DE102015103211B4 - Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung mit ersten und zweiten feldelektrodenstrukturen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst:gleichzeitiges Bilden von ersten und zweiten Trenches (760, 780), die sich von einer Prozessoberfläche (101a) in eine Halbleiterschicht (100a) erstrecken, wobei eine erste horizontale Abmessung der Trenches (760, 780) nicht mehr als fünfmal eine zweite horizontale Abmessung senkrecht zu der ersten horizontalen Abmessung überschreitet, undErwärmen der Halbleiterschicht (100a), um eine dielektrische Schicht (290) zu bilden, die erste Schichtteile (291), die die ersten Trenches (760) auskleiden, und zweite Schichtteile (292), die die zweiten Trenches (780) auskleiden, aufweist, wobei die zweiten Schichtteile (292) dicker gebildet werden als die ersten Schichtteile (291).

Description

  • HINTERGRUND
  • Leistungshalbleitervorrichtungen, beispielsweise IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) 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 auf der Rückseite. In einem Sperrmodus verarmen Feldelektrodenstrukturen, die sich von einer Vorderseite in die Halbleiterdie erstrecken, einen verarmbaren Teil der Halbleiterdie. Die Feldelektrodenstrukturen erlauben hohe Dotierstoffkonzentrationen in dem verarmbaren Teil ohne nachteiligen Einfluss auf die Sperrfähigkeit. Höhere Dotierstoffkonzentrationen in dem verarmbaren Teil reduzieren den Einschaltwiderstand der Vorrichtung.
  • Die DE 101 27 885 A1 beschreibt ein Trench-Leistungshalbleiterbauelement mit Gateelektrodengräben und einem Feldplattengraben, wobei der Feldplattengraben und ein unterer Bereich der Gateelektrodengräben mit einer dicken Isolierschicht und ein oberer Bereich der Gateelektrodengräben mit einer dünnen Isolierschicht aus Siliziumdioxid ausgekleidet sind. Die DE 10 2004 041 198 A1 beschreibt ein laterales Halbleiterbauelement, wobei durch ein Verkippen einzelner Feldelektrodenstrukturen die Spannungsfestigkeit in einem Zellenfeld lokal reduziert wird. Die DE 10 2013 106 055 A1 beschreibt MOSFETs mit Feldelektroden in einem Zellenfeld und einer weiteren Feldelektrode in einem Randgebiet, das das Zellenfeld lateral umschließt. Die DE 199 35 442 C1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Trench-MOS-Leistungstransistors mit einem graduierten Übergang von einem Gateoxid auf ein Feldplattenoxid.
  • Es ist wünschenswert, Halbleitervorrichtungen mit hoher Avalanche-Robustheit vorzusehen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsbeispiele.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung erste und zweite Feldelektrodenstrukturen, die sich von einer ersten Oberfläche in einen Halbleiterteil erstrecken. Die ersten Feldelektrodenstrukturen umfassen ein erstes Felddielektrikum, das nadelförmige erste Feldelektroden gegenüber dem Halbleiterteil isoliert. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen umfassen ein zweites Felddielektrikum, das nadelförmige zweite Feldelektroden gegenüber dem Halbleiterteil isoliert. Das zweite Felddielektrikum ist dicker als das erste Felddielektrikum. Öffnungen in den ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen in der ersten Oberfläche sind nicht-kreisförmig symmetrisch. Die Öffnungen der zweiten Feldelektrodenstrukturen sind zu den Öffnungen der ersten Feldelektrodenstrukturen geneigt.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung erste und zweite Feldelektrodenstrukturen, die sich von einer ersten Oberfläche in einen Halbleiterteil erstrecken. Die ersten Feldelektrodenstrukturen umfassen ein erstes Felddielektrikum, das nadelförmige erste Feldelektroden gegenüber dem Halbleiterteil isoliert. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen umfassen ein zweites Felddielektrikum, das nadelförmige zweite Feldelektroden gegenüber dem Halbleiterteil isoliert. Das zweite Felddielektrikum ist dicker als das erste Felddielektrikum. Weder Öffnungen der zweiten Feldelektrodenstrukturen noch Öffnungen der ersten Feldelektrodenstrukturen in der ersten Oberfläche sind kreisförmig symmetrisch. Die Öffnungen der zweiten Feldelektrodenstrukturen sind größer als die Öffnungen der ersten Feldelektrodenstrukturen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung erste und zweite Feldelektrodenstrukturen, die sich von einer ersten Oberfläche in einen Halbleiterteil erstrecken. Die ersten Feldelektrodenstrukturen umfassen ein erstes Felddielektrikum, das nadelförmige erste Feldelektroden gegenüber dem Halbleiterteil isoliert. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen umfassen ein zweites Felddielektrikum, das nadelförmige zweite Feldelektroden gegenüber dem Halbleiterteil isoliert. Das zweite Felddielektrikum ist dicker als das erste Felddielektrikum. Öffnungen der zweiten Feldelektrodenstrukturen in der ersten Oberfläche haben eine gleiche Gestalt wie und sind größer als Öffnungen der ersten Feldelektrodenstrukturen. Beide ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen sind in einem Transistorzellgebiet gebildet, das Transistorzellen umfasst, um einen Stromfluss durch den Halbleiterteil zu steuern.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung ein gleichzeitiges Bilden von ersten und zweiten Trenches bzw. Gräben, die sich von einer Prozessoberfläche in eine Halbleiterschicht erstrecken, wobei eine erste horizontale Abmessung bzw. Dimension der Trenches nicht mehr als fünfmal eine zweite horizontale Abmessung bzw. Dimension senkrecht zu der ersten horizontalen Richtung überschreitet. Die Halbleiterschicht wird erhitzt, um eine dielektrische Schicht mit ersten Schichtteilen, die die ersten Trenches auskleiden, und zweiten Schichtteilen, die die zweiten Trenches auskleiden, zu bilden, wobei die zweiten Schichtteile dicker als die ersten Schichtteile sind.
  • 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 der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
    • 1A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung von Teilen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit zwei verschiedenen Feldelektrodenstrukturen mit Felddielektrika von verschiedenen Breiten.
    • 1B ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung durch einen Teil einer Halbleitervorrichtung einschließlich einer ersten und einer zweiten Feldelektrodenstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf verschiedenen Breiten von Öffnungen der Feldelektrodenstrukturen in einer ersten Oberfläche eines Halbleiterteiles beruht.
    • 1C ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung einschließlich zwei Feldelektrodenstrukturen mit Felddielektrika einer verschiedenen Breite gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf einer verschiedenen Orientierung bzw. Ausrichtung von Öffnungen der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen in einer horizontalen Ebene beruht.
    • 2A ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit Trenchgates gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf erste und zweite Feldelektrodenstrukturen, die in verschiedenen Bereichen gebildet sind, bezogen ist.
    • 2B ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit planaren bzw. ebenen Gates gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel.
    • 2C ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit in Feldelektrodenstrukturen integrierten Trenchgateelektroden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 2D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung eines Teiles einer anderen Halbleitervorrichtung mit in Feldelektrodenstrukturen integrierten Gateelektrodenstrukturen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
    • 3 ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf dicke Felddielektrika in einem Randbereich bezogen ist.
    • 4A ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf dicke Felddielektrika und einheitliche bzw. uniforme Feldelektrodenstrukturbreiten innerhalb eines Transistorzellgebietes bezogen ist.
    • 4B ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf dicke Felddielektrika und verschiedene Feldelektrodenstrukturbreiten innerhalb eines Transistorzellgebietes bezogen ist.
    • 5 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, das auf streifenförmige Gateelektroden bezogen ist.
    • 6A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles eines Halbleitersubstrates zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel nach Bilden einer Ätzmaske.
    • 6B ist eine schematische Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 6A nach Ätzen von ersten und zweiten Trenches bzw. Gräben durch Verwenden der Ätzmaske.
    • 6C ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 6B nach Bilden einer dielektrischen Schicht mit Schichtteilen von verschiedener Dicke in den ersten und zweiten Trenches.
    • 6D ist eine schematische vertikale Schnittdarstellung des Halbleitersubstratteiles von 6C nach Bilden erster und zweiter Feldelektroden in den ersten und zweiten Trenches.
  • 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 ausgestaltet 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 noch zu einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche beschränkend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Entsprechende Elemente sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, 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 können 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 geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Widerstände oder Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ nächst zu dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsbereiches ist, während ein „n+“-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • 1A bis 1C beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500, die eine Vielzahl von identischen Transistorzellen TC umfasst. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein IGFET, beispielsweise ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der üblichen Bedeutung einschließlich FETs mit Metall-Gates sowie FETs mit Nicht-Metall-Gates sein bzw. einen solchen umfassen. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder eine MCD (MOS gesteuerte Diode) sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 beruht auf einem Halbleiterteil 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.
  • An einer Vorderseite hat der Halbleiterteil 100 eine erste Oberfläche 101, die ungefähr bzw. angenähert planar sein kann oder die durch eine Ebene definiert sein kann, die durch koplanare Oberflächenabschnitte aufgespannt ist. Auf der Rückseite des Halbleiterteiles 100 verläuft eine planare zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101. Ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist auf eine Spannungssperrfähigkeit der Halbleitervorrichtung 500 bezogen und kann wenigstens 20 µm sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Abstand in dem Bereich von einigen hundert µm sein. Eine äußere Oberfläche, die zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 geneigt ist, verbindet die ersten und zweiten Oberflächen 101, 102.
  • In einer Ebene senkrecht zu der Querschnittsebene kann der Halbleiterteil 100 eine rechteckförmige Gestalt mit einer Randlänge von einigen Millimetern haben. Eine Normale zu der ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen senkrecht bzw. orthogonal zu der vertikalen Richtung sind horizontale Richtungen.
  • Die Transistorzellen TC steuern einen Laststrom, der in einer vertikalen Richtung zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102 fließt. Die Transistorzellen TC können Feldeffekttransistorzellen mit isoliertem Gate sein. Sourceelektroden der Transistorzellen TC können elektrisch mit einer ersten Lastelektrode 310 an der Vorderseite der Halbleitervorrichtung 500 verbunden sein. Die erste Lastelektrode 310 kann einen ersten Lastanschluss L1 bilden oder elektrisch mit einem solchen verbunden oder gekoppelt sein. Drainelektroden der Transistorzellen TC können elektrisch mit einer zweiten Lastelektrode 320 auf der Rückseite der Halbleitervorrichtung 500 verbunden sein. Die zweite Lastelektrode 320 kann einen zweiten Lastanschluss L2 bilden oder elektrisch mit einem solchen gekoppelt oder verbunden sein. Gateelektroden der Transistorzellen TC sind elektrisch mit einem Gateanschluss G verbunden oder gekoppelt.
  • Erste und zweite Feldelektrodenstrukturen 160, 180 erstrecken sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100. Eine erste vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung v1 der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 kann gleich wie oder kleiner als eine zweite vertikale Ausdehnung bzw. Erstreckung v2 der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 sein. Die vertikalen Ausdehnungen v1, v2 können in einem Bereich von 0,5 µm bis 20 µm, beispielsweise in einem Bereich von 5 µm bis 10 µm, sein. Vertikale Abschnitte der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 zwischen der ersten Oberfläche 101 und vergrabenen Endteilen können angenähert bzw. ungefähr vertikale Seitenwände haben oder können unter einem spitzen Winkel von beispielsweise etwa einem Grad bezüglich der vertikalen Richtung geringfügig spitz zulaufen. Seitenwände der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 können gerade oder leicht bzw. geringfügig ausgebeult sein. Die Endteile der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 können flache Teile parallel zu der ersten Oberfläche 101 umfassen oder können angenähert bzw. ungefähr halbkreisförmig sein.
  • Die ersten Feldelektrodenstrukturen 160 umfassen erste Feldelektroden 165 und ein erstes Felddielektrikum 161, das die erste Feldelektrode 165 von dem Halbleiterteil 100 isoliert. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 umfassen zweite Feldelektroden 185 und ein zweites Felddielektrikum 181, das die zweiten Feldelektroden 185 gegenüber dem Halbleiterteil 100 isoliert.
  • Die ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 umfassen ein stark dotiertes polykristallines Siliziummaterial und/oder ein Metall enthaltendes Material oder bestehen aus einem solchen.
  • Die ersten und zweiten Felddielektrika 161, 181 trennen die Feldelektroden 165, 185 von dem umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterteiles 100 und umfassen eine dielektrische Schicht, die aus einer thermischen Oxidation oder Nitrierung von dem Halbleitermaterial des Halbleiterteiles 100 resultiert, beispielsweise eine Halbleiternitridschicht, eine Halbleiteroxidschicht oder eine Halbleiteroxinitridschicht, oder bestehen aus einer solchen Schicht. Zusätzlich zu der dielektrischen Schicht können die ersten und zweiten Felddielektrika 161, 181 weitere Schichten von dielektrischen Materialien umfassen, wie aufgetragenes bzw. abgeschiedenes Halbleiteroxid, beispielsweise aufgetragenes Siliziumoxid, wie Siliziumoxid, das mittels TEOS (Tetraethylorthosilikat) als Vorläufermaterial gebildet ist.
  • Die ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 sind nadelförmig, wobei eine zweite horizontale Abmessung bzw. Dimension eine erste horizontale Abmessung bzw. Dimension senkrecht zu der zweiten horizontalen Abmessung um höchstens 500 % überschreitet und die vertikale Ausdehnung v1, v2 die zweite horizontale Abmessung überschreitet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel überschreitet die zweite horizontale Abmessung die erste horizontale Abmessung um höchstens 100 %, und die vertikale Ausdehnung v1, v2 überschreitet die zweite horizontale Abmessung um wenigstens 100 %.
  • Horizontale Querschnitte der ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 sowie Querschnitte der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 können länglich sein, wobei die zweite horizontale Abmessung die erste horizontale Abmessung um wenigstens 20 %, beispielsweise wenigstens 50 %, überschreitet. Beispielsweise können die Querschnitte Ellipsen, Ovale, nicht-quadratische Rechtecke oder verzerrte Polygone jeweils mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken sein.
  • Gemäß einem anderem Ausführungsbeispiel sind die ersten und zweiten horizontalen Abmessungen näherungsweise gleich, und die Querschnitte der ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 sowie die Querschnitte der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 sind rotationssymmetrisch und sehen nach einer Drehung um wenigstens einen Rotationswinkel kleiner als 360 Grad gleich aus. Beispielsweise sind die Querschnitte reguläre Polygone, wie Oktagone, Hexagone oder Quadrate, jeweils mit oder ohne gerundete oder abgeschrägte Ecken. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel sind die Querschnitte der ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 sowie der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 rotationssymmetrisch, jedoch nicht kreissymmetrisch.
  • Jede erste Feldelektrodenstruktur 165 kann einer Transistorzelle TC zugewiesen sein und kann einen Teil von dieser bilden. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 können oder können nicht Transistorzellen TC zugewiesen sein.
  • Die ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 können die Gateelektrode der Transistorzelle TC integrieren, die ihr zugewiesen ist, wobei die ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 weiterhin ein Gatedielektrikum umfassen, wobei die ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 elektrisch mit dem Gateanschluss G verbunden oder gekoppelt sind und erste Teile von wenigstens den ersten Feldelektroden 165 als Gateelektroden der Transistorzellen TC und zweite Teile als Feldelektroden wirksam sind.
  • Gemäß anderen Ausführungsbeispielen sind die ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 Feldelektrodenstrukturen ohne Gatefunktionalität, wobei die ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss L1 oder mit einem anderen Netzwerkknoten der Halbleitervorrichtung 500 verbunden sind, wobei während eines Betriebes der Halbleitervorrichtung der Netzwerkknoten ein Potential einspeist, das von dem an dem Gateanschluss G liegenden Potential verschieden ist. Beispielsweise können die ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185 elektrisch mit einem Ausgang einer internen Treiber- bzw. Ansteuerschaltung, mit einem Hilfsanschluss oder mit einer internen Spannungsquelle verbunden sein.
  • Das zweite Felddielektrikum 181 hat eine Dicke d2, die größer ist als ein Dicke d1 des ersten Felddielektrikums 161. Die Differenz in der Dicke resultiert aus verschiedenen Oxidationsraten, wenn die dielektrische Schicht gebildet wird, die Material von dem Halbleiterteil 100 enthält. Die verschiedenen Oxidationsraten können aus einer weiteren Breite w2 der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 bezüglich einer Breite w1 der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 oder aus verschiedenen Orientierungen bzw. Ausrichtungen von Seitenwänden der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 bezüglich Kristallebenen in dem Halbleiterteil 100 resultieren.
  • Die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 mit einem dicken zweiten Felddielektrikum 185 können verwendet werden, um lokal die elektrische Feldstärke zu reduzieren und lokal die Durchbruchspannung in den betreffenden Bereichen des Halbleiterteiles 100 zu erhöhen.
  • Beispielsweise können zweite Feldelektrodenstrukturen 180 eine Durchbruchspannung eines Randgebietes ohne Transistorzellen TC bezüglich einer Durchbruchspannung eines Transistorzellgebietes erhöhen, das Transistorzellen TC und erste Feldelektrodenstrukturen 160 umfasst. Als eine Folge tritt eine Avalanche-Durchbruch hauptsächlich in einem vergleichsweise großen Transistorzellgebiet auf und verteilt sich über diesem anstelle über dem vergleichsweise schmalen Randgebiet. Der Avalanche-Durchbruch betrifft größere Bereiche des Halbleiterteiles 100, und eine thermische Spannung verteilt sich gleichmäßiger über dem Halbleiterteil 100.
  • Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die dicken zweiten Felddielektrika 181 eine Durchbruchspannung innerhalb eines Transistorzellgebietes lokal erhöhen, um weitere integrierte elektronische Elemente, wie Schottky-Dioden, MCDs, Stromsensorelemente oder Temperatursensorelemente gegenüber einer thermischen Spannung abzuschirmen, die durch einen Avalanche-Durchbruch in Nähe von dem integrierten elektronischen Element verursacht ist.
  • Da verschiedene dielektrische Breiten ohne zusätzliche Fotomaske oder andere Musterungs- bzw. Strukturierungsprozesse gebildet werden, kann die lokale Variation bzw. Veränderung einer Avalanche-Durchbruchstärke ohne zusätzliche Kosten erzielt werden.
  • 1B bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Öffnungen der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 Quadrate mit einer ersten Randlänge w1 bilden. Öffnungen der zweiten Feldelektroden 180 in der ersten Oberfläche 101 sind Quadrate mit einer zweiten Randlänge w2, die die erste Randlänge w1 um wenigstens 10 % überschreitet. Eine zweite Dicke d2 des zweiten Felddielektrikums 181 überschreitet eine erste Dicke d1 des ersten Felddielektrikums 161 um wenigstens 5 %, beispielsweise wenigstens 10 %, als ein Ergebnis einer höheren Oxidationsrate in weiten Trenches als in schmalen Trenches.
  • 1C bezieht sich auf ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine erste Randlänge w1 einer quadratischen Öffnung der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 angenähert bzw. ungefähr gleich zu einer zweiten Randlänge w2 einer quadratischen Öffnung der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 ist. Die Öffnung der zweiten Feldelektrodenstruktur 180 ist bezüglich den Öffnungen der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 geneigt. Ein Neigungswinkel ist so gewählt, dass Seitenwände der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 durch andere Kristallebenen gebildet sind als Seitenwände ersten Feldelektrodenstrukturen 160 und können von dem Halbleitermaterial abhängen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel hat das Halbleitermaterial des Halbleiterteiles 100 ein kubisches Kristallgitter, beispielsweise ist das Halbleitermaterial Silizium, wobei die Seitenwände der ersten Feldelektrodenstrukturen (160) {100}-Kristallebenen und die Seitenwände der zweiten Feldelektrodenstrukturen (180) {110}-Kristallebenen sind, die zu den {100}-Kristallebenen um 45 Grad geneigt sind. Eine zweite Dicke d2 des zweiten Felddielektrikums 181 überschreitet eine erste Dicke d1 des ersten Felddielektrikums 161 um wenigstens 5 %, beispielsweise wenigstens 10 %, als ein Ergebnis von verschiedenen Oxidationsraten auf verschiedenen Typen von Kristallebenen. Die Ausführungsbeispiele der 1B und 1C können miteinander kombiniert werden.
  • In 2A ist die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET mit ersten Feldelektroden 160, beruhend auf den ersten Feldelektroden 160 von 1A in einem ersten Bereich A und zweiten Feldelektrodenstrukturen 180, beruhend auf den zweiten Feldelektroden 180 von 1A in einem zweiten Bereich B, wobei sich die ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 von einer ersten Oberfläche 101 in einen Halbleiterteil 100 erstrecken, wie dies anhand von 1A beschrieben ist.
  • Der Halbleiterteil 100 umfasst eine Drainstruktur 120 eines ersten Leitfähigkeitstyps. Die Drainstruktur 120 ist als Drainelektrode der Transistorzellen TC wirksam und ist elektrisch mit der zweiten Lastelektrode 320 verbunden. Die Drainstruktur 120 umfasst eine Driftzone 121, in welcher eine Dotierstoffkonzentration graduell oder in Stufen mit zunehmendem Abstand zu der ersten Oberfläche 101 wenigstens in Teilen ihrer vertikalen Ausdehnung zunehmen oder abnehmen kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftzone 121 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 umfasst weiterhin einen Kontaktteil 129, der ein stark dotiertes Basissubstrat oder eine stark dotierte Schicht sein kann. Längs der zweiten Oberfläche 102 ist eine Dotierstoffkonzentration in dem Kontaktteil 129 ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einem Metall zu bilden, das direkt an die zweite Oberfläche 102 angrenzt. Falls der Halbleiterteil 100 aus Silizium beruht, kann in einem n-leitenden Kontaktteil 129 die Dotierstoffkonzentration längs der zweiten Oberfläche 102 wenigstens 1E18 cm-3, beispielsweise wenigstens 5E19 cm-3, sein. In einem p-leitenden Kontaktteil 120 kann die Dotierstoffkonzentration wenigstens 1E16 cm-3, beispielsweise wenigstens 5E17 cm-3, sein.
  • Die Drainstruktur 120 kann weitere dotierte Zonen umfassen, beispielsweise eine Feldstoppschicht 128, die sandwichartig zwischen der Driftzone 121 und dem Kontaktteil 129 vorgesehen ist. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Feldstoppschicht 128 kann wenigstens fünfmal so hoch wie eine mittlere Fremdstoffkonzentration in der Driftzone 121 sein und kann höchstens ein Fünftel einer maximalen Dotierstoffkonzentration in dem Kontaktteil 129 betragen.
  • Erste Driftzonenabschnitte 121a und weitere halbleitende Teile der Transistorzellen TC sind in aktiven Mesaabschnitten 171 gebildet, die aus Abschnitten des Halbleiterteiles 100 zwischen den ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 gebildet sind, wobei die aktiven Mesaabschnitte 171 direkt an wenigstens eine der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 angrenzen. Die aktiven Mesaabschnitte 171 können die jeweilige erste Feldelektrodenstruktur 160 umgeben und von einem zusammenhängenden Abschnitt des Halbleiterteiles 100 unter den ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 vorstehen.
  • Die ersten Driftzonenabschnitte 121a grenzen direkt an einen zusammenhängenden Driftzonenabschnitt 121b an, der in dem zusammenhängenden Abschnitt des Halbleiterteiles 100 gebildet ist. In jedem aktiven Mesaabschnitt 171 bildet der jeweilige erste Driftzonenabschnitt 121a einen ersten pn-Übergang pn1 mit einer Bodyzone 115, die einen oder mehrere zweite pn-Übergänge pn2 mit einer oder mehreren Sourcezonen 110 bildet, die zwischen der Bodyzone 115 und der ersten Oberfläche 101 gebildet sind. Die Bodyzone 115 einer Transistorzelle TC umgibt vollständig die jeweilige Feldelektrodenstruktur 160 in der horizontalen Ebene.
  • Die Sourcezonen 110 können Wannen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterteil 100, beispielsweise in die Bodyzonen 115, erstrecken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umgibt eine Sourcezone 110 eine erste Feldelektrodenstruktur 160 der betreffenden Transistorzelle TC in einer horizontalen Ebene. Die Sourcezone bzw. die Sourcezonen 110 können direkt an die erste Feldelektrodenstruktur 160 angrenzen oder können von der ersten Feldelektrodenstruktur 160 beabstandet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen ist die erste Feldelektrodenstruktur 160 der Transistorzelle TC nicht vollständig durch eine Sourcezone 110 umgeben oder umfasst mehrere räumlich getrennte Sourcezonen 110, die rotationssymmetrisch angeordnet sind.
  • Eine äußere Umriss- bzw. Konturlinie eines horizontalen Querschnittsgebietes eines aktiven Mesaabschnittes 171 kann ein Kreis, eine Ellipse, ein Oval oder ein Polygon, das heißt ein Oktagon, ein Hexagon oder ein Quadrat, jeweils mit oder ohne gerundete Ecken sein. Eine innere Umriss- bzw. Konturlinie des aktiven Mesaabschnittes 171 ist definiert durch den Umriss bzw. die Kontur der Feldelektrodenstruktur 160 in der horizontalen Ebene. Eine horizontale mittlere Breite des aktiven Mesaabschnittes 171 kann in einem Bereich von 0,2 µm bis 10 µm, beispielsweise in einem Bereich von 0,3 µm bis 1 µm, sein.
  • Eine Gatestruktur 150 umfasst eine leitende Gateelektrode 155 und kann die Feldelektrodenstruktur 160 in einer horizontalen Ebene innerhalb oder außerhalb des aktiven Mesaabschnittes 171 umgeben. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Gatestrukturen 150 in die aktiven Mesaabschnitte 171, die ihrerseits die ersten Feldelektrodenstrukturen 160 umgeben. 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 Halbleiterteil 100 isoliert, wobei ein Gatedielektrikum 151 die Gateelektrode 155 wenigstens von den Bodyzonen 115 trennt. Das Gatedielektrikum 151 koppelt kapazitiv die Gateelektrode 155 mit Kanalteilen der Bodyzonen 115. Das Gatedielektrikum 151 kann ein Halbleiteroxid, beispielsweise ein thermisch aufgewachsenes oder aufgetragenes bzw. abgeschiedenes Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, beispielsweise ein aufgetragenes bzw. abgeschiedenes oder thermisch aufgewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxinitrid, beispielsweise ein Siliziumoxidnitrid, oder eine Kombination hiervon umfassen oder aus einem bzw. einer solchen bestehen.
  • Die Gatestruktur 150 kann ein planares Gate sein, das außerhalb des Halbleiterteiles 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 Halbleiterteil 100 erstreckt.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen und für die folgende Beschreibung sind die Sourcezonen 110 und die Driftzonen 121 vom n-Typ, und die Bodyzonen 115 sind vom p-Typ. Ähnliche Überlegungen, wie unten angegeben, gelten für Ausführungsbeispiele mit p-Typ-Sourcezonen 110 und Driftzonen 121 und mit n-Typ-Bodyzonen 115.
  • Wenn eine an der Gateelektrode 150 anliegende Spannung eine voreingestellte Schwellenspannung überschreitet, sammeln sich Elektronen in den Kanalteilen der Bodyzonen 115 direkt angrenzend an das Gatedielektrikum 151 und bilden Inversionskanäle, die einen unipolaren Ladungsträgerfluss durch die zweiten pn-Übergänge pn2 erlauben.
  • Eine vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150 ist kleiner als die vertikale Ausdehnung der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180. Die vertikale Ausdehnung der Gatestrukturen 150 kann in einem Bereich von 100 nm bis 5000 nm, beispielsweise in einem Bereich von 300 nm bis 1000 nm, sein.
  • Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel umrunden die Gatestrukturen 150 die aktiven Mesaabschnitte 171, so dass die ersten Feldelektrodenstrukturen 160 und die Gatestrukturen 150 sandwichartig einen Teil des dazwischenliegenden aktiven Mesaabschnittes 171 mit den Source- und Bodyzonen 110, 115 vorsehen. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Gatestrukturen 150 zwischen den aktiven Mesaabschnitten 171 und den ersten Feldelektrodenstrukturen 160 gebildet sein.
  • Die Transistorzellen TC können auf eine vertikale Achse der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 zentriert und können matrixähnlich in Zeilen und Spalten angeordnet sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die Transistorzellen TC in verschobenen Zeilen vorgesehen sein, wobei ungerade Zeilen bezüglich geraden Zeilen um einen halben Abstand zwischen zwei Transistorzellen TC längs der Zeile verschoben sein können.
  • In weiteren Mesaabschnitten 172 zwischen benachbarten zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 oder direkt angrenzend wenigstens zu einer der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 sind keine Transistorzellen TC gebildet, die einen Teil des Laststromes in dem Einschaltzustand leiten. Stattdessen können die weiteren Mesaabschnitte 172 dotierte Bereiche umfassen, die andere elektronische Elemente bilden. Die weiteren Mesaabschnitte 172 können elektrisch mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden sein oder können von der ersten Lastelektrode 310 isoliert sein.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum 210 auf der ersten Oberfläche 101 kann die Gateelektroden 155 und einige oder alle der weiteren Mesaabschnitte 172 gegenüber der an der Vorderseite vorgesehenen ersten Lastelektrode 310 isolieren. Das Zwischenschichtdielektrikum 210 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, dotiertem oder undotiertem Silikatglas, beispielsweise BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas), oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) als Beispiel umfassen.
  • Die erste Lastelektrode 310 kann den Sourceanschluss S bilden oder elektrisch mit diesem gekoppelt oder verbunden sein. Die zweite Lastelektrode 320, die direkt an die zweite Oberfläche 102 und den Kontaktteil 129 angrenzt, kann den Drainanschluss D bilden oder elektrisch mit diesem verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium (A1), Kupfer (Cu) oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese Stoffe enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile Nickel (Ni), Zinn (Sn), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Vanadium (V), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd) enthalten. Beispielsweise kann wenigstens eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 zwei oder mehr Unterschichten umfassen, wobei jede Unterschicht einen oder mehrere Stoffe aus Ni, Sn, Ti, V, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile, beispielsweise ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung enthält.
  • Kontaktstrukturen 315 erstrecken sich durch Öffnungen in dem Zwischenschichtdielektrikum 210 und verbinden elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den ersten Feldelektroden 165, den Sourcezonen 110 und den Bodyzonen 115 der Transistorzellen TC. Hilfskontaktstrukturen 315b können elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den zweiten Feldelektroden 185 verbinden und können auch die erste Lastelektrode 310 mit dotierten Bereichen in den weiteren Mesaabschnitten 172 zwischen den zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 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 säulenartige Strukturen.
  • Das dünnere erste Felddielektrikum 161 hält einen Avalanche-Durchbruch in dem ersten Bereich A, während das dickere zweite Felddielektrikum 181 einen Avalanche-Durchbruch in dem zweiten Bereich B vermeidet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der erste Bereich A ein Transistorzellbereich einschließlich Transistorzellen TC zum Steuern eines zwischen dem Sourceanschluss S und dem Drainanschluss D fließenden Laststromes, während der zweite Bereich B ein Randbereich zwischen dem ersten Bereich A und einer äußeren Oberfläche (laterale Oberfläche) des Halbleiterteiles 100 ist, wobei der Randbereich frei bzw. leer von Transistorzellen TC ist. Die weiteren Mesaabschnitte 172 können ohne Verbindung zu der ersten Lastelektrode 310 sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen umfassen die weiteren Mesaabschnitte 172 Diodenbereiche 116, die weitere zweite pn-Übergänge mit der Drainstruktur 120 und ohmsche Kontakte mit der ersten Lastelektrode 310 bilden. Da ein Avalanche-Durchbruch in den Transistorzellbereich festgehalten ist, verteilt sich der Avalanche-Durchbruch über ein größeres Gebiet und erwärmt den Halbleiterteil 100 gleichmäßiger.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist der erste Bereich A ein erstes Gebiet innerhalb eines Transistorzellgebietes, und der zweite Bereich B ist ein zweites Gebiet in dem Transistorzellgebiet und durch das erste Gebiet eingebettet. Das erste Gebiet umfasst Transistorzellen TC. Das zweite Gebiet kann ein oder mehrere weitere elektronische Elemente EE umfassen, die nicht zu einem steuerbaren Laststromfluss durch die Halbleitervorrichtung 500 beitragen. Die weiteren elektronischen Elemente EE können Transistorzellen mit wenigstens einer Elektrode aus den Source- und Drainelektroden, getrennt von den jeweiligen Source- oder Drainelektroden der Transistorzellen TC, beispielsweise eine Stromsensortransistorzelle oder eine Temperatursensortransistorzelle oder ein anderes elektronisches Element, wie eine Schottky-Diode oder eine MCD, sein.
  • Da ein Avalanche-Durchbruch in dem ersten Gebiet festgehalten bzw. gepinnt ist, beeinträchtigt der Avalanche-Durchbruch nicht die Funktionalität der weiteren elektronischen Elemente EE in dem zweiten Gebiet.
  • Die in 2B veranschaulichte Halbleitervorrichtung 500 umfasst planare Gateelektrodenstrukturen 150, wobei die Gatedielektrika 151 auf der ersten Oberfläche 101 und die Gateelektroden 155 außerhalb des Umrisses bzw. der Kontur des Halbleiterteiles 100 gebildet sind. Die Drainstruktur 120 erstreckt sich zu der ersten Oberfläche 101, und ein Inversionskanal wird parallel zu und längs der ersten Oberfläche 101 gebildet.
  • In 2C umfasst die Halbleitervorrichtung 500 Trenchgateelektrodenstrukturen 150 mit Gatedielektrika 151 und Gateelektroden 155, die in wenigstens die ersten Feldelektrodenstrukturen 160 integriert sind. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 können Gateelektrodenstrukturen 150 umfassen oder frei bzw. leer von solchen sein. Die Gateelektrodenstrukturen 150 ersetzen einen oberen Abschnitt des ersten Felddielektrikums 161, wobei der obere Abschnitt an die Sourcezonen 110 und die Bodyzonen 115 angrenzt und mit der Driftzone 121 um einige Nanometer überlappen kann. Ein Trenndielektrikum 155 ist sandwichartig zwischen der Gateelektrode 155 und der ersten Feldelektrode 165 vorgesehen.
  • Elektrodenkontaktstrukturen 315x erstrecken sich durch Öffnungen in dem Zwischenschichtdielektrikum 210 und verbinden elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den ersten und zweiten Feldelektroden 165, 185. Mesakontaktstrukturen 315y erstrecken sich durch weitere Öffnungen in dem Zwischenschichtdielektrikum 210 und verbinden elektrisch die erste Lastelektrode 310 mit den Source- und Bodyzonen 110, 115.
  • 2D betrifft eine weitere Halbleitervorrichtung 500, deren Gateelektrodenstrukturen 150 mit Gatedielektrika 151 und Gateelektroden 155 in wenigstens die ersten Feldelektrodenstrukturen 160 integriert sind. Wiederum können die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 Gateelektrodenstrukturen 150 umfassen oder frei bzw. leer von diesen sein. Die erste Feldelektrode 165 ist in einem ersten vertikalen Abschnitt der ersten Feldelektrodenstrukturen 160, ausgerichtet zu der zweiten Oberfläche 102, gebildet. Die Gateelektrode 155 ist in einem zweiten vertikalen Abschnitt der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 zwischen der ersten Oberfläche 101 und dem ersten vertikalen Abschnitt gebildet. Die Gateelektrode 155 und die erste Feldelektrode 165 grenzen direkt aneinander an und gehen aus dem gleichen Material bzw. den gleichen Materialien und Auftragungs- bzw. Abscheidungsprozessen hervor. Das erste Felddielektrikum 161 ist in dem ersten vertikalen Abschnitt der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 längs der ersten Feldelektrode 165 gebildet. Das Gatedielektrikum 151 ist in dem zweiten vertikalen Abschnitt der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 zwischen der Gateelektrode 155 und den Bodyzonen 115 gebildet und kann mit den Sourcezonen 110 und der Drainstruktur 120 überlappen. Die Gateelektrode 155 und die erste Feldelektrode 165 sind beide elektrisch mit dem Gateanschluss G gekoppelt oder verbunden. Die zweite Feldelektrode 185 kann elektrisch mit dem Sourceanschluss S oder mit dem Gateanschluss G gekoppelt oder verbunden sein. Für weitere Einzelheiten wird Bezug genommen auf die Beschreibung der 2A und 2C.
  • 3 ist eine schematische horizontale Schnittdarstellung eines Halbleiterteiles 100 einer Halbleitervorrichtung 500 parallel zu der ersten Oberfläche.
  • Transistorzellen TC, durch die ein Laststrom in einem Einschaltzustand der Halbleitervorrichtung 500 fließt, und erste Feldelektrodenstrukturen 160 sind matrixähnlich in Zeilen und Spalten in einem Transistorzellgebiet 610 angeordnet. Die horizontalen Querschnitte der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 können länglich oder wenigstens nicht-kreisförmig rotationssymmetrisch sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die horizontalen Querschnitte der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 Quadrate bzw. Rechtecke mit einer ersten Randlänge w1, wobei Seitenwände der ersten Feldelektrodenstrukturen 160 {100}-Kristallebenen sind.
  • Ein Randgebiet 690, das frei bzw. leer von Transistorzellen ist, durch die ein Laststrom in einem Einschaltzustand der Halbleitervorrichtung 500 fließt, umgibt das Transistorzellgebiet 610 und trennt das Transistorzellgebiet 610 von einer äußeren Oberfläche 103 des Halbleiterteiles 100. Horizontale Querschnitte der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180, die in dem Randgebiet 690 angeordnet sind, sind ebenfalls Quadrate mit einer zweiten Randlänge w2, die ungefähr gleich zu w1 ist. Die Mittelpunkte der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 können die Zeilen und Spalten fortsetzen, längs welchen Mittelpunkte der ersten Elektrodenstrukturen 160 gelegen sind. Seitenwände der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 sind {110}-Kristallebenen. Erste Feldelektroden 165 in den ersten Feldelektrodenstrukturen 160 sowie zweite Feldelektroden 185 in den zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 sind nadelförmig. Aufgrund verschiedener Oxidationsraten auf {100}- und {110}-Kristallebenen sind die zweiten Felddielektrika 181 dicker als die ersten Felddielektrika 161, und ein Avalanche-Durchbruch ist innerhalb des Transistorzellgebietes 610 festgehalten.
  • In 4A sind die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 innerhalb des Transistorzellgebietes 610 gebildet. Die zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 können oder können nicht Transistorzellen TC zugewiesen sein. Weitere elektronische Elemente EE, die von den Transistorzellen TC verschieden sind, können in der Nähe oder zwischen benachbarten einzelnen Strukturen der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 gebildet sein. Die dickeren zweiten Felddielektrika 181 reduzieren die elektrische Feldstärke in benachbarten Mesaabschnitten, so dass kein Avalanche-Durchbruch in der direkten Nähe der weiteren elektronischen Elemente EE auftritt. Ein Betrieb der weiteren elektronischen Elemente EE verbleibt unbeeinflusst durch den Avalanche-Durchbruch.
  • 4B unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel von 4A dadurch, dass die horizontalen Querschnitte der zweiten Feldelektrodenstrukturen 180 weiter sind als die koplanaren Querschnitte der ersten Feldelektrodenstrukturen 160. Die horizontalen Querschnitte der ersten und zweiten Feldelektrodenstrukturen 160, 180 können rotationssymmetrisch, beispielsweise kreissymmetrisch, sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 von 5 kombiniert nadelförmige erste und zweite Feldelektroden 165, 185 mit streifenförmigen Gatestrukturen 155 und streifenförmigen Kontaktstrukturen 315. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird Bezug genommen auf die obige Detailbeschreibung.
  • 6A bis 6D beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wie diese in Einzelheiten anhand der vorangehenden Figuren erläutert ist.
  • 6A zeigt ein Halbleitersubstrat 500a, das eine Halbleiterschicht 100a aus einem kristallinen Halbleitermaterial, wie Si, Ge, SiGe, SiC als Beispiel umfasst. Das Halbleitersubstrat 500a kann weitere isolierende, intrinsische oder dotierte Halbleiterschichten und/oder leitende Schichten zusätzlich zu der Halbleiterschicht 100a umfassen. Beispielsweise kann das Substrat 500a ein Siliziumwafer sein.
  • Eine Maskenschicht wird auf einer Prozessoberfläche 101a der Halbleiterschicht 100a aufgetragen bzw. abgeschieden und durch Lithographie gemustert bzw. strukturiert, um eine Ätzmaske 710 zu bilden.
  • 6A zeigt die Ätzmaske 710 auf der Prozessoberfläche 101a der Halbleiterschicht 100a. Die Ätzmaske 710 kann eine homogene Einzelschicht sein oder kann einen Schichtstapel von zwei oder mehr verschiedenen Materialien umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Ätzmaske 710 wenigstens eine Schicht aus einer Siliziumoxidschicht, einer Siliziumnitridschicht und einer Kohlenstoffschicht. Erste Maskenöffnungen 711 und zweite Maskenöffnungen 712 in der Ätzmaske 710 können die gleiche Querschnittsgestalt haben, wobei für nicht-kreisförmige Querschnittsgestalten die zweiten Maskenöffnungen 712 bezüglich der ersten Öffnungen geneigt sein können oder, für nicht-kreisförmige und kreisförmige Querschnittsgestalten, die zweiten Maskenöffnungen 712 weiter als die ersten Maskenöffnungen 711 sind.
  • Ein gerichteter, anisotroper Ätzprozess bildet erste Trenches 760 in der vertikalen Projektion der ersten Maskenöffnungen 711 und gleichzeitig zweite Trenches 780 in der vertikalen Projektion den zweiten Maskenöffnungen 712.
  • 6B zeigt die ersten Trenches 760 in der vertikalen Projektion der ersten Maskenöffnungen 711 und zweite Trenches 780 in der vertikalen Projektion der zweiten Maskenöffnungen 712. Eine vertikale Ausdehnung v1 der ersten Trenches 760 und eine vertikale Ausdehnung v2 der zweiten Trenches 780 können gleich sein, falls die ersten und zweiten Maskenöffnungen 711, 712 die gleiche Breite haben. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die vertikale Ausdehnung v2 der zweiten Trenches 780 größer als die vertikale Ausdehnung v1 der ersten Trenches 760 sein, wenn die Breite der zweiten Maskenöffnungen 712 größer ist als die Breite der ersten Maskenöffnungen 711.
  • Eine Schicht, die Material der Halbleiterschicht 100a beinhaltet, kann auf Seitenwänden der ersten und zweiten Trenches 760, 780 aufgewachsen sein, wobei Atome der Halbleiterschicht 100a und Atome, die durch die Prozessatmosphäre zugeführt sind, beispielsweise Sauerstoff oder Stickstoff, miteinander reagieren, um eine dielektrische Schicht 290 zu bilden.
  • 6C zeigt erste Schichtteile 291 der dielektrischen Schicht 290 in den ersten Trenches 760 und zweite Schichtteile 292 der dielektrischen Schicht 290 in den zweiten Trenches 780. Die ersten und zweiten Schichtteile 291, 292 wachsen gleichzeitig bei verschiedenen Wachstumsraten auf. Beispielsweise ist die dielektrische Schicht 290 eine Siliziunoxidschicht, die auf einer Silizium-Halbleiterschicht 100a durch Beinhalten bzw. Aufnehmen von Sauerstoff aufgewachsen ist. Die Wachstumsrate ändert sich mit der gegenwärtigen Oxiddicke, wobei eine Differenz zwischen Wachstumsraten in den ersten und zweiten Trenches 760, 780 nachhaltig höher ist als in typischen Prozessfluktuationen. Beispielsweise ist in den zweiten Trenches 780 eine Durchschnittswachstumsrate während des Oxidationsprozesses um wenigstens 5 % höher als in den ersten Trenches 760. Demgemäß sind die zweiten Teile 292 wenigstens 5 % dicker als die ersten Teile 291. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel ist die Durchschnittwachstumsrate um wenigstens 10 % höher in den zweiten Trenches 780 als in den ersten Trenches 760.
  • Eine oder mehrere weitere dielektrische Schichten 295 können auf der dielektrischen Schicht 290 aufgetragen bzw. abgeschieden werden, und ein leitendes Material 190 kann aufgetragen bzw. abgeschieden werden, um einen verbleibenden Hohlraum in den ersten und zweiten Trenches 760, 780 zu füllen. Transistorzellen TC können in aktiven Mesaabschnitten 171 direkt angrenzend an die ersten Feldelektrodenstrukturen 160 gebildet werden.
  • 6D zeigt erste Feldelektrodenstrukturen 160 mit nadelförmigen ersten Feldelektroden 165, die in den ersten Trenches 760 gebildet sind, sowie zweite Feldelektrodenstrukturen 180 mit nadelförmigen zweiten Feldelektroden 185, die in den zweiten Trenches 780 gebildet sind.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: gleichzeitiges Bilden von ersten und zweiten Trenches (760, 780), die sich von einer Prozessoberfläche (101a) in eine Halbleiterschicht (100a) erstrecken, wobei eine erste horizontale Abmessung der Trenches (760, 780) nicht mehr als fünfmal eine zweite horizontale Abmessung senkrecht zu der ersten horizontalen Abmessung überschreitet, und Erwärmen der Halbleiterschicht (100a), um eine dielektrische Schicht (290) zu bilden, die erste Schichtteile (291), die die ersten Trenches (760) auskleiden, und zweite Schichtteile (292), die die zweiten Trenches (780) auskleiden, aufweist, wobei die zweiten Schichtteile (292) dicker gebildet werden als die ersten Schichtteile (291).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem Öffnungen der ersten und zweiten Trenches (760, 780) in der Prozessoberfläche (101a) eine gleiche, nicht-kreisförmig symmetrische Gestalt haben und Seitenwände der ersten Trenches (760) durch erste Kristallebenen und Seitenwände der zweiten Trenches (780) durch zweite Kristallebenen gebildet werden, wobei eine erste Oxidwachstumsrate auf den ersten Kristallebenen von einer zweiten Oxidwachstumsrate auf den zweiten Kristallebenen um wenigstens 5 % abweicht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem Seitenwände der ersten Trenches (760) {100}-Kristallebenen des Halbleiterteiles (100) und Seitenwände der zweiten Trenches (780) {110}-Kristallebenen sind.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem Öffnungen der zweiten Trenches (780) größer sind als Öffnungen der ersten Trenches (760).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend: Bilden von Transistorzellen (TC) in ersten Bereichen (A), die die ersten Trenches (760) umfassen, wobei keine Transistorzellen (TC) in zweiten Bereichen (B) gebildet werden, die die zweiten Trenches (780) umfassen, wobei jeder zweite Bereich (B) durch einen der ersten Bereiche (A) umgeben ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: Bilden von elektronischen Elementen (EE), die von den Transistorzellen (TC) in den zweiten Bereichen (B) verschieden sind.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend: Bilden von Transistorzellen (TC) in ersten Bereichen (A), die die ersten Trenches (760) umfassen, wobei keine Transistorzellen (TC) in zweiten Bereichen (B) gebildet werden, die die zweiten Trenches (780) umfassen, wobei jeder zweite Bereich (B) einen der ersten Bereiche (A) umgibt.
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