DE102014112379A1 - Halbleitervorrichtung mit einer Abschlussmesa zwischen einer Abschlussstruktur und einem Zellfeld von Feldelektrodenstrukturen - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit einer Abschlussmesa zwischen einer Abschlussstruktur und einem Zellfeld von Feldelektrodenstrukturen Download PDF

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Ralf Siemieniec
David Laforet
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) umfasst ein Zellfeld (610) mit einer Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen (160) und Zellmesas (170). Die Feldelektrodenstrukturen (160) sind in Zeilen bzw. Linien angeordnet. Die Zellmesas (170) trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander. Jede Feldelektrodenstruktur (160) umfasst eine Feldelektrode (165) und ein die Feldelektrode (165) von einem Halbleiterkörper (100) trennendes Felddielektrikum (161). Eine Abschlussstruktur (180) umgibt das Zellfeld (610), erstreckt sich von einer ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterkörper (100) und umfasst eine Abschlusselektrode (185) und ein die Abschlusselektrode (185) von dem Halbleiterkörper (100) trennendes Abschlussdielektrikum (181). Die Abschluss- und Felddielektrika (181, 161) haben die gleiche Dicke. Eine Abschlussmesa (190), die weiter ist als die Zellmesas (170), trennt die Abschlussstruktur (180) von dem Zellfeld (610).

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 Dotierstoffkonzentrationen in den Halbleitermesas ohne nachteilhaften Einfluss auf die Sperrfähigkeiten. Höhere Dotierstoffkonzentrationen ihrerseits reduzieren den Einschaltwiderstand der Vorrichtung. Typischerweise formen Abschlussstrukturen Endteile der Halbleitermesas an dem Rand eines Zellfeldes einschließlich der IGFET-Zellen in einer Weise, dass die an den Endteilen zu verarmende Dotierung angenähert gleich zu der Dotierung ist, die in einem zentralen Teil des Zellfeldes verarmt ist.
  • Es ist wünschenswert, Halbleitervorrichtungen mit niedrigen ohmschen Verlusten und unproblematischen Avalanche- bzw. Lawinendurchbrucheigenschaften bzw. -kennlinien 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 ein Zellfeld einschließlich einer Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen und Zellmesas. Die Feldelektrodenstrukturen sind in Linien bzw. Zeilen angeordnet. Die Zellmesas trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen voneinander. Jede Feldelektrodenstruktur umfasst eine Feldelektrode und ein die Feldelektrode von einem Halbleiterkörper trennendes Felddielektrikum. Eine Abschlussstruktur umgibt das Zellfeld. Die Abschlussstruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche in den Halbleiterkörper und umfasst eine Abschlusselektrode und ein Abschlussdielektrikum, das die Abschlusselektrode von dem Halbleiterkörper trennt. Die Abschluss- und Felddielektrika haben die gleiche Dicke. Eine Abschlussmesa, die weiter ist als die Zellmesas, trennt die Abschlussstruktur von dem Zellfeld.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine elektronische Anordnung eine Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein Zellfeld einschließlich einer Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen und Zellmesas. Die Feldelektrodenstrukturen sind in Zeilen bzw. Linien angeordnet. Die Zellmesas trennen benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen voneinander. Jede Feldelektrodenstruktur umfasst eine Feldelektrode und ein die Feldelektrode von einem Halbleiterkörper trennendes Felddielektrikum. Eine Abschlussstruktur umgibt das Zellfeld. Die Abschlussstruktur erstreckt sich von einer ersten Oberfläche in den Halbleiterkörper und umfasst eine Abschlusselektrode und ein die Abschlusselektrode von dem Halbleiterkörper trennendes Abschlussdielektrikum. Die Abschluss- und Felddielektrika haben die gleiche Dicke. Eine Abschlussmesa, die weiter bzw. breiter ist als die Zellmesas, trennt die Abschlussstruktur von dem Zellfeld.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Bilden in einem Zellfeld von einer Halbleiterschicht, die Dotierstoffe enthält, von Feldelektrodentrenches bzw. -gräben, wobei die Feldelektrodentrenches in Linien bzw. Zeilen angeordnet und durch Zellmesas von Teilen der Halbleiterschicht getrennt sind. In der Halbleiterschicht ist ein Abschlusstrench gebildet, der das Zellfeld umgibt, wobei ein Teil der Halbleiterschicht zwischen dem Zellfeld und dem Abschlusstrench eine Abschlussmesa bildet, die weiter ist als die Zellmesas. Durch thermische Oxidation wird eine Feldoxidschicht gebildet, die gleichmäßig die Feldelektrode und Abschlusstrenches auskleidet.
  • 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 der Erfindung 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 Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine Umfangsabschlussstruktur und eine Abschlussmesa, die weiter ist als Zellmesas, bezogen ist.
  • 1B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung von 1A.
  • 2A ist eine schematische perspektivische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 2B zeigt eine Ladungsträgererzeugung bei einem Avalanchedurchbruch in dem Halbleitervorrichtungsteil von 2A.
  • 3 ist ein schematisches Diagramm, das die Durchbruchspannung als eine Funktion der Breite der Abschlussmesa aufträgt, um Effekte der Ausführungsbeispiele zu veranschaulichen.
  • 4A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf eine Abschlussstruktur mit abgeschrägten Ecken und Gatestrukturen in Gates bezogen ist.
  • 4B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 4A längs einer Linie B-B.
  • 4C ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das auf eine Abschlussstruktur mit abgeschrägten Ecken und in Felddielektrika eingebetteten Gatestrukturen bezogen ist.
  • 4D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitervorrichtungsteiles von 4C längs einer Linie D-D.
  • 5A ist eine schematische perspektivische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit abgeschrägten Ecken zum Veranschaulichen von Effekten der Ausführungsbeispiele.
  • 5B zeigt eine Ladungsträgererzeugung in dem Halbleitervorrichtungsteil von 5A bei einem Avalanchedurchbruch.
  • 5C ist ein schematisches Diagramm, das Prozessfenster veranschaulicht, die auf die Halbleitervorrichtung der 5A und 5B bezogen sind.
  • 6A ist eine schematisches horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf oktagonale Feldelektrodenstrukturen, die in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet sind, und auf eine Abschlussstruktur einer angenähert konstanten Breite bezogen ist.
  • 6B ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf quadratische Feldelektrodenstrukturen, die in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet sind, und auf eine Abschlussstruktur mit rechteckförmigen Ausbuchtungen bezogen ist.
  • 7 ist ein vereinfachtes Schaltungsdiagramm einer elektronischen Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • 8A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Halbleitersubstrats zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel nach Bilden eines Abschlusstrenches und von Feldelektrodentrenches.
  • 8B ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 8A nach Bilden einer Opferoxidschicht.
  • 8C ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 8B nach Entfernen der Opferoxidschicht.
  • 8D ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 8C nach Bilden einer Feldoxidschicht.
  • 8E ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 8B nach Auftragen bzw. Abscheiden einer Felddielektrikumschicht.
  • 8F ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 8E nach Auftragen bzw. Abscheiden eines Feldelektrodenmaterials.
  • 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 Ausdrücke ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Ausdrücke sind offene Ausdrücke, und diese Ausdrücke 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 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 AIIIBV-Halbleiter.
  • Der Halbleiterkörper 100 hat eine erste Oberfläche 101, die ungefähr 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 durch eine spezifische Spannungssperrfähigkeit definiert und kann wenigstens 20 μm sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand in einem Bereich von einigen hundert Mikrometern liegen. 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 101 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.
  • Jede Transistorzelle TC umfasst eine Feldelektrodenstruktur 160, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 herab zu einer Bodenebene BPL erstreckt. Jede Feldelektrodenstruktur 160 umfasst eine leitende ährenförmige oder nadelförmige Feldelektrode 165 und ein die Feldelektrode 165 umgebendes Felddielektrikum 161.
  • 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 Feldelektrode 165 von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 100 und umfasst eine thermisch gewachsene Siliziumoxidschicht oder besteht aus einer solchen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Felddielektrikum 161 weiterhin eine aufgetragene bzw. abgeschiedene Siliziumoxidschicht, beispielsweise eine auf TEOS (Tetraethylorthosilikat) beruhende Siliziumoxidschicht, umfassen.
  • 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. Die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160 kann in einem Bereich von 0,5 μm bis 50 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,6 μm bis 4,0 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 0,4 μm bis 10 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,6 μm bis 4,0 μm, sein.
  • Die Querschnittsgebiete 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 angenähert gleich, und die Querschnittsgebiete 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 Transistorzellen TC zentriert sind, sind gleich beabstandet und können matrixähnlich in Zeilen bzw. Linien und Reihen bzw. Spalten in einem Zellfeld 610 angeordnet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Feldelektrodenstrukturen 160 in verschobenen Linien bzw. Zeilen angeordnet sein, wobei die ungeraden Linien bezüglich der geraden Linien um einen halben Abstand zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160 verschoben sind. Halbleitende Teile der Transistorzellen TC sind in Zellmesas 170 des Halbleiterkörpers 100 gebildet, wobei die Zellmesas 170 von dem zusammenhängenden Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 vorstehen, die Feldelektrodenstrukturen 160 umgeben und ein Gitter bilden, wobei die Feldelektrodenstrukturen 160 in den Maschen angeordnet sind.
  • Die Zellmesas 170 umfassen einen zweiten Driftzonenabschnitt 121b des ersten Leitfähigkeitstyps direkt angrenzend an einen ersten Driftzonenabschnitt 121a, der den gleichen Leitfähigkeitstyp hat und der in dem zusammenhängenden Abschnitt CS des Halbleiterkörpers 100 zwischen der Bodenebene BPL und der zweiten Oberfläche 102 gebildet ist. Eine Dotierstoffkonzentration in dem zweiten Driftzonenabschnitt 121b kann gleich sein wie eine Dotierstoffkonzentration in dem ersten Driftzonenabschnitt 121a. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in einer Driftzone 121 einschließlich der ersten und zweiten Driftzonenabschnitte 121a, 121b kann zwischen 1E15 cm–3 und 1E17 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von 5E15 cm–3 bis 5E16 cm–3, sein.
  • Äußere Ränder der äußersten Feldelektrodenstrukturen 160 definieren die Kontur bzw. den Umriss des Zellfeldes 610. Das Zellfeld 610 kann einen zentralen Teil 611 umfassen, der funktionale Transistorzellen TCF aufweist, die Sourcezonen des ersten Leitfähigkeitstyps und Bodyzonen eines zweiten, komplementären Leitfähigkeitstyps haben, wobei die Bodyzonen die Sourcezonen von dem zweiten Driftzonenabschnitt 121b trennen. Die funktionalen Transistorzellen TCF umfassen weiterhin Teile einer Gatestruktur einschließlich einer Gateelektrode, die kapazitiv mit den Bodyzonen durch ein Gatedielektrikum gekoppelt ist.
  • Das Zellfeld 610 kann weiterhin ein Übergangsgebiet 619 aufweisen, das nicht-funktionale Transistorzellen TCN umfasst. In den nicht-funktionalen Transistorzellen TCN können die Zellmesas 170 frei von Sourcezonen sein oder können frei von Sourcezonen und Bodyzonen, also beiden Zonen, sein, so dass in den Zellmesas 170 des Übergangsgebietes 619 der zweite Driftzonenabschnitt 121b direkt an die erste Oberfläche 101 angrenzt. Die nicht-funktionalen Transistorzellen TCN können oder können nicht frei von Gateelektrodenstrukturen sein. Das Übergangsgebiet 619 kann den zentralen Teil 611 vollständig und bei einer gleichmäßigen Breite umgeben.
  • Eine Abschlussstruktur 180 umgibt vollständig das Zellfeld 610 in der horizontalen Ebene. Die Abschlussstruktur 180 erstreckt sich in einem Randgebiet 690, das das Zellfeld 610 umgibt, von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper herab zu wenigstens der Bodenebene BPL. Die Abschlussstruktur 180 umfasst eine Abschlusselektrode 185 und ein die Abschlusselektrode 185 umgebendes Abschlussdielektrikum 181.
  • Die Abschlusselektrode 185 umfasst eine stark 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 umfasst eine thermisch gewachsene Siliziumoxidschicht oder besteht aus einer solchen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Abschlussdielektrikum 181 weiterhin eine aufgetragene bzw. abgeschiedene Siliziumoxidschicht, beispielsweise ein auf TEOS beruhendes Siliziumoxid, umfassen. Die vertikale Ausdehnung der Abschlussstruktur 180 ist gleich wie oder größer als die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160. Eine Breite der Abschlussstruktur 180 kann gleich sein wie oder größer als eine horizontale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160.
  • Die Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 haben die gleiche Dicke und die gleiche Konfiguration. Mit anderen Worten, die Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 haben die gleiche geschichtete Struktur. Wenn beispielsweise beide Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 aus thermisch gewachsenem Halbleiteroxid, beispielsweise Siliziumoxid, bestehen, ist die Dicke w2 der Felddielektrika 161 gleich zu der Dicke w1 des Abschlussdielektrikums 181. Wenn die Abschluss- und Felddielektrika 181, 161 eine aufgetragene Oxidschicht umfassen, ist die Dicke der aufgetragenen Oxidschicht die gleiche in den Feld- und den Abschlussdielektrika 161, 181.
  • Eine Abschlussmesa 190 trennt die Abschlussstruktur 180 von dem Zellfeld 610. Eine Breite dT der Abschlussmesa 190 ist größer als eine Breite dF der Zellmesas 170.
  • Die Zellmesas 170 und die Abschlussmesa 190 können aus einer Halbleiterschicht resultieren, beispielsweise einer epitaktischen Schicht mit einer anfänglichen Hintergrunddotierung. Das thermische Wachstum der Feld- und Abschlussdielektrika 161, 181 gibt Dotierstoffe von den verbrauchten Teilen des Halbleiterkörpers 100 frei. Die Menge von während des Oxidwachstums von den vertikalen Seitenwänden der Feld- und Abschlussdielektrika 161, 181 freigegebenen Dotierstoffe ist die gleiche in den Zellmesas 170 und der Abschlussmesa 190, also in beiden Mesas. Da die Abschlussmesa 190 weiter ist, diffundiert die gleiche Menge an zusätzlichen Dotierstoffen in ein größeres Volumen in der Abschlussmesa 190 als in der Zellmesa 170.
  • Die sich ergebende mittlere Dotierstoffkonzentration in der Abschlussmesa 190 ist niedriger als die sich ergebende mittlere Dotierstoffkonzentration in dem zweiten Driftzonenabschnitt 121b in den Zellmesas 170.
  • Wenn die Sperrfähigkeit einer Feldelektrodenstruktur 160, die eine nadelförmige Feldelektrode 165 umfasst, an die Sperrfähigkeit einer Streifenzelle bei der gleichen vertikalen Ausdehnung und der gleichen Mesabreite von beiden Zellen angepasst wird, kommt die Feldelektrodenstruktur 160 mit der nadelförmigen Feldelektrode mit einem dünneren Felddielektrikum 161 bei einer höheren Dotierstoffkonzentration in der der nadelförmigen Feldelektrode zugeordneten Zellmesa aus.
  • Im Gegenteil erlaubt die weitere Abschlussstruktur 180 gemäß den Ausführungsbeispielen ein Anpassen der Sperrfähigkeit der eher streifenförmigen Abschlussstruktur 180 an diejenige der nadelförmigen Feldelektrodenstrukturen 160, so dass ein Avalanche-Durchbruch hauptsächlich in dem robusteren Zellfeld 610 anstelle längs der Abschlussmesa 170 stattfindet. Der Effekt wird erzielt mit dem Felddielektrikum 161 und dem Abschlussdielektrikum 181, die die gleiche Dicke w1 = w2 haben, so dass Feld- und Abschlussdielektrika 161, 181 aus den gleichen Prozessen und ohne zusätzlichen auf Lithographie beruhenden Strukturierungsprozess hervortreten. Zusätzlich erlauben durch Verwendung einer Segregation bzw. Absonderung von Dotierstoffen während eines Oxidwachstums die Ausführungsbeispiele eine Differenz zwischen der Dotierstoffkonzentration in der Abschlussmesa 190 und der Dotierstoffkonzentration in den Zellmesas 170 ohne einen auf Lithographie beruhenden Strukturierungsschritt auszuführen.
  • Die 2A und 2B beziehen sich auf eine Konfiguration von ährenförmigen Feldelektrodenstrukturen 160 und einer streifenförmigen Abschlussstruktur 180 ähnlich zu derjenigen, die in 1B gezeigt ist, wobei in dem zentralen Teil 611 des Zellfeldes 610 funktionale Transistorzellen TCF eine Sourcezone 110, eine die Sourcezone 110 von der Driftzone 121 trennende Bodyzone 115 und eine Gatestruktur 150 zum Steuern eines Inversionskanals durch die jeweilige Bodyzone 115 umfassen.
  • 2B veranschaulicht die Verteilung der Ladungsträgererzeugung in dem Halbleiterkörper 100 im Fall eines Avalanche-Durchbruchs, wobei eine dichte Schattierung hohen Erzeugungsraten entspricht und eine spärliche Schattierung geringen Erzeugungsraten entspricht. Die höheren Erzeugungsraten treten in dem zentralen Teil 611 auf. Da der zentrale Teil 611 den größeren Gebietsanteil hat, verteilt sich ein Avalanche-Durchbruch über einem größeren Teil des Chipgebietes, und die erzeugte Wärme verteilt sich über einen größeren Teil des Halbleitervolumens. Die Halbleitervorrichtung 500 kann zuverlässiger sich von dem Avalanche-Durchbruch erholen, als sie würde, wenn die Avalanche-Erzeugung lediglich in einem kleinen Gebietsteil, beispielsweise längs der Abschlussmesa 180, stattfinden würde.
  • In einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel mit einer höheren Avalancheerzeugungsrate in der Abschlussmesa 190 als in den Zellmesas 170 konzentriert sich die Avalancheerzeugung in einem vergleichsweise kleinen Gebietsteil, und lokale Stromfilamentierungen können auftreten, die lokal das Halbleitergitter zerstören können, so dass sich die betreffenden Halbleitervorrichtungen schwerer aus dem Avalanche-Zustand mit der Zeit erholen oder irreversibel zerstört sind.
  • Die Durchbruchspannung BVDSS von streifenförmigen Transistorzellen kann für eine gegebene Dicke w2 des Felddielektrikums längs der Zellmesas als eine Funktion von der Dotierstoffkonzentration in den Zellmesas und der vertikalen Ausdehnung der Feldelektrodenstruktur bis zu einer Breite der streifenförmigen Zellmesas von etwa 1,2 μm geprüft werden. Die erhaltenen Werte können für Breiten der Zellmesas jenseits 1,5 μm extrapoliert werden. Auf diese Weise können Prozessfenster für die Abschlussmesa 190 für irgendeine gegebene Dicke w1 des Abschlussdielektrikums 181 erhalten werden.
  • 3 zeigt ein Prozessfenster 702 für eine Zielbreite tdT der Abschlussmesa 190 durch Auftragen der Durchbruchspannung BVDSS in Abhängigkeit von der Breite dT der Abschlussmesa 190 für eine Dicke w1 des Abschlussdielektrikums von etwa 450 nm. Das einschlägige Prozessfenster 702 zeigt an, dass eine Abweichung von mehr als ±10% von einer Zielbreite tdT nicht signifikant die nominelle Durchbruchspannung BVDSS nom in der Abschlussmesa 190 ändert. Das Prozessfenster für die Breite dT der Abschlussmesa 190 ist eher unproblematisch.
  • Die 4A und 4B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500 mit einer Abschlussstruktur 180, die einen ersten geraden Abschnitt 80x und einen zweiten geraden Abschnitt 180y orthogonal zu dem ersten geraden Abschnitt 180x aufweist. Die Abschlussmesa 190 umfasst jeweils zwei orthogonale gerade Abschnitte verbindende schräge Abschnitte.
  • Der Halbleiterkörper 100, wie dieser in Einzelheiten anhand von 1A und 1B beschrieben ist, umfasst eine Drainstruktur 120 des ersten Leitfähigkeitstyps sowie einen Kontaktteil 130 des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Drainstruktur 120 und der zweiten Oberfläche 102. Die Drainstruktur 120 umfasst eine Driftzone 121, in welcher die 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 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 umfassen, beispielsweise eine Feldstoppschicht 128, 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, wobei in einem p-leitenden Kontaktteil 130 die Dotierstoffkonzentration wenigstens 1E18 cm–3, beispielsweise wenigstens 5E18 cm–3, sein kann.
  • In dem Zellfeld 610 sind die Feldelektrodenstrukturen 160 regelmäßig in Zeilen und Spalten bei gleichen Abständen angeordnet. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Feldelektrodenstrukturen 160 matrixähnlich in einem Schachbrettmuster angeordnet. Längs der Zeilen und Spalten sind die Feldelektrodenstrukturen 160 bei einer Breite dF beabstandet. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten der Feldelektrodenstrukturen 160 wird Bezug genommen auf die Detailbeschreibung in den 1A und 1B.
  • Transistorzellen TC sind auf einem horizontalen Mittelpunkt CP der jeweiligen Feldelektrodenstrukturen 160 zentriert. Halbleitende Teile der Transistorzellen TC sind in Zellmesas 170 zwischen den Feldelektrodenstrukturen 160 gebildet. Die Zellmesas 170 umfassen einen zweiten Driftzonenabschnitt 121b direkt angrenzend an einen ersten Driftzonenabschnitt 121a, der in einem zusammenhängenden Teil CS des Halbleiterkörpers 100 zwischen der Bodenebene BPL und der zweiten Oberfläche 102 gebildet ist.
  • Transistorzellen TC in einem zentralen Teil 611 sind funktionale Transistorzellen TCF, wobei die Zellmesas 170 Sourcezonen 110 und eine Bodyzone 115 umfassen, 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 einer funktionalen Transistorzelle TCF in einer horizontalen Ebene. Die Sourcezone(n) 110 kann (können) direkt an die jeweilige Feldelektrodenstruktur 160 angrenzen oder kann (können) von der Feldelektrodenstruktur 160 beabstandet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist die Feldelektrodenstruktur 160 der betreffenden funktionalen Transistorzelle TC nicht vollständig durch eine Sourcezone 110 umgeben oder umfasst einige räumlich getrennte rotationssymmetrische Sourcezonen 110.
  • Transistorzellen TC in einem Übergangsgebiet 619, das den zentralen Teil 611 umgibt, sind nicht-funktionale Transistorzellen TON, wobei die Zellmesas 170 frei von Sourcezonen 110 oder frei von Source- und Bodyzonen 115 sind. Stattdessen kann ein Teil der Driftzone 121 die betreffenden Zellmesas 170 vollständig füllen.
  • Der zentrale Teil 611 umfasst weiterhin eine Gatestruktur 150 mit einer leitenden Gateelektrode 155, die Transistorabschnitte der funktionalen Transistorzellen TCF in einer horizontalen Ebene umgibt, wobei die Transistorabschnitte Teile der Zellmesas 170 sind, die die Source- und Bodyzonen 110, 115 umfassen. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Gatestruktur 150 von der Feldelektrodenstruktur 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 115 kann ein Halbleiteroxid, beispielsweise ein thermisch gewachsenes oder aufgetragenes Siliziumoxid, ein Siliziumnitrid, beispielsweise ein aufgetragenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxynitrid, beispielsweise ein Siliziumoxynitrid, oder eine Kombination hiervon umfassen oder aus solchen 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.
  • 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 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 den Kanalteilen direkt angrenzend an das Gatedielektrikum 151 und bilden Inversionskanäle, die den zweiten pn-Übergang pn2 für Elektronen kurzschließen.
  • Eine vertikale Ausdehnung der Gatestruktur 150 ist kleiner als die vertikale Ausdehnung der Feldelektrodenstrukturen 160. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die vertikale Ausdehnung der Gatestruktur 150 in einem Bereich von 400 nm bis 1500 nm, beispielsweise in einem Bereich von 500 nm bis 1000 nm, sein.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die Gatestruktur 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.
  • Die Gatestruktur 150 kann sich in das Übergangsgebiet 619 erstrecken, wo die Gatestruktur 150 Ausdehnungen bzw. Expansionen 157 umfassen kann, um elektrisch die Gateelektrode 155 mit einer Metallgateelektrode an der Vorderseite und außerhalb der vertikalen Projektion des zentralen Teiles 611 zu kontaktieren.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum 210, das an die erste Oberfläche 101 angrenzt, kann elektrisch die Gateelektrode 155 von einer ersten 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 500 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 kann elektrisch mit einem solchen verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 können 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 enthält, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung.
  • 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. Neben- bzw. Hilfskontaktstrukturen 315b können elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den Feldelektroden 165 und der Abschlusselektrode 185 verbinden. Die Kontaktstrukturen 315, 315b können 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, umfassen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen umfassen die Kontaktstrukturen 315, 315b stark dotierte Halbleiterstrukturen, beispielsweise stark n-dotierte polykristalline Strukturen oder stark p-dotierte säulenförmige einkristalline Strukturen.
  • Die Feldelektroden 165 sowie die Abschlusselektrode 185 können elektrisch mit der ersten Lastelektrode 320, mit Gateelektroden 155, mit einem anderen Anschluss der Halbleitervorrichtung 500, mit einem Ausgang einer internen Treiberschaltung verbunden sein oder können elektrisch floaten bzw. potentialfrei sein.
  • Die Feldelektrodenstrukturen 160 erlauben höhere Dotierstoffkonzentrationen in der Driftzone 121, ohne nachteilhaft die Sperrfähigkeit der Halbleitervorrichtung 500 zu beeinträchtigen. Die nadelförmigen Feldelektroden 165 steigern das verfügbare Querschnittsgebiet für die Driftzone 121 und reduzieren daher den Einschaltwiderstand RDSon verglichen mit streifenförmigen Feldelektroden. Die weite Abschlussmesa 170 gewährleistet, dass ein Avalanche-Durchbruch hauptsächlich in dem robusteren Zellfeld 610 auftritt. Feld- und Abschlussdielektrika 161, 181 mit der gleichen Dicke w1 = w2 reduzieren eine Prozesskomplexität.
  • Die in den 4C und 4D veranschaulichte Halbleitervorrichtung 500 umfasst Gatestrukturen 150, die in die Felddielektrika 161 eingebettet sind. Die Felddielektrika 161 der Halbleitervorrichtungen 500, die für hohe Sperrspannungen ausgelegt sind, sind vergleichsweise dick, und ein Einbetten der Gatestrukturen 150 in Teile der dicken Felddielektrika 161 kann Chipgebiet einsparen und/oder Design- bzw. Auslegungszwänge entspannen.
  • Die 5A und 5B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500 mit der Abschlussstruktur 180, die einen Rahmen mit abgeschrägten Ecken um das Zellfeld 610 bildet. Das Zellfeld 610 umfasst funktionale und nicht-funktionale Transistorzellen TCF, TCN, die matrixähnlich in Zeilen und Reihen orthogonal zu den Zeilen angeordnet sind. Die Querschnittsebene folgt einer Halbierungslinie bzw. Seitenhalbierenden von einer der Ecken des Zellfeldes.
  • 5A zeigt die elektrische Feldverteilung in dem Halbleiterkörper 100 bei dem Avalanche-Durchbruch. Je dichter die Schattierung eines Halbleiterbereiches ist, desto mehr nähert sich das Potential des betreffenden Halbleiterbereiches dem Potential der Sourceelektrode an. Je geringer die Schattierung ist, desto mehr nähert sich das jeweilige Potential demjenigen der Drainelektrode an. Auf der ersten Oberfläche 101 nimmt das elektrische Feld graduell in der horizontalen Richtung zwischen einer äußeren Oberfläche 103 des Halbleiterkörpers 100 und dem Zellfeld 610 ab.
  • In 5B stellt eine dichte Schattierung eine hohe Erzeugungsrate bei dem Avalanche-Durchbruch dar, und eine geringe Schattierung entspricht einer niedrigen Erzeugungsrate. Abgeschrägte Ecken der rahmenförmigen Abschlussstruktur 180 halten die Breite der Abschlussmesa 180 gleichmäßig längs des gesamten Umfangs und steigern eine Avalanche-Robustheit der Eckteile. Die Avalanche-Erzeugung tritt vorherrschend innerhalb des Zellfeldes 610 auf.
  • 5C zeigt ein Prozessfenster für die Durchbruchspannung BVDSS als eine Funktion der Dotierung NT in der Abschlussmesa, der Breite dT der Abschlussmesa 180 und dem Abstand dB der Bodyzone der Transistorzelle von einer lateralen Mitte der Transistorzelle. Ein erster Fensterabschnitt 704 zeichnet die Durchbruchspannung BVDSS als eine Funktion der Dotierung NT in der Abschlussmesa auf der linken Seite auf. In der Mitte zeichnet ein zweiter Prozessfensterabschnitt 706 die Durchbruchspannung BVDSS als eine Funktion der Breite dT der Abschlussmesa 180 auf. Ein dritter Fensterabschnitt 708 zeichnet die Durchbruchspannung BVDSS als eine Funktion des Abstandes dB der Bodyzonen von einer lateralen Mitte der Transistorzelle auf der rechten Seite auf.
  • Gemäß dem ersten Prozessfenster 704 ändert sich die Durchbruchspannung VBDSS um weniger als 2% über einer Veränderung der Dotierungskonzentration NT in der Abschlussmesa um einen Zielwert tNT von ±10%. Das zweite Prozessfenster 706 zeigt, dass sich die Durchbruchspannung um weniger als 2% über einer Breitenveränderung der Abschlussmesa 190 um eine Zielbreite tdF verändert. Das dritte Prozessfenster enthüllt, dass eine Abweichung von einem Zielwert tdB von 10% des Abstandes dB der Bodyzonen von der Mittelachse der jeweiligen Transistorzelle in einer Variation der Durchbruchspannung BVDSS von mehr als 10% resultieren kann.
  • Die 6A und 6B beziehen sich auf Layouts mit den Transistorzellen TC und Feldelektrodenstrukturen 160, angeordnet in verschobenen Linien bzw. Zeilen, wobei die ungeraden Zeilen zu den geraden Zeilen um eine Hälfte des Abstandes zwischen zwei benachbarten Transistorzellen TC oder zwei benachbarten Feldelektrodenstrukturen 160 verschoben sind.
  • Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 6A folgt der innere Umriss bzw. die innere Kontur der Abschlussstruktur 180 der Kontur- bzw. Umrisslinie des Zellfeldes 610. Eine Breite der Abschlussstruktur 180 kann sich verändern oder kann angenähert gleichmäßig sein. Als ein Ergebnis umfasst die Abschlussstruktur 180 lange gerade Abschnitte 180y, die sich parallel zu den Linien der Feldelektrodenstrukturen 160 erstrecken, und Zickzackabschnitte 180z, die orthogonal zu den langen geraden Abschnitten 180y ausgerichtet sind.
  • 6B bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel mit angenähert quadratischen Feldelektrodenstrukturen 160 und einer Abschlussstruktur 180 mit rechteckförmigen Ausbuchtungen längs des inneren Umrisses bzw. der inneren Kontur in der Projektion der eingeprägten Linien. Die innere Kontur der rahmenähnlichen Abschlussstruktur 180 folgt einer Kontur des Zellfeldes 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 Halbleitervorrichtungen 500, wie oben beschrieben, umfassen. Die Halbleitervorrichtungen 500 können IGFETs sein und die Lastpfade der zweite 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. Der 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 Referenzpotential 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, der durch die Steuerschaltung 504 gesteuert und elektrisch mit Gateanschlüssen der Halbleitervorrichtung 500 verbunden ist, umfassen.
  • Die elektronische Anordnung 510 kann ein Motorantrieb sein, wobei die Halbleitervorrichtungen 500 elektrisch in einer Halbbrückenkonfiguration angeordnet und der Netzwerkknoten NN elektrisch mit einer Motorwicklung und Versorgungsanschlüssen A, B, die eine Gleichspannung liefern, verbunden ist.
  • Die 8A bis 8F beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wie diese oben beschrieben ist.
  • 8A zeigt ein Halbleitersubstrat 500a, das aus einer Halbleiterschicht 100a eines einkristallinen Halbleitermaterials besteht oder eine solche enthält. Das Halbleitersubstrat 500a kann ein Halbleiterwafer sein, von welchem eine Vielzahl von identischen Halbleiterdies bzw. -chips erhalten wird. Das einkristalline Halbleitermaterial der Halbleiterschicht 100a kann beispielsweise Silizium (Si) sein.
  • Eine Senkrechte zu einer Hauptoberfläche 101a der Halbleiterschicht 100a definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der vertikalen Richtung sind horizontale Richtungen.
  • Die Halbleiterschicht 100a enthält Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps. Beispielsweise beruht die Halbleiterschicht 100a auf leicht bzw. schwach n-dotiertem Silizium, das Phosphor-(P-) und/oder Arsen-(As-)Atome enthält. Die Dotierstoffe können gleichmäßig in der Halbleiterschicht 100a verteilt sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Dotierstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 100a graduell mit zunehmendem Abstand zu der Hauptoberfläche 101a wenigstens in Abschnitten abnehmen oder zunehmen. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Halbleiterschicht 100a kann zwischen 1E15 cm–3 und 1El7 cm–3, beispielsweise in einem Bereich von 5E15 cm–3 bis 5E16 cm–3, sein.
  • In einem Zellfeld 610 sind Feldelektrodentrenches 160a gebildet, die sich von der Hauptoberfläche 101a in die Halbleiterschicht 100a erstrecken. Außerhalb des Zellfeldes 610 ist ein streifenförmiger Abschlusstrench 180a gebildet, der das Zellfeld 610 vollständig umgibt. Der Abschlusstrench 180a und die Feldelektrodentrenches 160a können gleichzeitig gebildet werden, indem der gleiche lithographische Belichtungsprozess geteilt und die gleiche Ätzmaske und Ätzprozess verwendet werden.
  • Die in 8A gezeigten Feldelektrodentrenches 160a können nadelförmige Trenches sein, die matrixähnlich in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Ein horizontaler Querschnitt eines Feldelektrodentrenches 160a kann ein Kreis oder ein Polygon mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken, beispielsweise ein Quadrat, ein Hexagon oder ein Oktagon mit oder ohne abgeschrägte Ecken, sein.
  • Eine vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung der Abschluss- und Feldelektrodentrenches 180a, 160a kann in einem Bereich von 0,5 μm bis 50 μm, beispielsweise von 0,6 μm bis 4 μm, sein. Eine horizontale Breite der Abschluss- und Feldelektrodentrenches 180a, 160a kann in einem Bereich von 0,4 μm bis 10 μm, beispielsweise in einem Bereich von 0,6 μm bis 4 μm, sein. Die Abschluss- und Feldelektrodentrenches 180a, 160a können die gleiche Breite haben. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Abschlusstrench 180a weiter und/oder tiefer sein als die Feldelektrodentrenches 160a.
  • Teile der Halbleiterschicht 100a, die die Feldelektrodentrenches 160a voneinander trennen, bilden Zellmesas 170. Ein Teil der Halbleiterschicht 100a, der die äußersten Feldelektrodentrenches 160a des Zellfeldes 610 von dem Abschlusstrench 180a trennt, bildet eine Abschlussmesa 190. Die Zellmesas 170 sowie die Abschlussmesa 190 stehen von einem zusammenhängenden Abschnitt CS des Halbleitersubstrats 500a vor. Eine Breite dT der Abschlussmesa 190 ist größer als eine Breite dF der Zellmesas 170.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine Opferoxidschicht 202 durch thermische Oxidation, beispielsweise Erwärmen des Halbleitersubstrates 500a in einer Sauerstoff enthaltenden Umgebung, gebildet werden.
  • 8B zeigt die Opferoxidschicht 202, die gleichmäßig die Abschluss- und Feldelektrodentrenches 180a, 160a auskleidet. Dotierstoffatome 140 von Teilen 104 der Halbleiterschicht 100a, verbraucht durch die Bildung der Opferoxidschicht 202, diffundieren in die angrenzenden Abschluss- und Zellmesas 190, 170. Da die die Dotierstoffatome 140, die von vertikalen Teilen der Opferoxidschicht 202 diffundieren, sich über ein größeres Volumen verteilen, ist die sich ergebende insgesamte Dotierstoffkonzentration nT1 in der Abschlussmesa 190 niedriger als die sich ergebende insgesamte Dotierstoffkonzentration nC1 in den Zellmesas 170. Dann wird die Opferoxidschicht 202 entfernt.
  • Wie in 8C veranschaulicht ist, rundet eine Bildung und eine Entfernung der Opferoxidschicht 202 Ränder bzw. Kanten an den Öffnungen und an den Böden der Abschluss- und Feldelektrodentrenches 180a, 160a ab. Andere Ausführungsbeispiele können ohne Bildung und Entfernung einer Opferoxidschicht 202 ausgestaltet werden.
  • Eine Feldoxidschicht 161a kann durch thermische Oxidation, beispielsweise durch Erwärmen des Halbleitersubstrats 500a in einer Sauerstoff enthaltenden Umgebung, gebildet werden.
  • 8D zeigt die Feldoxidschicht 161a, die die gerundeten Abschluss- und Feldelektrodentrenches 180a, 160a auskleidet. Dotierstoffatome, die in oxidierenden Teilen der Halbleiterschicht 100a enthalten sind, sondern sich ab und tragen zu endgültigen Dotierstoffkonzentrationen nC, nT in den Zellmesas 170 und der Abschlussmesa 190 bei. Eine Dotierstoffkonzentrationsdifferenz zwischen einer endgültigen ersten Dotierstoffkonzentration nC in den Zellmesas 170 und einer endgültigen zweiten Dotierstoffkonzentration nT in der Abschlussmesa 190 kann proportional zu einem Verhältnis einer Breite dF der Zellmesas 170 zu einer Breite dF der Abschlussmesa 190 sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eine konforme Felddielektrikumschicht 161b einer gleichmäßigen Schichtdicke auf der Feldoxidschicht 161a mittels eines vorherrschend konformen Abscheidungs- bzw. Auftragungsprozesses aufgetragen werden.
  • 8E zeigt die konforme Felddielektrikumschicht 161b einer einheitlichen bzw. gleichmäßigen Schichtdicke. Die Felddielektrikumschicht 161b kann beispielsweise ein aufgetragenes bzw. abgeschiedenes Siliziumoxid, wie Siliziumoxid, das mittels TEOS (Tetraethylorthosilikat) als Vorläufermaterial erhalten ist, sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Felddielektrikumschicht 240 eine Siliziumnitridschicht, eine Siliziumoxynitridschicht oder ein anderes dielektrisches Material umfassen. Eine Schichtdicke der Felddielektrikumschicht 161b kann in einem Bereich von 10% bis 90% der gesamten Oxiddicke, beispielsweise in einem Bereich von 40% bis 60%, sein.
  • Der Schichtstapel, der die Feldoxidschicht 161a und die Felddielektrikumschicht 161b aufweist, kann von wenigstens einem zentralen Teil 611 entfernt werden. Gatetrenches können in den Zellmesas 170 gebildet werden und können mit einem Gatedielektrikum 151 ausgekleidet werden. Ein leitendes Material kann aufgetragen und rückgebildet werden, um die Gatetrenches, die Abschlusstrenches 180a sowie die Feldelektrodentrenches 160a zu füllen. Fremdstoffe können implantiert werden, um stark dotierte Sourcezonen 110 und entgegengesetzt dotierte Bodyzonen 115 zu bilden.
  • 8F zeigt Transistorzellen TC mit einer Gateelektrodenstruktur 150 mit einer Gateelektrode 155 und einem die Gateelektrode 155 von der Halbleiterschicht 100a trennenden Gatedielektrikum 151. In dem zentralen Teil 611 bildet eine Bodyzone 115 erste pn-Übergänge pn1 mit Sourcezonen 110 und einen zweiten pn-Übergang pn2 mit einer Driftzone 121, die von weiteren Teilen der dotierten Halbleiterschicht 100a gebildet ist. Das aufgetragene leitende Material bildet Feldelektroden 165 in den Feldelektrodentrenches 160a, eine Abschlusselektrode 185 in dem Abschlusstrench 180a und eine Gateelektrode 155 in den Gatetrenches 150a. Weitere Prozesse werden auf das Halbleitersubstrat 500a angewandt. Schließlich wird eine Vielzahl von identischen Halbleitervorrichtungen, wie anhand der anderen Figuren beschrieben, erhalten, indem das Halbleitersubstrat 500a in eine Vielzahl von identischen Halbleiterdies bzw. Halbleiterchips geteilt wird.
  • Eine Bildung der Opferoxidschicht 202, der Feldoxidschicht 161a und der Felddielektrikumschicht 161b kann verwendet werden, um bei einer gegebenen Gesamtdicke der Feldoxidschicht 161a und der Felddielektrikumschicht 161b die endgültige zweite Dotierstoffkonzentration nT in der Abschlussmesa 190 einzustellen, die niedriger ist als die endgültige erste Dotierstoffkonzentration in den Zellmesas 170, um zu gewährleisten, dass der Avalanche innerhalb des Zellfeldes 610 stattfindet. Durch Vorsehen der Konzentrationsdifferenz wird eine Absonderung von Dotierstoffatomen von den wachsenden Oxidschichten verwendet.
  • Wenn eine Feldoxidschicht 161a, die dünner ist als das endgültige Felddielektrikum, ausreichend ist, um die gewünschte Dotierstoffdifferenz zu erzeugen, kann eine aufgetragene Felddielektrikumschicht die Feldoxidschicht 161a zu dem endgültigen Felddielektrikum ergänzen, ohne weiter die Dotierstoffdifferenz zu steigern. Wenn eine Feldoxidschicht 161a mit der endgültigen Felddielektrikumdicke nicht ausreichend ist, um die gewünschte Dotierstoffdifferenz zu erzeugen, kann eine Bildung und Entfernung einer Opferoxidschicht zu der Dotierstoffdifferenz beitragen, ohne die Dicke des endgültigen Felddielektrikums weiter zu erhöhen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen 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 (20)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Zellfeld (610), das eine Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen (160), die in Zeilen angeordnet sind, und Zellmesas (170), die benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander trennen, aufweist, wobei jede Feldelektrodenstruktur (160) eine Feldelektrode (165) und ein die Feldelektrode (165) von einem Halbleiterkörper (100) trennendes Felddielektrikum (161) aufweist, eine das Zellfeld (610) umgebende Abschlussstruktur (180), die sich von einer ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterkörper (100) erstreckt und eine Abschlusselektrode (185) und ein die Abschlusselektrode (185) von dem Halbleiterkörper (100) trennendes Abschlussdielektrikum (181) aufweist, wobei die Abschluss- und Felddielektrika (181, 161) die gleiche Dicke haben, und eine Abschlussmesa (190), die weiter ist als die Zellmesas (170) und die Abschlussstruktur (180) von dem Zellfeld (610) trennt.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Abschlussmesa (190) niedriger ist als eine mittlere Dotierstoffkonzentration in einem zweiten Driftzonenabschnitt (121b) in den Zellmesas (170), wobei der zweite Driftzonenabschnitt (121b) direkt an einen ersten Driftzonenabschnitt (121a) angrenzt, der in einem zusammenhängenden Abschnitt (CS) des Halbleiterkörpers (100) zwischen den Feldelektrodenstrukturen (160) und einer zweiten Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101) gebildet ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin umfassend: eine die Feldelektrodenstrukturen (160) umgebende Gatestruktur (150), die eine Gateelektrode (155) und ein die Gateelektrode (155) von dem Halbleiterkörper (100) trennendes Gatedielektrikum (151) aufweist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der Teile der Zellmesas (170) jeweils zwischen der Gatestruktur (150) und den Feldelektrodenstrukturen (160) gebildet sind.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Gatestruktur (155) ein Transistorabschnitte (TS) einer Vielzahl von Transistorzellen (TC) einbettendes Gitter bildet, wobei jede Transistorzelle (TC) einer Feldelektrodenstruktur (160) zugeordnet ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, bei der eine Breite der Feldelektrodenstrukturen (160) gleich ist zu einer Breite der Abschlussstruktur (180).
  7. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei der eine Breite (dT) der Abschlussmesa (190) gleichförmig längs geraden Abschnitten der Abschlussmesa (190) ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei der eine Breite (dT) der Abschlussmesa (190) gleichförmig längs abgeschrägten Teilen zwischen orthogonalen geraden Abschnitten der Abschlussmesa (190) ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei der ein Abstand zwischen der Abschlussstruktur (180) und dem Zellfeld (610) gleichförmig ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei der die Feldelektrodenstrukturen (160) matrixähnlich in Zeilen und Reihen senkrecht zu den Zeilen angeordnet sind und die Abschlussmesa (190) wenigstens vier gerade Abschnitte längs vier Seiten eines rechteckförmigen Zellfeldes aufweist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Abschlussmesa (190) jeweils schräge Abschnitte, die zwei orthogonale gerade Abschnitte verbinden, aufweist.
  12. Halbleitervorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei der die Feldelektrodenstrukturen (160) in verschobenen Zeilen angeordnet sind und die Abschlussmesa (190) gerade Abschnitte parallel zu den verschobenen Zeilen und Zickzack-Abschnitte orthogonal zu den verschobenen Zeilen aufweist.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Zickzack-Abschnitte der Abschlussmesa (190) Ausbuchtungen in der longitudinalen Projektion von eingeprägten bzw. vertieften Zeilen der Feldelektrodenstrukturen (160) aufweisen.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Zickzack-Abschnitte eine gleichförmige Breite haben.
  15. Elektronische Anordnung, umfassend: eine Halbleitervorrichtung, die ein Zellfeld (610) mit einer Vielzahl von Feldelektrodenstrukturen (160), die in Zeilen angeordnet sind, und mit Zellmesas (170), die benachbarte einzelne Feldelektrodenstrukturen der Feldelektrodenstrukturen (160) voneinander trennen, aufweist, wobei jede Feldelektrodenstruktur (160) eine Feldelektrode (165) und ein die Feldelektrode (165) von einem Halbleiterkörper (100) trennendes Felddielektrikum (161) aufweist, eine das Zellfeld (610) umgebende Abschlussstruktur (180), die sich von einer ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterkörper (100) erstreckt und eine Abschlusselektrode (185) und ein die Abschlusselektrode (185) von dem Halbleiterkörper (100) trennendes Abschlussdielektrikum (181) aufweist, wobei die Abschluss- und Felddielektrika (181, 161) eine gleiche Dicke haben, und eine Abschlussmesa (190), die weiter ist als die Zellmesas (170) und die Abschlussstruktur (180) von dem Zellfeld (610) trennt.
  16. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bilden in einem Zellfeld (610) einer Dotierstoffe enthaltenden Halbleiterschicht (100a) von Feldelektrodentrenches (160a), die in Zeilen angeordnet und durch Zellmesas (170) getrennt sind, die von Teilen der Halbleiterschicht (100a) gebildet sind, Bilden in der Halbleiterschicht (100a) von einem das Zellfeld (610) umgebenden Abschlusstrench (180), wobei ein Teil der Halbleiterschicht (100a) zwischen dem Zellfeld (610) und dem Abschlusstrench (100a) eine Abschlussmesa (190) bildet, die weiter ist als die Zellmesas (170), und Bilden durch thermische Oxidation von einer Feldoxidschicht (161a), die gleichmäßig die Feldelektroden- und Abschlusstrenches (160a, 180a) auskleidet.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem in oxidierenden Teilen der Halbleiterschicht (100a) enthaltene Dotierstoffe sich absondern und zu endgültigen Dotierstoffkonzentrationen in den Zellmesas (170) und der Abschlussmesa (190) beitragen und eine Dotierstoffkonzentrationsdifferenz zwischen einer ersten mittleren Dotierstoffkonzentration in den Zellmesas (170) und einer zweiten mittleren Dotierstoffkonzentration in der Abschlussmesa (190) proportional zu einem Verhältnis eines Gesamtvolumens der Zellmesas (170) zu einem Gesamtvolumen der Abschlussmesa (190) ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, weiterhin umfassend: Bilden und Entfernen vor Bilden der Feldoxidschicht (161a) von einer Opferoxidschicht (202), die gleichmäßig die Feldelektroden- und Abschlusstrenches (160a, 180a) auskleidet.
  19. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 18, bei dem die Feldelektrodentrenches (160a) und der Abschlusstrench (180a) gleichzeitig gebildet werden.
  20. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 19, weiterhin umfassend: Auftragen bzw. Abscheiden einer Felddielektrikumschicht (161b) auf der Feldoxidschicht (161a).
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