigen zweiten Abschlussstrukturen 180 und Feldelektrodenstrukturen 160 in einem regelmäßigen Muster ergänzen, und zweiten Teilen 180b, die benachbarte erste Teile 180a direkt verbinden. Die umfängliche erste Abschlussstruktur 180x umfasst gerade Abschnitte wenigstens zwei Mal so lang wie ein Mitte-zu-Mitte-Abstand zwischen benachbarten Feldelektrodenstrukturen 160 und umgibt das Zellgebiet 610 und zwei oder mehr Ringe der nadelförmigen Abschlussstrukturen 180y.
In 2D ist eine umfängliche bzw. Umfangsabschlussstruktur 180x schmaler als die Feldelektrodenstrukturen 160.
In 2E sind die horizontalen Querschnitte der Feldelektrodenstrukturen 160 und der Abschlussstrukturen 180 Kreise. Zwei Ringe der nadelförmigen Abschlussstrukturen 180 umgeben das Zellgebiet 610.
2F bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Feld- und Abschlussstrukturen 160, 180 in Zeilen bzw. Linien angeordnet und streifenförmige Gatestrukturen 150 zwischen benachbarten Linien bzw. Zeilen der Feldelektroden 160 vorgesehen sind. Layouts bzw. Gestaltungen mit streifenförmigen Gatestrukturen 150 von 2F können auch mit Umfangsabschlussstrukturen 180x, wie in den 2A bis 2D dargestellt, beispielsweise kombiniert werden.
Die 3A und 3B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500 mit oberflächennahen dotierten Bereichen 186, die elektrisch mit Abschlusselektroden 185 verbunden sind.
Ein Halbleiterkörper 100, wie in Einzelheiten anhand von 1A und 1B beschrieben, umfasst eine Drift- und Rückseitenstruktur 120 des ersten Leitfähigkeitstyps sowie einen Kontaktteil 130, der den ersten oder den zweiten Leitfähigkeitstyp haben kann, zwischen der Drift- und Rückseitenstruktur 120 und der zweiten Oberfläche 102. Die Drift- und Rückseitenstruktur 120 umfasst eine Driftzone 121, in welcher eine Dotierstoffkonzentration graduell oder in Stufen mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wenigstens in Teilen ihrer vertikalen Ausdehnung zunehmen oder abnehmen kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 ungefähr bzw. 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 Drift- und Rückseitenstruktur 120 kann weitere dotierte Zonen umfassen, beispielsweise eine Feldstoppschicht 28, die die Driftzone 121 von dem Kontaktteil 130 trennt. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppschicht 128 kann wenigstens fünf Mal so hoch wie eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 und höchstens ein Fünftel einer maximalen Dotierstoffkonzentration in dem Kontaktteil 130 sein.
Der Kontaktteil 130 kann ein stark dotiertes Basissubstrat oder eine stark dotierte Schicht 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, während in einem p-leitenden Kontaktteil 130 die Dotierstoffkonzentration wenigstens 1E18 cm^–3, beispielsweise wenigstens 5E18 cm^–3, sein kann.
In einem Zellgebiet 610 sind Feldelektrodenstrukturen 160, die sich von einer Vorder- bzw. Frontseite herab zu einer Bodenebene BPL erstrecken, regelmäßig unter gleichen Abständen in Linien bzw. Zeilen und Reihen bzw. Säulen angeordnet. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Feldelektrodenstrukturen 160 matrixähnlich in Linien und Säulen, die die Linien unter einem Winkel α von 60° schneiden, angeordnet. Längs der Linien bzw. Zeilen und Reihen bzw. Spalten sind die Feldelektrodenstrukturen 160 unter einem Abstand df beabstandet. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten der Feldelektrodenstrukturen 160 wird Bezug genommen auf die Detailbeschreibung anhand von 1A und 1B.
Transistorzellen TC sind auf horizontalen Mittelpunkten CP der Feldelektrodenstrukturen 160 zentriert. Halbleitende Teile der Transistorzellen TC sind in Zellmesas 170 zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160 gebildet. Die Zellmesas 170 umfassen erste Teile 121a der Driftzone 121 direkt angrenzend an einen zweiten Teil 121b der Driftzone 121 in einem zusammenhängenden Teil CS des Halbleiterkörpers 100 zwischen der Bodenebene BPL und der zweiten Oberfläche 102.
Jede Zellmesa 170 umfasst eine oder mehrere Sourcezonen 110 und eine Bodyzone 115, die erste pn-Übergänge pn1 mit den Sourcezonen 110 und einen zweiten pn-Übergang pn2 mit der Driftzone 121 bildet.
Die Sourcezonen 110 können Wannen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100, beispielsweise in die Bodyzonen 115, erstrecken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umgibt eine Sourcezone 110 die Feldelektrodenstruktur 160 der jeweiligen Transistorzelle TC in einer horizontalen Ebene. Die Sourcezone bzw. die Sourcezonen 110 können direkt an die jeweilige Feldelektrodenstruktur 160 angrenzen oder können von der Feldelektrodenstruktur 160 beabstandet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist die Feldelektrodenstruktur 160 der betreffenden Transistorzelle TC nicht vollständig durch eine Sourcezone 110 umgeben oder umfasst verschiedene räumlich getrennte Sourcezonen 110, die rotationssymmetrisch bezüglich des Mittelpunkts CP angeordnet sein können.
Das Zellgebiet 610 umfasst weiterhin eine Gatestruktur 150 mit einer leitenden Gateelektrode 155, die Transistorabschnitte der Transistorzellen TC in einer horizontalen Ebene umgibt, wobei die Transistorabschnitte Teile von Zellmesas 170 sind, die Source- und Bodyzonen 110, 115 umfassen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gatestruktur 150 von den Feldelektrodenstrukturen 160 beabstandet. 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 ein Halbleiteroxid, beispielsweise ein thermisch gewachsenes oder aufgetragenes bzw. abgeschiedenes Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, beispielsweise ein aufgetragenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxynitrid, beispielsweise ein Siliziumoxynitrid, oder Kombinationen hiervon umfassen oder aus diesen bestehen.
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, wobei eine vertikale Ausdehnung der Gatestruktur 150 kleiner ist als die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die vertikale Ausdehnung der Gatestruktur 150 in einen Bereich von 200 nm bis 2000 nm, beispielsweise in einem Bereich von 600 nm bis 1000 nm, sein.
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 angestellt, gelten auch 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 Kanalteilen, die direkt an das Gatedielektrikum 151 angrenzen, und bilden Inversionskanäle, die den zweiten pn-Übergang pn2 für Elektronen kurzschließen.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Gateelektrode 150 ein Gitter, dessen Maschen die Feldelektrodenstrukturen 160 und Teile der Zellmesas 170 einschließlich der Source- und Bodyzonen 110, 115 umgeben. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Gatestruktur 150 direkt an die Feldelektrodenstrukturen 160 angrenzen.
Ein Teil der Gatestruktur 150 kann sich in das Randgebiet 690 erstrecken, wo die Gatestruktur 150 Ausdehnungen bzw. Erstreckungen umfassen kann, um elektrisch die Gateelektrode 155 mit einer Metallgateelektrode an der Front- bzw. Vorderseite und außerhalb der vertikalen Projektion des Zellgebietes 610 zu verbinden.
Ein Zwischenschichtdielektrikum 210, das an die erste Oberfläche 101 angrenzt, kann elektrisch die Gateelektrode 155 von einer Lastelektrode 310 isolieren, die an der Vorderseite angeordnet ist. Zusätzlich kann das Zwischenschichtdielektrikum 210 in der vertikalen Projektion der Feldelektrodenstrukturen 160 gebildet sein.
Das Zwischenschichtdielektrikum 210 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, dotiertem oder undotiertem Silikatglas, beispielsweise BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) als Beispiel umfassen.
Die erste Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss, beispielsweise den Sourceanschluss S, falls die Halbleitervorrichtung ein IGFET ist, bilden, oder elektrisch mit einem solchen gekoppelt oder verbunden sein. Eine zweite Lastelektrode 320, die direkt an die zweite Oberfläche 102 und den Kontaktteil 130 angrenzt, kann einen zweiten Lastanschluss, der der Drainanschluss D sein kann, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET ist, bilden oder elektrisch mit einem solchen verbunden sein.
Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese 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 umfassen, 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 sowie mit den Feldelektroden 165 der Transistorzellen TC. Die Kontaktstrukturen 315b umfassen eine oder mehrere leitende Metall enthaltende Schichten, die beispielsweise auf Titan (Ti) oder Tantal (Ta) beruhen, und einen Metallfüllteil, der beispielsweise auf Wolfram (W) beruht. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen umfassen die Kontaktstrukturen 315, 315b stark dotierte Halbleiterstrukturen, beispielsweise stark n-dotierte polykristalline Strukturen oder stark p-dotierte säulenförmige einkristalline Strukturen.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Feldelektroden 165 elektrisch mit den Gateelektroden 155, mit einem Steueranschluss der Halbleitervorrichtung 500, mit einem Ausgang einer internen Treiberschaltung verbunden sein oder können elektrisch floaten bzw. potentialfrei sein. Ein Randgebiet 690, das das Zellgebiet 610 umgibt, umfasst Abschlussstrukturen 180 und Abschlussmesas 190, wie diese in Einzelheiten anhand der vorangehenden Figuren beschrieben sind.
Die Abschlussmesas 190 umfassen einen oder mehrere oberflächennahe dotierte Bereiche 186, die elektrisch mit den Abschlusselektroden 185 von benachbarten Abschlussstrukturen 180 verbunden sind, welche von dem Zellgebiet 610 bezüglich des betreffenden oberflächennahen dotierten Bereiches 186 abgewandt sind. Abschlusselektroden 185, die elektrisch mit dem gleichen oberflächennahen dotierten Bereich 186 verbunden sind, teilen das gleiche Potential.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Vielzahl von oberflächennahen dotierten Bereichen 186 elektrisch jeweils mit verschiedenen Abschlusselektroden 185 verbunden. Beispielsweise können die oberflächennahen dotierten Bereiche 186 enger zu dem Zellgebiet 610 als Abschlusselektroden 185 sein, mit denen sie verbunden sind. Ein Verbinden der Abschlusselektroden 185 mit Potentialen zwischen dem Source- und Drainpotential reduziert lokal das effektive elektrische Feld an der jeweiligen Abschlussstruktur 180.
Das Ausführungsbeispiel der 3A und 3B kann mit vergrabenen dotierten Bereichen 186 kombiniert sein, die in der vertikalen Projektion von wenigstens einigen der Abschlussstrukturen 180 zwischen der Bodenebene BPL und der zweiten Oberfläche 102 gebildet sind.
Die Feldelektrodenstrukturen 160 erlauben höhere Dotierstoffkonzentrationen in der Driftzone 121, ohne nachteilhaft die Sperrfähigkeit der Halbleitervorrichtung 500 zu beeinträchtigen. Verglichen mit streifenförmigen Feldelektroden erhöhen die nadelförmigen Feldelektroden 165 das verfügbare Querschnittsgebiet für die Driftzone 121 und reduzieren daher den Einschaltwiderstand RDSon. Die oberflächennahen dotierten Bereiche 186 sowie die vergrabenen dotierten Bereiche 186 zwischen den Abschlussstrukturen 180 und der zweiten Oberfläche 102 steigern die Spannungssperrfähigkeit.
Alternativ oder zusätzlich zu punktförmigen oberflächennahen dotierten Bereichen 186, wie in den 3A und 3B veranschaulicht, umfasst die Halbleitervorrichtung 500 von 4A und 4B streifenförmige, oberflächennahe dotierte Bereiche 186, die zwischen benachbarten Ringen von Abschlussstrukturen 180 mäandern. Hilfskontaktstrukturen 316, die aus stark dotiertem polykristallinem Silizium gebildet sein können, können sich von der ersten Oberfläche in die Abschlussstrukturen 180 und den Halbleiterkörper 100 erstrecken und elektrisch die oberflächennahen dotierten Bereiche 186 mit benachbarten Abschlusselektroden 185 verbinden.
Die 5A bis 5E sind auf weitere Ausführungsbeispiele der dotierten Bereiche 186 bezogen, die mit irgendeinem der Layouts bzw. Gestaltungen kombiniert werden können, die beispielsweise in 2A bis 2F dargestellt sind.
5A veranschaulicht Abschlussstrukturen 180, die vollständig aus isolierendem Material und/oder intrinsischem halbleitendem Material gebildet sind. Vergrabene dotierte Bereiche 186 sind in der vertikalen Projektion der Abschlussstrukturen 180 zwischen den Abschlussstrukturen 180 und der zweiten Oberfläche 102 gebildet. Die vergrabenen dotierten Bereiche 186 können direkt an die Abschlussstrukturen 180 angrenzen oder können von den Abschlussstrukturen 180 beabstandet sein, pn-Übergänge mit der Driftzone 121 bilden und können vollständig in einem Betriebsmodus der Halbleitervorrichtung 500 innerhalb der maximalen Nennwerte der Halbleitervorrichtung 500 verarmt sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine vertikale Ausdehnung von allen Abschlussstrukturen 180 senkrecht zu der ersten Oberfläche 101 größer als eine vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist die vertikale Ausdehnung von wenigstens einer umfänglichen bzw. Umfangsabschlussstruktur 180 größer als die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160.
Für weitere Einzelheiten wird Bezug genommen auf die Beschreibung der 1A und 1B sowie der 3A und 3B.
In 5B umfassen die Abschlussstrukturen 180 leitende Abschlusselektroden 185 und Felddielektrika 181, die die Abschlusselektroden 185 gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isolieren. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel verbinden Kontaktstrukturen 315 elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit allen Abschlusselektroden 185. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind lediglich einige der Abschlusselektroden 185 elektrisch mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden. Andere Ausführungsbeispiele können elektrisch einige oder alle der Abschlusselektroden 185 mit einem an den Gateelektroden 155 liegenden Gatepotential, einem zusätzlichen Steueranschluss oder mit einem Ausgang einer internen Treiberschaltung verbinden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können einige oder alle der Abschlusselektroden 185 floaten bzw. potentialfrei sein. Die Abschlusselektroden 185 können elektrisch mit verschiedenen Potentialen verbunden sein.
In 5C floaten die Abschlusselektroden 185 und sind elektrisch mit vergrabenen dotierten Bereichen 186 verbunden, die in der vertikalen Projektion der Abschlussstrukturen 180 zwischen der Bodenebene BPL und der zweiten Oberfläche 102 gebildet sind. Die vergrabenen dotierten Bereiche 186 bilden pn-Übergänge mit der Driftzone 121, erstrecken sich in die zusammenhängenden Teile CS und sind von der Feldstoppschicht 128 beabstandet. Die dotierten Bereiche 186 können durch Ausdiffusion von Dotierstoffen aus Abschlusselektroden 185, beruhend auf stark dotiertem polykristallinem Silizium, gebildet sein.
Die Halbleitervorrichtung 500 von 5D kombiniert elektrisch floatende bzw. potentialfreie und verarmbare vergrabene dotierte Bereiche 186, die in der vertikalen Projektion der Abschlussstrukturen 180 gebildet sind, mit oberflächennahen dotierten Bereichen 186, die elektrisch mit benachbarten Abschlusselektroden 185 verbunden sind, wie dies in 3A und 3B sowie 4A und 4B veranschaulicht ist.
Die 5E und 5F beziehen sich auf Halbleitervorrichtungen 500 mit dotierten Bereichen 186, die jeweils zwischen benachbarten Abschlussstrukturen 180 gebildet sind. Ein, zwei oder mehr dotierte Bereiche 186 können in der jeweiligen Abschlussmesa 190 gebildet sein, wobei die dotierten Bereiche 186 direkt an die benachbarten Abschlussstrukturen 180 angrenzen können oder von den benachbarten Abschlussstrukturen 180 beabstandet sein können.
In 5E haben die dotierten Bereiche 186 den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Driftzone 121 und bilden unipolare Homoübergänge mit der Driftzone 121. Eine Mindestnettodotierstoffkonzentration in den dotierten Bereichen 186 kann höchstens eine Hälfte der mittleren Dotierstoffkonzentration in den ersten Teilen 121a der Driftzone 121 sein. Bor kann in die dotierten Bereiche eingeführt werden, um die Driftzone 121 gegenzudotieren.
In 5F ist der Leitfähigkeitstyp der dotierten Bereiche 186 entgegengesetzt zu demjenigen der Driftzone 121, und die dotierten Bereiche 186 bilden pn-Übergänge mit der Driftzone 121. Die maximale Nettodotierstoffkonzentration in dem gegendotierten Bereich 186 ist in einem Bereich zwischen 1E15 cm^–3 und 1E18 cm^–3.
In der in 5G veranschaulichten Halbleitervorrichtung 500 sind Feldelektrodenstrukturen 160 regelmäßig in Zeilen bzw. Linien in einem Zellgebiet 610 angeordnet. Mittelpunkte CP der Feldelektrodenstrukturen 160 bilden ein erstes regelmäßiges Muster. Abschlussstrukturen 180 sind in einem inneren Randgebiet 691 gebildet, das das Zellgebiet 610 umgibt. Mittelpunkte CP der Abschlussstrukturen 180 bilden ein zweites regelmäßiges Muster übereinstimmend bzw. kongruent mit einem Teil des ersten regelmäßigen Musters, wobei Mitte-zu-Mitte-Abstände zwischen den Abschlussstrukturen 180 gleich sind zu Mitte-zu-Mitte-Abständen zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160.
Zellmesas 170 trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen 160 voneinander in dem Zellgebiet 610 und umfassen erste Teile 121a einer Driftzone 121. Gatestrukturen 150 einschließlich einer Gateelektrode 155 können sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 erstrecken. Eine an die Gateelektrode 155 angelegte Spannung steuert einen Stromfluss durch die Zellmesas 170. In dem inneren Randgebiet 691 zwischen dem Zellgebiet 610 und der äußersten Abschlussstruktur 180 grenzen dotierte Bereiche 186, die pn-Übergänge mit der Driftzone 121 bilden, direkt an die Abschlussstrukturen 180 in einer vertikalen Projektion der jeweiligen Abschlussstruktur 180 an.
Eine Hilfsmesa 175 zwischen den äußersten Feldelektrodenstrukturen 160 des ersten Musters und den innersten Abschlussstrukturen 180 des zweiten Musters ist schmaler als die Zellmesas 170, um die Spannungssperrfähigkeit zu verbessern.
Die 6A und 6B beziehen sich auf Layouts bzw. Gestaltungen mit den Transistorzellen TC und den Feldelektrodenstrukturen 160, die in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet sind, wobei die ungeraden Linien bzw. Zeilen zu den geraden Linien bzw. Zeilen um eine Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Transistorzellen TC oder zwei benachbarten Feldelektrodenstrukturen 160 verschoben sind.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6A folgt die innere Kontur bzw. der innere Umriss einer ersten Abschlussstruktur 180x der Kontur- bzw. Umrisslinie des Zellgebietes 610, das nadelförmige Feldelektrodenstrukturen 160 mit oktogonalen horizontalen Querschnitten umfasst. Eine Breite der Abschlussstruktur 180 kann sich verändern oder kann angenähert gleichmäßig sein. Als ein Ergebnis hat die Abschlussmesa 190 lange gerade Abschnitte, die sich parallel zu den Linien bzw. Zeilen der Feldelektrodenstrukturen 160 erstrecken, und Zick-zack-Abschnitte, die orthogonal zu den langen geraden Abschnitten 180y ausgerichtet sind. Das Randgebiet 690 umfasst weiterhin drei Ringe von nadelförmigen zweiten Abschlussstrukturen 180y.
6B bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel mit angenähert quadratischen Feldelektrodenstrukturen 160 und einer umfänglichen ersten Abschlussstruktur 180x mit rechteckförmigen Auswölbungen bzw. Ausbuchtungen längs der inneren Kontur bzw. des inneren Umrisses in der Projektion der eingeprägten bzw. vertieften Zeilen bzw. Linien. Die innere Kontur bzw. der innere Umriss der rahmenförmigen Abschlussstruktur 180 folgt einer Kontur bzw. einem Umriss des Zellgebietes 610, angenähert durch orthogonale Linien. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen können Übergänge zwischen orthogonalen Teilen der Abschlussstruktur 180 oder Übergänge zu geneigten, nicht-orthogonalen Abschnitten gerundet sein.
7 bezieht sich auf eine elektronische Anordnung 510, die ein Motorantrieb, ein Schaltmodus-Netzteil, eine Primärstufe eines Schaltmodus-Netzteiles, ein Synchrongleichrichter, eine Primärstufe eines Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers, eine Sekundärstufe eines Gleichstrom/Wechselstrom-Wandlers, eine Primärstufe eines Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlers oder ein Teil eines Solarenergiewandlers als Beispiel sein kann.
Die elektronische Anordnung 510 kann zwei identische oder verschiedene Halbleitervorrichtungen 500, wie oben beschrieben, umfassen. Die Halbleitervorrichtungen 500 können IGFETs sein, und die Lastpfade der zwei Halbleitervorrichtungen 500 sind elektrisch in Reihe zwischen einem ersten Versorgungsanschluss A und einem zweiten Versorgungsanschluss B angeordnet. Die Versorgungsanschlüsse A, B können eine DC-(Gleichstrom-)Spannung oder eine AC-(Wechselstrom-)Spannung anlegen. Ein Netzwerkknoten NN zwischen den zwei Halbleitervorrichtungen 500 kann elektrisch mit einer induktiven Last, die eine Wicklung eines Transformators oder eine Motorwicklung sein kann, oder mit einem Referenzpotentials einer elektronischen Schaltung als Beispiel verbunden sein. Die elektronische Anordnung 510 kann weiterhin eine Steuerschaltung 504, die ein Steuersignal zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der Halbleitervorrichtungen 500 liefert, und einen Gatetreiber 502 umfassen, der durch die Steuerschaltung 504 gesteuert ist und elektrisch mit Gateanschlüssen der Halbleitervorrichtungen 500 verbunden ist.
Die elektronische Anordnung 510 kann ein Motorantrieb sein, bei dem die Halbleitervorrichtungen 500 elektrisch in einer Halbbrückenkonfiguration angeordnet sind, wobei der Netzwerkknoten NN elektrisch mit einer Motorwicklung verbunden ist und die Versorgungsanschlüsse A, B eine Gleichspannung liefern.
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 spezifischen gezeigten und beschriebenen 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

Halbleitervorrichtung, umfassend: Feldelektrodenstrukturen (160), die regelmäßig in einem Zellgebiet (10) angeordnet sind und einen ersten Teil eines regelmäßigen Musters bilden, Abschlussstrukturen (180), die in einem inneren Randgebiet (691) angeordnet sind, das das Zellgebiet (610) umgibt, wobei wenigstens Teile der Abschlussstrukturen (180) einen zweiten Teil des regelmäßigen Musters bilden, Zellmesas (170), die benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander in dem Zellgebiet (610) trennen und erste Teile (121a) einer Driftzone (121) aufweisen, eine Gateelektrode (150), wobei eine an die Gateelektrode (150) angelegte Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas (170) steuert, und wenigstens einen dotierten Bereich (186), der einen Homoübergang mit der Driftzone (121) in dem inneren Randgebiet (691) bildet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die wenigstens eine Abschlussstruktur (180) erste Teile (180a) und zweite Teile (180b) aufweist, wobei die ersten Teile (180a) und die Feldelektrodenstrukturen (160) regelmäßig in Zeilen bzw. Linien angeordnet sind und das regelmäßige Muster bilden und jeder zweite Teil (180b) zwei der ersten Teile (180a) verbindet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenigstens eine der Abschlussstrukturen (180) das Zellgebiet (610) umgibt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der eine Breite einer Abschlussmesa (190) zwischen einer Umfangsabschlussstruktur (180), die das Zellgebiet (610) umgibt, und benachbarten Abschlussstrukturen (180) oder Feldelektrodenstrukturen (160) gleichmäßig längs eines Umfangs ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Abschluss- und Feldelektrodenstrukturen (180, 160) regelmäßig in Linien bzw. Zeilen angeordnet sind und ein regelmäßiges Muster bilden.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der der wenigstens eine dotierte Bereich (186) zwischen Abschlussstrukturen (180) angeordnet und gestaltet ist, um zu floaten bzw. potentialfrei zu sein.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der der wenigstens eine dotierte Bereich (186) einen pn-Übergang mit der Driftzone (121) bildet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, bei der der wenigstens eine dotierte Bereich (186) in einem Betriebsmodus der Halbleitervorrichtung verarmbar ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, bei der der wenigstens eine dotierte Bereich (186) einen unipolaren Homoübergang mit der Driftzone (121) bildet und eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in der Driftzone (121) wenigstens zwei Mal so hoch wie eine mittlere Nettodotierstoffkonzentration in dem wenigstens einen dotierten Bereich (186) ist.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der die Abschlussstrukturen (180) sich von einer ersten Oberfläche (101) in einen Halbleiterkörper (100) erstrecken und bei der die dotierten Bereiche (186) in einer bezüglich der ersten Oberfläche (101) vertikalen Projektion der Abschlussstrukturen (180) angeordnet sind und pn-Übergänge mit der Driftzone (121) bilden.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, bei der die dotierten Bereiche (186) in einem Betriebsmodus der Halbleitervorrichtung verarmbar sind.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, bei der jede Abschlussstruktur (180) aus einem isolierenden Material und/oder aus intrinsisch halbleitenden Materialien besteht.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 10 und 11, bei der jede Feldelektrodenstruktur (160) eine Feldelektrode (165) und ein die Feldelektrode (165) von einem Halbleiterkörper (100) trennendes Felddielektrikum (161) aufweist, und jede Abschlussstruktur (180) eine Abschlusselektrode (185) und ein die Abschlusselektrode (185) von dem Halbleiterkörper (100) trennendes Abschlussdielektrikum (181) aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, bei der die dotierten Bereiche (186) direkt an die jeweiligen Abschlusselektroden (185) angrenzen.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 13 und 14, bei der wenigstens ein Untersatz von Abschlusselektroden (185) elektrisch mit einer ersten Lastelektrode (310) verbunden ist, die elektrisch mit Sourcezonen (110) und Bodyzonen (115) in den Zellmesas (170) verbunden ist, wobei jede Bodyzone (115) einen ersten pn-Übergang (pn1) mit der Sourcezone (110) und einen zweiten pn-Übergang (pn2) mit der Driftzone (121) bildet.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der die dotierten Bereiche (186) zwischen den Abschlussstrukturen (180) gebildet sind, pn-Übergänge mit der Driftzone (121) bilden und elektrisch mit Abschlusselektroden (185) der Abschlussstrukturen (180) verbunden sind, wobei der jeweilige dotierte Bereich (186) enger zu dem Zellgebiet (610) als die Abschlusselektrode (185) ist, mit der der jeweilige dotierte Bereich (186) verbunden ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, bei der die dotierten Bereiche (186) direkt an die erste Oberfläche (101) angrenzen.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 17, bei der die Feldelektroden- und Abschlussstrukturen (160, 180) eine gleiche Breite haben.
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 18, bei der eine vertikale Ausdehnung der Abschlussstrukturen (180) senkrecht zu der ersten Oberfläche (101) größer ist als eine vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen (160).
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 19, bei der eine Breite einer Umfangsabschlussstruktur (180) kleiner ist als eine laterale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen (160).
Halbleitervorrichtung, umfassend: Feldelektrodenstrukturen (160), die regelmäßig in einem Zellgebiet (610) angeordnet sind und ein erstes regelmäßiges Muster bilden, Abschlussstrukturen (180), die in einem das Zellgebiet (610) umgebenden inneren Randgebiet (691) angeordnet sind, die Abschlusselektroden (185) aufweisen und ein zweites regelmäßiges Muster übereinstimmend bzw. kongruent mit einem Teil des ersten regelmäßigen Musters bilden, Zellmesas (170), die benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander in dem Zellgebiet (610) trennen und erste Teile (121a) einer Driftzone (121) aufweisen, eine Gateelektrode (150), wobei eine an die Gateelektrode (150) angelegte Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas (170) steuert, und dotierte Bereiche (186), die direkt an die Abschlussstrukturen (180) angrenzen und pn-Übergänge mit der Driftzone (121) in dem inneren Randgebiet (691) bilden.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, bei der eine Breite einer Hilfsmesa (175) zwischen dem ersten Muster und dem zweiten Muster kleiner ist als eine Breite der Zellmesas (170).
Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 21 und 22, bei der die Abschlussstrukturen (180) sich von einer ersten Oberfläche (101) in einen Halbleiterkörper (100) erstrecken und die dotierten Bereiche (186) in einer bezüglich der ersten Oberfläche (101) vertikalen Projektion der Abschlussstrukturen (180) angeordnet sind.
Elektronische Anordnung mit einer Halbleitervorrichtung, die aufweist: Feldelektrodenstrukturen (160), die regelmäßig in einem Zellgebiet (610) angeordnet sind und einen ersten Teil eines regelmäßigen Musters bilden, Abschlussstrukturen (180), die in einem das Zellgebiet (610) umgebenden inneren Randgebiet (691) gebildet sind, wobei wenigstens Teile der Abschlussstrukturen (180) einen zweiten Teil des regelmäßigen Musters bilden, Zellmesas (170), die benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander in dem Zellgebiet (610) trennen und erste Teile (121a) einer Driftzone (121) umfassen, eine Gateelektrode (150), wobei eine an die Gateelektrode (150) angelegte Spannung einen Stromfluss durch die Zellmesas (170) steuert, und wenigstens einen dotierten Bereich (186), der einen Homoübergang mit der Driftzone (121) in dem inneren Randgebiet (691) bildet.