-
HINTERGRUND
-
Auf dem Gebiet von Automobil-Anwendungen und Automobil-Schaltungen werden Standard-pn-Dioden verwendet, um eine durch einen elektrischen Generator erzeugte Spannung gleichzurichten. Aufgrund dieser Gleichrichtung treten Leistungsverluste auf. Die Leistungsverluste sind gegeben durch das Produkt der Durchlass- bzw. Vorwärtsspannung und des durch den elektrischen Generator erzeugten Durchschnittsstromes. Aufgrund des stark zugenommenen Bedarfes an elektrischem Strom ist in einem Fahrzeug der elektrische Generator eine der größten Quellen von Leistungsverlusten. Um diese Verluste zu reduzieren wird nach effizienten bzw. wirksamen Dioden, sogenannten Hocheffizienzdioden, gesucht. Eine Möglichkeit zum Reduzieren von Leistungsverlusten liegt in einem Reduzieren der Durchlassspannung.
-
Eine weitere Forderung, die durch Generatordioden erfüllt werden muss, liegt in der Durchbruchspannung im Falle eines Lastabwurfes bzw. -dumpings. Um elektrische Komponenten bzw. Bauelemente in dem Fahrzeug zu schützen, haben die Dioden die gesamte Energie zu verbrauchen, die durch den elektrischen Generator in einem gewissen Spannungsfenster erzeugt ist.
-
Aus der Druckschrift US 2003 / 0 080 355 A1 ist ein Halbleiterbauelement mit einem Leistungs-MOSFET, einer parallel geschalteten Bodydiode und einer parallel geschalteten Schottky-Barrierendiode bekannt. Weitere Halbleiterbauelemente sind aus der Druckschrift
US 7 982 265 B2 bekannt.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, die jeweils den obigen Forderungen genügen.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine integrierte Schaltung ein Leistungsbauelement bzw. Leistungsbauteil, das eine Vielzahl von ersten Trenches bzw. Gräben in einem Zellarray bzw. einer Zellanordnung und ein erstes leitendes Material in den ersten Trenches, elektrisch gekoppelt mit einem Gateanschluss des Leistungsbauelements, aufweist, und ein Diodenbauteil bzw. Diodenbauelement, das einen ersten Diodenvorrichtungstrench und einen zweiten Diodenvorrichtungstrench, die benachbart zueinander angeordnet sind, aufweist. Ein zweites leitendes Material in den ersten und zweiten Diodenvorrichtungstrenches ist elektrisch mit einem Sourceanschluss des Diodenbauelements gekoppelt. Die ersten Trenches, der erste Diodenvorrichtungstrench und der zweite Diodenvorrichtungstrench sind in einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates angeordnet. Die integrierte Schaltung umfasst weiterhin einen Diodengatekontakt, der eine Verbindungsstruktur zwischen den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches aufweist, wobei die Verbindungsstruktur in Kontakt mit dem zweiten leitenden Material in den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches ist.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst eine integrierte Schaltung ein Leistungsbauelement, das eine Vielzahl von ersten Trenches in einem Zellarray aufweist. Ein erstes leitendes Material in ersten Trenches ist mit einem Gateanschluss des Leistungsbauelements gekoppelt. Die integrierte Schaltung umfasst weiterhin ein Diodenbauelement, das einen Diodenvorrichtungstrench und ein zweites leitendes Material in dem Diodenvorrichtungstrench, gekoppelt mit einem Sourceanschluss des Diodenbauelements, aufweist. Die ersten Trenches und der Diodenvorrichtungstrench sind in einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates angeordnet. Das erste leitende Material und das zweite leitende Material sind an der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates vorgesehen.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung ein Bilden eines Leistungsbauelementes, das eine Vielzahl von ersten Trenches in einem Zellarray aufweist, einschließlich eines Bildens der ersten Trenches in einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates und eines Bildens eines ersten leitenden Materials in den ersten Trenches. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bilden eines Diodenbauelementes, das einen ersten Diodenvorrichtungstrench und einen zweiten Diodenvorrichtungstrench, die benachbart zueinander angeordnet sind, aufweist, einschließlich eines Bildens des ersten Diodenvorrichtungstrenches und des zweiten Diodenvorrichtungstrenches in der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates und eines Bildens eines zweiten leitenden Materials in den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bilden eines Diodengatekontaktes einschließlich einer Trenchverbindungsstruktur in einem Trenchteil zwischen den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches, um in Kontakt mit dem zweiten leitenden Material in dem ersten Diodenvorrichtungstrench und dem zweiten Diodenvorrichtungstrench zu sein, ein elektrisches Koppeln des ersten leitenden Materials in den ersten Trenches mit einem Gateanschluss des Leistungsbauelementes und ein elektrisches Koppeln des zweiten leitenden Materials in den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches mit einem Sourceanschluss des Diodenbauelements.
-
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
-
Figurenliste
-
Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsbeispielen 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 der Prinzipien. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen geben einander entsprechende Teile an.
- 1 zeigt eine Schnittdarstellung parallel zu einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2A, 2B und 2C sind Schnittdarstellungen einer integrierten Schaltung gemäß Ausführungsbeispielen, wobei die Schnittdarstellungen in verschiedenen Positionen geführt sind.
- 3 ist ein Ersatzschaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung, die einen Teil einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel bildet.
- 4 ist eine Schnittdarstellung einer integrierten Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
- 5A bis 5F veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 6 zeigt ein Flussdiagramm, das Schritte eines Verfahrens zum Herstellen der integrierten Schaltung veranschaulicht.
-
DETAILBESCHREIBUNG
-
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht begrenzend. Insbesondere können Elemente der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele mit Elementen von verschiedenen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
-
Die Begriffe „Wafer“, „Substrat“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie Silizium, Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Schichten von Silizium, getragen durch eine Basishalbleiterunterlage, und andere Halbleiterstrukturen umfassen. Der Halbleiter braucht nicht auf Silizium zu beruhen. Der Halbleiter könnte ebenso Silizium-Germanium, Germanium oder Galliumarsenid sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) das Halbleitersubstratmaterial bilden.
-
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie diese in der vorliegenden Beschreibung verwendet sind, sollen eine Orientierung parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrates oder eines Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips bzw. einer Die sein.
-
Der Begriff „vertikal“, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrates oder des Halbleiterkörpers angeordnet ist.
-
Die Figuren und die Beschreibung veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ nächst zu dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsbereiches ist, während ein „n+“-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben. In den Figuren und der Beschreibung sind für ein besseres Verständnis oft die dotierten Teile als „p“- oder „n“-dotiert bezeichnet. Wie klar zu verstehen ist, soll diese Bezeichnung in keiner Weise begrenzend sein. Der Dotierungstyp kann willkürlich sein, solange die beschriebene Funktionalität erzielt wird. Weiterhin können in allen Ausführungsbeispielen die Dotierungstypen umgekehrt werden.
-
Die in dieser Beschreibung verwendeten Begriffe „gekoppelt“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ sollen nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen, vielmehr können dazwischen liegende Elemente zwischen den „gekoppelten“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorhanden sein. Der Begriff „elektrisch verbunden“ soll eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Elementen beschreiben.
-
1 veranschaulicht eine Schnittdarstellung einer integrierten Schaltung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Schnittdarstellung von 1 ist parallel zu einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates geführt. Die integrierte Schaltung 1 von 1 umfasst ein Leistungsbauelement 3 und ein Diodenbauelement 4. Das Leistungsbauelement 3 umfasst eine Vielzahl von Leistungstransistorzellen, die parallel zueinander verbunden sind. Das Leistungsbauelement 3 umfasst eine Vielzahl von ersten Trenches 101 , ..., 10n , die so angeordnet sind, dass sie parallel und im gleichen Abstand zueinander in der x-Richtung, das heißt der Richtung von der Oberseite zu der Unterseite der Zeichnung, verlaufen. Eine erste Gateelektrode 32 ist in der Vielzahl der ersten Trenches 101 , ..., 10n angeordnet. Mesas 15 sind zwischen benachbarten Trenches vorgesehen. Wie weiter unten näher erläutert werden wird, sind Komponenten der Leistungstransistorzellen 13 innerhalb der Mesas 15 und in dem Halbleitersubstratmaterial unterhalb der angegebenen Schnittdarstellung angeordnet.
-
Die integrierte Schaltung 1 umfasst weiterhin ein Diodenbauelement 4, das in das Zellarray des Leistungsbauelements integriert ist. Beispielsweise kann das Diodenbauelement 4 einen ersten Diodenvorrichtungstrench 20 und einen zweiten Diodenvorrichtungstrench 21 aufweisen. Wie weiter unten anhand von 2A erläutert werden wird, ist eine zweite Gateelektrode 42 in den ersten und zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 angeordnet.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind Diodengatekontakte 22 in Kontakt mit der zweiten Gateelektrode 42, die in den ersten und zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 vorgesehen ist. Beispielsweise kann der Diodengatekontakt 22 ein Kontaktkissen bzw. -pad 28 aufweisen, das in einer die erste Richtung schneidenden Richtung, beispielsweise in der y-Richtung, verläuft. Weiterhin kann der Diodengatekontakt 22 eine Verbindungsstruktur 27 umfassen, die die ersten und die zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 verbindet. Beispielsweise kann die Verbindungsstruktur 27 einen Trenchteil aufweisen, der zwischen den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches angeordnet ist. Der Trenchteil kann sich in einer Richtung erstrecken, die die erste Richtung schneidet, beispielsweise in der y-Richtung. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Verbindungsstruktur 27 durch ein leitendes Material ausgeführt sein, das über der ersten Hauptoberfläche angeordnet ist. Das leitende Material ist zwischen benachbarten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 vorgesehen.
-
Eine Vielzahl von Diodengatekontakten 22 kann in der integrierten Schaltung angeordnet sein, die ein Array bzw. eine Anordnung von Leistungstransistorzellen und von gategesteuerten Diodenvorrichtungen umfasst. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten und zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 die gleiche Breite wie die ersten Trenches 101 , ..., 10n haben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Abstand zwischen irgendwelchen Trenches der ersten Trenches 101 , 102 gleich zu dem Abstand zwischen einem Diodenvorrichtungstrench und einem benachbarten ersten Trench sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten Trenches und die Diodenvorrichtungstrenches unter der gleichen Teilung angeordnet sein. Die ersten und die zweiten Diodenvorrichtungstrenches 21, 20 sind benachbart zueinander vorgesehen. Beispielsweise kann die Teilung einen Abstand zwischen benachbarten Trenches angeben, wobei die Teilung von einer mittleren Position jedes Trenches gemessen ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die ersten Trenches und die Diodenvorrichtungstrenches unter der gleichen Teilung angeordnet sein, und die Breite der ersten Trenches sowie die Breite der Diodenvorrichtungstrenches können leicht verschieden sein. Weiterhin kann die Breite der Mesa, das heißt des Halbleitermaterials zwischen benachbarten Trenches, leicht verschieden sein, und die ersten Trenches sowie die Diodenvorrichtungstrenches sind unter der gleichen Teilung angeordnet.
-
2A zeigt eine Schnittdarstellung der integrierten Schaltung zwischen I und I', wie dies auch in 1 veranschaulicht ist. Die Schnittdarstellung von 2A ist längs der y-Richtung geführt. Die integrierte Schaltung 1 umfasst ein Leistungsbauelement 3 und ein Diodenbauelement 4. Das Leistungsbauelement 3 umfasst eine Vielzahl von Trenches 101 , ..., 10n . Jeder der einzelnen Transistoren 13 des Leistungsbauelements umfasst einen ersten Sourcebereich 34, einen ersten Drainbereich 39, einen ersten Bodybereich 36 und eine erste Driftzone 38. Der erste Sourcebereich 34 ist benachbart zu der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrates 100 angeordnet. Der erste Drainbereich 39 kann benachbart zu der zweiten Hauptoberfläche vorgesehen sein, die entgegengesetzt zu der ersten Hauptoberfläche 110 ist. Der erste Bodybereich 36 und die erste Driftzone 38 erstrecken sich senkrecht bezüglich der ersten Hauptoberfläche 110. Der erste Bodybereich 36 und die erste Driftzone 38 sind zwischen dem ersten Sourcebereich 34 und dem ersten Drainbereich 39 angeordnet. Die erste Gateelektrode 32 ist in den ersten Trenches 101 , ..., 10n angeordnet. Die erste Gateelektrode 32 ist von dem ersten Bodybereich 36 mittels eines ersten Gatedielektrikums 30 isoliert. Der Transistor 13 kann weiterhin eine erste Feldplatte 33 aufweisen, die benachbart zu der ersten Driftzone 38 vorgesehen ist. Die erste Feldplatte 33 ist von der ersten Driftzone 38 mittels einer ersten Felddielektrikumschicht 31 isoliert.
-
Der erste Sourcebereich 34 und der erste Drainbereich 39 können mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise des n-Typs, dotiert sein. Der Bodybereich 36 kann mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise des p-Typs, dotiert sein. Die erste Driftzone 38 kann mit Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps bei einer geringeren Dotierungskonzentration als der erste Sourcebereich 34 und der erste Drainbereich 39 dotiert sein. Wenn eine geeignete Gatespannung an die erste Gateelektrode 32 gelegt wird, wird eine leitende Inversionsschicht an der Grenze zwischen dem ersten Bodybereich 36 und dem ersten Gatedielektrikum 30 gebildet. Demgemäß ist der Transistor in einem leitenden Zustand von dem ersten Sourcebereich 34 zu dem ersten Drainbereich 39 über den leitenden Inversionskanal und die erste Driftzone 38.
-
Die Leitfähigkeit des Kanals, der in dem ersten Bodybereich 36 gebildet ist, wird durch die erste Gateelektrode 32 gesteuert. Durch Steuern der Leitfähigkeit des Kanales kann der Stromfluss von dem ersten Sourcebereich 34 über den in dem Bodybereich 36 gebildeten Kanal und die Driftzone 38 zu dem ersten Drainbereich 39 gesteuert werden.
-
Im Falle eines Ausschaltens wird kein leitender Kanal an der Grenze zwischen dem ersten Bodybereich 36 und dem ersten Gatedielektrikum 30 gebildet, sodass kein Strom fließt. Weiterhin kann eine geeignete Spannung an die erste Feldplatte in einem Aus-Zustand angelegt werden. Beispielsweise kann die erste Feldplatte 33 mit einem ersten Sourceanschluss 51 verbunden werden, der auch mit dem ersten Sourcebereich 34 verbunden ist. In einem Aus-Zustand verarmt die Feldplatte 33 Ladungsträger von der ersten Driftzone, sodass die Durchbruchspannungseigenschaften des Transistors 200 verbessert sind. In dem Transistor 13, der eine erste Feldplatte 33 umfasst, kann die Dotierungskonzentration der Driftzone 38 gesteigert werden, ohne die Durchbruchspannungseigenschaften im Vergleich zu einer Vorrichtung ohne eine Feldplatte zu verschlechtern. Aufgrund der höheren Dotierungskonzentration der ersten Driftzone 38 ist der Einschaltwiderstand RDSon weiter vermindert, was in verbesserten Vorrichtungseigenschaften resultiert.
-
Die Transistoren 13 umfassen weiterhin einen Bodykontaktteil 35. Der Bodykontaktteil 35 verbindet elektrisch den Kanalbereich mit dem ersten Sourcebereich 34 und unterdrückt oder beeinträchtigt einen parasitären Bipolartransistor. Der Bodykontaktteil 35 kann einen Teil einer Metallisierungsschicht 32 bilden, die über dem Transistorzellarray gebildet ist.
-
Das Leistungsbauelement bzw. -bauteil 3 umfasst eine Vielzahl von Transistoren 13, die parallel verbunden sind. Die ersten Sourcebereiche 34 des Leistungsbauelements 3 können mit einem ersten Sourceanschluss 51 gekoppelt sein. Der erste Drainbereich 39 kann mit einem ersten Drainanschluss 53 gekoppelt sein.
-
Die integrierte Schaltung 1 umfasst weiterhin ein Diodenbauelement bzw. -bauteil 4, das einen ersten Diodenvorrichtungstrench bzw. -graben 20 und einen zweiten Diodenvorrichtungstrench bzw. -graben 21 aufweist. Das Diodenbauelement 4 umfasst gategesteuerte Diodenvorrichtungen 14, die einen ähnlichen Aufbau wie der Leistungstransistor 13 des Leistungsbauelements haben, sodass eine Beschreibung in Einzelheiten hiervon zur Vereinfachung weggelassen werden kann. Die gategesteuerten Diodenvorrichtungen 14 des Diodenbauelements umfassen einen zweiten Sourcebereich 44, einen zweiten Bodybereich 46, eine zweite Driftzone 48 und einen zweiten Drainbereich 49. Der zweite Sourcebereich kann mit einem zweiten Sourceanschluss gekoppelt sein. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2A sind der erste und der zweite Drainbereich elektrisch verbunden und als ein einziger dotierter Teil benachbart zu der zweiten Hauptoberfläche 120 gebildet. Die Halbleitervorrichtung umfasst eine erste Metallisierungsschicht 52 in Kontakt mit der ersten Hauptoberfläche 110. Die erste Metallisierungsschicht 52 kann elektrisch mit den ersten Sourcebereichen 34 und dem zweiten Sourcebereich 44 gekoppelt sein. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine zweite Metallisierungsschicht 53 in Kontakt mit der zweiten Hauptoberfläche 120.
-
Eine zweite Gateelektrode 42 ist in den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 angeordnet. Die zweite Gateelektrode 42 ist isoliert von dem zweiten Sourcebereich 46 mittels eines zweiten Gatedielektrikums 40. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Dicke des zweiten Gatedielektrikums 40 gleich zu der Dicke des ersten Gatedielektrikums 30 sein. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Dicke des zweiten Gatedielektrikums 40 kleiner als die Dicke der ersten Gatedielektrikumschicht 30 sein. Der zweite Sourcebereich 44 ist elektrisch mit dem zweiten Bodybereich 46 mittels des Bodykontaktteiles 35 verbunden.
-
2B zeigt eine Schnittdarstellung zwischen II und II' an einem Teil, der die Verbindungsstruktur 27 schneidet. Gemäß dem in 2B gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur 27 als eine Trenchverbindungsstruktur 27 ausgeführt, die einen Trenchteil umfasst. Der Trenchteil verbindet die ersten und die zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21. Der Trenchteil kann sich in einer Richtung senkrecht zu den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 erstrecken. Der Diodengatekontakt 22 kann die Trenchverbindungsstruktur 27 und das Kontaktkissen 28 umfassen. Der Diodengatekontakt 22 ist ein Bauteil des Diodenbauelements 4. Der Diodengatekontakt 22 ist angeordnet, um mit zwei benachbarten zweiten Gateelektroden 42 verbunden zu sein, die jeweils in benachbarten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 vorgesehen sind. Der Diodengatekontakt 22 kann mit einem zweiten Sourceanschluss 54 über das Kontaktkissen 28 gekoppelt sein. Weiterhin kann der zweite Drainbereich 49 mit einem zweiten Drainanschluss 55 gekoppelt sein.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 2B umfasst das Diodenbauelement 4 einen inaktiven Teil an der Trenchverbindungsstruktur 27. Wenn beispielsweise die Sourcebereiche für das Leistungsbauelement 3 und das Diodenbauelement 4 gebildet werden, wird kein Sourcebereich an einem Teil benachbart zu der Trenchverbindungsstruktur 27 gebildet. Wie in 2B dargestellt ist, ist ein inaktiver Teil 37 an Teilen des Substrates benachbart zu der ersten Hauptoberfläche in einem Bereich benachbart zu der Trenchverbindungsstruktur 27 vorgesehen. In einer Ebene vor und hinter der angegebenen Zeichenebene, das heißt in Bereichen, in welchen die Trenchverbindungsstruktur 27 nicht vorhanden ist, sind zweite Sourcebereiche benachbart zu den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 angeordnet. Weiterhin ist die Dicke des dielektrischen Materials zwischen der Gateelektrode 42 und dem benachbarten Bodybereich 46 größer als die Dicke der in 2A gezeigten zweiten Gatedielektrikumschicht 40. Mit anderen Worten, das dielektrische Material ist lokal gedünnt, um die Gatedielektrikumschicht 40 der Diodenvorrichtung zu bilden, und das dielektrische Material ist an einem Teil benachbart zu der Trenchverbindungsstruktur 27 nicht gedünnt.
-
2C zeigt eine Schnittdarstellung der integrierten Schaltung zwischen II und II' gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel an einem Teil, der die Verbindungsstruktur 271 schneidet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Verbindungsstruktur 271 nicht als eine Trenchverbindungsstruktur ausgeführt. Mit anderen Worten, die Verbindungsstruktur 271 umfasst nicht einen Trench, der die ersten und die zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 verbindet. Die Verbindungsstruktur umfasst ein Kontaktkissen bzw. -pad 28, das ein leitendes Material 452 aufweist, das über der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrates 100 angeordnet ist. Das leitende Material 452 ist so angeordnet, dass es die zweiten Gateelektroden und die zweiten Sourcebereiche 44 kontaktiert. Weiterhin ist das leitende Material 452 in Kontakt mit dem Bodybereich 46, um einen Bodykontaktbereich 35 zu bilden. Gemäß dem in 2C gezeigten Ausführungsbeispiel gibt es keine inaktiven Teile 37 benachbart zu der Verbindungsstruktur 271. Weiterhin ist das zweite Gatedielektrikum 40 an einem Bereich der Verbindungsstruktur 271 vorhanden.
-
3 zeigt ein Ersatzschaltungsdiagramm einer gategesteuerten Diodenvorrichtung oder einer MOS-gated-Diode 14. Die gategesteuerte Diodenvorrichtung 14 umfasst einen Transistor, der einen zweiten Sourcebereich 44, einen zweiten Drainbereich 49 und eine zweite Gateelektrode 42 aufweist. Ein zweiter Sourceanschluss 54 ist mit dem zweiten Sourcebereich 44 verbunden. Ein zweiter Drainanschluss 55 ist mit dem zweiten Drainbereich 49 verbunden. Ein Strom zwischen dem zweiten Sourcebereich 44 und dem zweiten Drainbereich 49 wird durch die zweite Gateelektrode 42 gesteuert. Die zweite Gateelektrode 42 ist mit dem zweiten Sourceanschluss 54 mittels des Diodengatekontaktes 22 verbunden. Wie oben erläutert wurde, ist der Transistor als ein MOSFET („Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor“) ausgeführt. Demgemäß ist die Gateelektrode 42 benachbart zu dem Halbleiterkörper (in 3 nicht gezeigt) angeordnet, wobei die zweite Gateelektrode 42 von dem zweiten Bodybereich durch ein zweites Gatedielektrikum (in 3 nicht gezeigt) isoliert ist. Wenn eine Spannung größer als eine Schwellenspannung an die zweite Gateelektrode 42 angelegt wird, wird ein leitender Kanal zwischen dem zweiten Sourcebereich 44 und dem zweiten Drainbereich 49 gebildet, und der Transistor ist in einem leitenden Zustand. Bei einer Gatespannung kleiner als die Schwellenspannung, fließt ein Unterschwellenstrom, der durch Diffusion beherrscht ist. Durch Steuern der Gatespannung kann der Strom von dem zweiten Sourcebereich 44 zu dem zweiten Drainbereich 49 über den zweiten Bodybereich gesteuert werden. Durch Einstellen der Dicke des zweiten Gatedielektrikums kann die Schwellenspannung des Transistors justiert bzw. eingestellt werden. Beispielsweise kann durch Vermindern der Dicke des zweiten Gatedielektrikums die Schwellenspannung des Transistors herabgesetzt werden.
-
Aufgrund des Vorhandenseins des Bodykontaktbereiches 35 ist der zweite Sourceanschluss 54 weiterhin über eine Diode 56 mit dem zweiten Drainanschluss 55 verbunden. Wenn eine Spannung größer als eine Vorwärts- bzw. Durchlassspannung an die Diode 56 in einer geeignete Polarität angelegt wird, fließt ein Strom von den Sourceanschluss 54 zu dem zweiten Drainanschluss 55. Bei einer Spannung kleiner als die Durchlassspannung fließt kein Strom. Wenn eine Rückwärtsspannung an die Diode 56 angelegt wird, wird ein Stromfluss blockiert bzw. gesperrt, und es fließt kein Strom von dem zweiten Drain- zu dem zweiten Sourceanschluss.
-
Da gemäß der in 3 gezeigten Konfiguration der zweite Sourceanschluss 54 auch mit dem zweiten Gateanschluss 42 verbunden ist, fließt ein Strom von dem zweiten Sourceanschluss 54 zu dem zweiten Drainanschluss 55 selbst wenn eine Spannung kleiner als die Durchlassspannung zwischen dem Sourceanschluss 54 und dem zweiten Drainanschluss 55 liegt.
-
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration kann die integrierte Schaltung 1 ein Leistungsbauelement 3 und ein Diodenbauelement 4 aufweisen, in welche die Trenches des Diodenbauelements 4 mit den Trenches des Leistungsbauelements 3 integriert sind. Aufgrund der spezifischen Ausführung des Diodengatekontaktes 22 können die ersten Trenches 101 , ..., 10n und die Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 die gleiche Breite und die gleiche Teilung haben. Da insbesondere der Diodengatekontakt 22 eine Verbindungsstruktur 27, 271 umfasst, die sich zwischen zwei benachbarten Trenches erstreckt, kann ein guter Kontakt zwischen dem Diodengatekontakt 22 und dem leitenden Material erreicht werden, obwohl die Breite der Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 herabgesetzt ist. Die Breite der Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 kann vermindert werden, um gleich zu der Breite der ersten Trenches 101 , ..., 10n zu sein. Als ein Ergebnis kann die Teilung der ersten Trenches und der Diodenvorrichtungstrenches weiter vermindert werden, was in einer erhöhten Transistordichte resultiert. Da der Diodengatekontakt 22 eine Verbindungsstruktur 27, 271 umfasst, die sich zwischen zwei benachbarten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 erstreckt, ist die Platzierung des Kontaktkissens 28 weiter vereinfacht. Da die Breite der Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 gleich zu der Breite der ersten Trenches 101 , ..., 10n sein kann, sind keine getrennten Masken zum Bilden der Diodenvorrichtungstrenches erforderlich, was den Herstellungsprozess weiter vereinfacht.
-
Gemäß dem in den 1, 2A und 2C dargestellten Ausführungsbeispiel kann die zweite Gatedielektrikumschicht 40 kontinuierlich benachbart zu der Seitenwand der Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 angeordnet werden. Gemäß den in den 2B und 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die zweite Gatedielektrikumschicht 40 an den Diodengatekontaktteilen unterbrochen, sodass dieser Teil des Diodenvorrichtungstrenches nicht als eine Diodenvorrichtung wirkt. An den Diodengatekontaktteilen ist die zweite Gatedielektrikumschicht 40 unterbrochen, und die dickere erste Gatedielektrikumschicht 30 ist vorhanden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können Teile der Mesa modifiziert werden, sodass sie nicht als ein zweiter Sourcebereich wirken. Beispielsweise kann kein zweiter Sourcebereich an den Diodengatekontaktteilen gebildet werden.
-
Gemäß dem in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Länge 1 der Diodengatekontakte 22 und der Kontaktkissen 28 größer gewählt werden als die Breite der Diodenvorrichtungstrenches 20, 21, wobei die Länge 1 und die Breite in einer Richtung senkrecht bezüglich der ersten Richtung gemessen sind. Weiterhin kann die Breite w der Verbindungsstruktur 27, 271, gemessen längs der ersten Richtung, größer sein als die Breite der Diodenvorrichtungstrenches 20, 21. Als eine Folge kann ein Kontaktwiderstand des Diodengatekontaktes vermindert werden. Weiterhin ist das Anbringen des Kontaktkissens 28 auf der Verbindungsstruktur 27, 271 erleichtert, was die Zuverlässigkeit und die Performance bzw. Ausführung des Herstellungsprozesses verbessert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Breite w der Verbindungsstruktur 27, 271 in Abhängigkeit von der Breite des Kontaktkissens 28 gewählt, sodass das Anbringen des Kontaktkissens 28 auf der Verbindungsstruktur 27, 271 einfacher gemacht ist.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erstreckt sich der Diodengatekontakt 22 oder das Kontaktkissen nicht über die äußere Seitenwand des ersten Diodenvorrichtungstrenches 20 oder des zweiten Diodenvorrichtungstrenches 21 hinaus. Beispielsweise kann die Länge des den Diodengatekontakt 22 bildenden Kontaktkissens kleiner sein als ein Abstand zwischen äußeren Seitenwänden des ersten Diodenvorrichtungstrenches 20 und des zweiten Diodenvorrichtungstrenches 21. Als eine Folge hiervon kreuzt der Diodengatekontakt nicht die Mesa, die einen Teil des Leistungsbauelementes 3 bildet. Die 5A bis 5F veranschaulichen ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ausgangspunkt kann ein Halbleitersubstrat 500 sein, das eine erste Hauptoberfläche 510 und eine zweite Hauptoberfläche 520 hat, wobei die zweite Hauptoberfläche 520 entgegengesetzt zu der ersten Hauptoberfläche 510 ist. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 500 mit einem ersten Leitfähigkeitstyp dotiert sein, und weitere dotierte Teile 533, 534, 535 können in dem Halbleitersubstrat gebildet sein. Beispielsweise kann die Schicht 530 n+-dotiert sein, die Schicht 533 kann n--Dotiert sein, die Schicht 534 kann p-dotiert sein, und die Schicht 535 kann n+-dotiert sein. Wie klar zu verstehen ist, können beliebige dieser Leitfähigkeitstypen umgekehrt sein. Eine Hartmaskenschicht 540 wird auf der ersten Hauptoberfläche 510 des Halbleitersubstrates 500 gebildet, gefolgt durch eine Photoresistschicht 541. 5A zeigt eine Schnittdarstellung eines Beispiels eines Substrates zwischen II und II'.
-
Danach können Trenches in der ersten Hauptoberfläche 510 des Halbleitersubstrates 500 definiert werden. Beispielsweise können eine Phototresistmaske und optional eine Hartmaske mittels eines photolithographischen Prozesses erzeugt werden. Die Photoresistmaske kann Öffnungen entsprechend den ersten Trenches, den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches umfassen. Weiterhin kann die Photoresistmaske Öffnungen entsprechend der Trenchverbindungsstruktur 27 umfassen.
-
5B zeigt ein Beispiel, in welchem eine Trenchverbindungsstruktur 27 und ein erster Trench 101 des Leistungsbauelementes 3 in der ersten Hauptoberfläche 510 gebildet werden. Die Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 und der erste Trench 101 können identisch zueinander in einer Schnittdarstellung vor und hinter der angegebenen Zeichenebene sein. Beispielsweise können sie die gleiche Breite und die gleiche Tiefe bezüglich zueinander haben. Wie klar zu verstehen ist, können weitere Diodenvorrichtungstrenches und weitere Leistungstrenches in dem Halbleitersubstrat gebildet werden.
-
Gemäß einem verschiedenen Ausführungsbeispiel können die Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 ohne Bilden einer zugeeigneten Trenchverbindungsstruktur 27 gebildet werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Verbindungsstruktur ausgeführt werden, wie dies beispielsweise in 2C veranschaulicht ist. In diesem Fall können die ersten Trenches 101 , ..., 10n und die ersten und zweiten Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 in einer identischen Weise bezüglich zueinander gebildet werden. Beispielsweise können die ersten Trenches, die ersten und die zweiten Diodenvorrichtungstrenches in der Weise gebildet werden, wie dies anhand der 5A bis 5F beschrieben ist.
-
Eine erste dielektrische Schicht, die die Felddielektrikumschicht 550 bildet, wird auf den Trenchseitenwänden gebildet, gefolgt von einer leitenden Schicht 551, wie beispielsweise einer Polysiliziumschicht, zum Bilden der Feldplatte. 5B zeigt ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur.
-
Danach wird die erste leitende Schicht 551 rückgeätzt, gefolgt von einem Ätzen der ersten dielektrischen Schicht 550. Da zwei Diodenvorrichtungstrenches 20, 21 in einer Ebene vor und hinter der angegebenen Zeichenebene vorhanden sind, kann ein Ätzen der ersten leitenden Schicht vorgenommen werden, ohne eine zugeeignete Maske für das Diodenbauelement 4 zu verwenden. Dann wird eine zweite dielektrische Schicht 552, die die Gatedielektrikumschicht in dem ersten Trench 101 bilden kann, über dem gesamten Halbleitersubstrat gebildet. 5C zeigt ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die zweite dielektrische Schicht 552 von dem Diodenvorrichtungstrench 20 entfernt werden. Dies kann beispielsweise mittels einer geeigneten Photomaske 555 vorgenommen werden. Danach kann ein weiterer Oxidationsschritt durchgeführt werden, um eine zweite Gatedielektrikumschicht 562 in dem Diodenvorrichtungstrench 20 zu bilden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann die Dicke der zweiten Gatedielektrikumschicht 562 kleiner sein als die Dicke der zweiten Dielektrikumschicht 552, die die erste Gatedielektrikumschicht bilden wird. 5D zeigt ein Beispiel einer sich ergeben Struktur.
-
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die zweite Dielektrikumschicht 552 auch die zweite Gatedielektrikumschicht 562 bilden, die in den Diodenvorrichtungstrenches vorhanden ist.
-
Danach wird eine zweite leitende Schicht 553 über der Oberfläche gebildet. Die zweite leitende Schicht 553 kann dotiertes Polysilizium umfassen. 5E zeigt ein Beispiel der sich ergebenden Struktur.
-
Dann kann die zweite leitende Schicht 553 von Teilen des Halbleitersubstrates derart entfernt werden, dass die zweite leitende Schicht 553 zwischen einem ersten Diodenvorrichtungstrench 20 und einem zweiten Diodenvorrichtungstrench (in dieser Zeichnung nicht dargestellt) zurückbleibt. Beispielsweise kann dies mittels eines CMP-(chemische-mechanisches Polier-)Verfahren oder eines Ätzverfahrens vorgenommen werden.
-
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die zweite leitende Schicht 553 so geätzt werden, dass eine Oberfläche der sich ergebenden leitenden Füllung unterhalb der ersten Hauptoberfläche 110 des Halbleitersubstrates 100 ist. Eine Schnittdarstellung eines Beispiels einer sich ergebenden Struktur ist in 5F gezeigt. Dadurch wird eine Topologie hervorgerufen. Mit anderen Worten, die sich ergebende Oberfläche umfasst Aussparungen, die zum Bilden von Kontakten in einer selbst ausgerichteten bzw. selbstjustierten Weise verwendet werden können. Um weiter die Diodenkontakte 22 zu prozessieren, kann eine weitere isolierende Schicht 556 (wie in den 2B, 2C dargestellt) über der sich ergebenden Oberfläche gebildet werden. Kontaktöffnungen werden definiert, gefolgt von einem Bilden einer leitenden Schicht. Als ein Ergebnis werden Kontaktkissen 28 gebildet. Als ein Ergebnis sind die Diodenkontakte 22 einschließlich der Kontaktkissen 28 in Kontakt mit der zweiten leitenden Schicht 553.
-
Wie oben erläutert wurde, kann eine integrierte Schaltung 1, die ein Leistungsbauelement 3 und ein Diodenbauelement 4 umfasst, in einfacher Weise hergestellt werden, indem die Standardprozesse zum Herstellen einer Leistungsvorrichtung verwendet werden. Insbesondere kann die integrierte Schaltung so hergestellt werden, dass die Trenches für das Leistungsbauelement und das Diodenbauelement die gleiche Breite und die gleiche Teilung haben können. Damit kann die erste leitende Schicht 551, die von dem obersten Teil der Diodenvorrichtungstrenches und der Leistungstransistortrenches 101 , ..., 10n entfernt ist, rückgeätzt werden, ohne eine zugeeignete Ätzmaske jeweils für die Diodenvorrichtungstrenches und die Leistungstransistortrenches zu verwenden. Als ein Ergebnis wird der Herstellungsprozess weiter vereinfacht. Weiterhin können Kontaktöffnungen zum Bilden der Bodykontaktbereiche in einer selbst ausgerichteten Weise gebildet werden, wie dies oben erläutert wurde. In dem Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung soll der Ausdruck „in einer selbst ausgerichteten Weise“ bedeuten, dass die Kontakte mittels einer Ätzmaske geätzt werden, die durch zuvor gebildete Muster definiert wurde.
-
Wie beschrieben wurde, können Kontakte zu dem Diodenbauelement 4 vorgenommen werden, indem eine Trenchverbindungsstruktur in einem weiteren Trenchteil zwischen Diodenvorrichtungstrenches verwendet wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können der weitere Trenchteil, die ersten Trenches, die ersten und die zweiten Diodenvorrichtungstrenches gebildet werden, indem verbundene oder gemeinsame Prozessverfahren verwendet werden.
-
6 fasst ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel zusammen. Wie gezeigt ist, umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung ein Bilden eines Leistungsbauelementes einschließlich einer Vielzahl von ersten Trenches in einem Zellarray (S10), wobei ein erstes leitendes Material in den ersten Trenches elektrisch mit einem Gateanschluss des Leistungsbauelementes gekoppelt ist, einschließlich eines Bildens der ersten Trenches in einer ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates (S15), ein Bilden eines Diodenbauelementes einschließlich eines ersten Diodenvorrichtungstrenches und eines zweiten Diodenvorrichtungstrenches, die benachbart zueinander angeordnet sind (S20), einschließlich eines Bildens des ersten Diodenvorrichtungstrenches und des zweiten Diodenvorrichtungstrenches in der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (S25), wobei ein zweites leitendes Material in den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches elektrisch mit einem Sourceanschluss des Diodenbauelementes gekoppelt ist, und ein Bilden eines Diodengatekontaktes in Kontakt mit einem leitenden Material in dem ersten Diodenvorrichtungstrench und dem zweiten Diodenvorrichtungstrench (S30), einschließlich eines Bildens einer Trenchverbindungsstruktur in einem Trenchteil, der zwischen den ersten und den zweiten Diodenvorrichtungstrenches angeordnet ist.