DE102016100519B4 - Halbleitervorrichtungen, die eine Randkonstruktion mit geraden Abschnitten und Eckabschnitten umfassen - Google Patents

Halbleitervorrichtungen, die eine Randkonstruktion mit geraden Abschnitten und Eckabschnitten umfassen Download PDF

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Abstract

Halbleitervorrichtung, umfassend:ein Transistorzellengebiet (610), das aktive Transistorzellen (TC) umfasst, die mit einer ersten Lastelektrode (310) elektrisch verbundene Sourcezonen (110) aufweisen, wobei die Sourcezonen (110) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen;ein Randgebiet (690), das das aktive Transistorzellengebiet (610) umgibt und eine Randkonstruktion (190) aufweist, wobei die Randkonstruktion (190) sich von einer inneren feldbeschränkenden Struktur (210), die zum aktiven Transistorzellengebiet (610) orientiert ist, zu einer äußeren feldbeschränkenden Struktur (220) zwischen der inneren feldbeschränkenden Struktur (210) und einer äußeren lateralen Oberfläche (103) des Halbleiterbereichs (100) erstreckt und die Randkonstruktion (190) gerade Abschnitte (190a) und einen Eckabschnitt (190b) aufweist, der benachbarte gerade Abschnitte (190a) verbindet, wobeiein zweites Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Eckabschnitt (190b) ein erstes Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den geraden Abschnitten (190a) um zumindest 0,2 % vom ersten Dotierstoffverhältnis übertrifft.

Description

  • HINTERGRUND
  • In Leistungshalbleitervorrichtungen wird eine Sperrspannung typischerweise zwischen einer ersten Lastelektrode an einer Vorderseite und einer zweiten Lastelektrode an der Rückseite eines Halbleiterdie angelegt. Da entlang einer äußeren lateralen Oberfläche des Halbleiterdie das Sperrvermögen des Halbleitermaterials gering ist, bringt eine Abschlusskonstruktion entlang der äußeren lateralen Oberfläche typischerweise das an die zweite Lastelektrode angelegte Potential zur Vorderseite und nimmt die Sperrspannung in der lateralen Richtung auf. Da entlang der Oberfläche an der Vorderseite das Sperrvermögen geringer als innerhalb des Halbleiterdie ist, ist die Abschlusskonstruktion vergleichsweise breit und verbraucht signifikante Teile bzw. Bereiche der verfügbaren Chipfläche.
  • Die DE 10 2015 107 456 A1 beschreibt einen n-Kanal MOSFET mit einem stark p-dotierten, im Betrieb nicht vollständig verarmenden dotierten Gebiet, das auf der Bauteilvorderseite direkt angrenzend an die Oberfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet ist und das aktive Zellenfeld umschließt. Gebogene Abschnitte des stark p-dotierten Gebiets sind mit einer mindestens doppelt so hohen Dotierstoffdosis vorgesehen als gerade Abschnitte zwischen den gebogenen Abschnitten. Das stark p-dotierte Gebiet ist unterhalb einer Gatekonstruktion vorgesehen. Im Diodenbetrieb reduziert das stark p-dotierte Gebiet die Ausdehnung des Vertikalfeldes und so eine Ladungsträgermultiplikation der von außen zu den Kontakten im Zellenfeld strömenden Löcher. Die erhöhte Konzentration in den gebogenen Bereichen trägt dem lokal höheren Löcherstrom in den Eckbereichen Rechnung.
  • Es ist wünschenswert, das Sperrvermögen von Leistungshalbleitervorrichtungen unter geringem Verlust an verfügbarer aktiver Chipfläche zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Halbleitervorrichtung ein Transistorzellengebiet mit aktiven Transistorzellen einschließlich Sourcezonen, die mit einer ersten Lastelektrode elektrisch verbunden sind. Die Sourcezonen weisen einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Ein Randgebiet umgibt das aktive Transistorzellengebiet und umfasst eine Randkonstruktion, die gerade Abschnitte und einen benachbarte gerade Abschnitte verbindenden Eckabschnitt einschließt. Ein zweites Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Eckabschnitt übertrifft ein erstes Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den geraden Abschnitten um zumindest 0,2 % in Bezug auf das erste Dotierstoffverhältnis.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst eine Halbleitervorrichtung ein aktives Transistorzellengebiet mit aktiven Transistorzellen einschließlich Sourcezonen, die mit einer ersten Lastelektrode elektrisch verbunden sind. Die Sourcezonen weisen einen ersten Leitfähigkeitstyp auf. Eine Superjunction-Struktur enthält erste Halbleitergebiete des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Halbleitergebiete eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps. Ein Randgebiet umgibt das aktive Transistorzellengebiet und schließt eine Randkonstruktion ein. Die Randkonstruktion umfasst gerade Abschnitte und einen benachbarte gerade Abschnitte verbindenden Eckabschnitt. Ein zweites Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Eckabschnitt übertrifft ein erstes Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den geraden Abschnitten um zumindest 0,2 % in Bezug auf das erste Dotierstoffverhältnis.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden ohne Weiteres gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
    • 1A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs eines Halbleiterbereichs mit verschiedenen mittleren Dotierstoffverhältnissen in Eckabschnitten und geraden Abschnitten einer Randkonstruktion gemäß einer Ausführungsform.
    • 1B ist ein Diagramm, das mittlere Dotierstoffverhältnisse entlang Linien I-I und II-II in 1A schematisch veranschaulicht.
    • 1C ist ein Diagramm, das mittlere Dotierstoffverhältnisse entlang Linien in einem Eckabschnitt und in einem geraden Abschnitt einer Randkonstruktion gemäß einer anderen Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
    • 1D ist ein Diagramm, das elektrische Feldstärken entlang Linien I-I und II-II in 1A schematisch veranschaulicht.
    • 2 ist ein Diagramm, das vertikale elektrische Feldgradienten in Eckbereichen von Halbleitervorrichtungen zum Diskutieren von Effekten der Ausführungsformen schematisch vergleicht.
    • 3A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung einschließlich einer Randkonstruktion zwischen einer inneren feldbeschränkenden Struktur und einer äußeren feldbeschränkenden Struktur gemäß einer Ausführungsform.
    • 3B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung von 3A entlang Linie B-B.
    • 3C ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs von 3B.
    • 4A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit Feldelektroden, die innere und äußere feldbeschränkende Strukturen bilden.
    • 4B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 4A entlang einer Linie B-B.
    • 4C ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs von 4B.
    • 5A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit einem Abschlussabschnitt einer Superjunction-Struktur, die verschieden dotierte gerade und Eckabschnitte einschließt.
    • 5B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 5A entlang Linie B-B.
    • 5C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 5A entlang einer Linie C/D-C/D gemäß einer Ausführungsform mit einer vertikalen Variation einer Dotierung innerhalb eines Eckabschnitts.
    • 5D ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 5A entlang einer Linie C/D-C/D gemäß einer Ausführungsform mit einer lateralen Variation einer Dotierung innerhalb eines Eckabschnitts.
    • 5E ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform mit einem Abschlussabschnitt einer Superjunction-Struktur einschließlich verschieden dotierter gerader und Eckabschnitte und einer winkelabhängigen Variation einer Dotierung innerhalb eines Eckabschnitts.
    • 6A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform einschließlich einer Junction- bzw. Übergangsabschlussausdehnung, die verschieden dotierte gerade und Eckabschnitte umfasst.
    • 6B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 6A entlang einer Linie B-B.
    • 7A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die eine Abstandshalterzone mit verschieden dotierten geraden und Eckabschnitten umfasst, wobei die Abstandshalterzone die Übergangsabschlussausdehnung von einer ersten Oberfläche eines Halbleiterbereichs trennt.
    • 7B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 7A entlang einer Linie B-B.
    • 8A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die eine Bodyerweiterungs- bzw. -ausdehnungszone mit verschieden dotierten geraden und Eckabschnitten umfasst.
    • 8B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 8A entlang einer Linie B-B.
    • 9A ist eine schematische Draufsicht eines Eckbereichs einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform, die Modifikationen einer Vielzahl dotierter Strukturen in den Eckabschnitten kombiniert.
    • 9B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 9A entlang einer Linie B-B.
    • 9C ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht des Eckbereichs von 9A entlang einer Linie B-B gemäß einer anderen Ausführungsform, die Modifikationen einer Vielzahl dotierter Strukturen in den Eckabschnitten kombiniert.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon 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 zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff „elektrisch gekoppelt“ umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ neben dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets ist, während ein „n+“-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • 1A bis 1D beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500, die aktive Transistorzellen TC enthält. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), zum Beispiel ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der gewöhnlichen Bedeutung einschließlich FETs mit Metall-Gates sowie FETs mit Gates, die aus einem Halbleitermaterial wie etwa polykristallinem Silizium gebildet sind, sein oder einen solchen enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung 500 ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) sein oder einen solchen enthalten.
  • Die Halbleitervorrichtung 500 basiert auf einem Halbleiterbereich 100 aus einem kristallinen Halbleitermaterial wie etwa Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Germanium (Ge), einem Silizium-Germanium-Kristall (SiGe) oder einem AIIIBV-Halbleiter. Der Halbleiterbereich 100 weist eine erste Oberfläche 101 an einer Vorderseite und eine zur ersten Oberfläche 101 parallele zweite Oberfläche an der Rückseite auf. Eine Distanz zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche beträgt zum Beispiel mindestens 25 um. Eine äußere laterale Oberfläche 103 verbindet die erste Oberfläche 101 und die zweite Oberfläche 102. In der Betrachtungsebene kann der Halbleiterbereich 100 eine rechtwinklige Form mit einer Kanten- bzw. Randlänge im Bereich von mehreren Millimeter aufweisen. Eine Normale zur ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der vertikalen Richtung sind horizontale Richtungen. Die äußere laterale Oberfläche 103 ist geneigt, zum Beispiel vertikal zu der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche.
  • Die aktiven Transistorzellen TC sind in einem Transistorzellengebiet 610 in der horizontalen Mitte des Halbleiterbereichs 100 ausgebildet. Die aktiven Transistorzellen TC sind mit einer an der Vorderseite angeordneten ersten Lastelektrode direkt verbunden. Die aktiven Transistorzellen TC sind steuerbar und können zwischen einem An-Zustand, in welchem die aktiven Transistorzellen TC einen Laststrom zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche transportieren, und einem Sperrzustand geschaltet werden, in welchem höchstens ein geringer Leckstrom zwischen der ersten Oberfläche 101 und der zweiten Oberfläche 102 fließt. Die aktiven Transistorzellen TC können streifenförmig sein und können ein reguläres Muster gleichmäßig beabstandeter Streifen bilden.
  • Ein Kanten- bzw. Randgebiet 690 trennt das Transistorzellengebiet 610 von der äußeren lateralen Oberfläche 103. Das Randgebiet 690 ist frei von jeglichen aktiven Transistorzellen. Das Randgebiet 690 kann inaktive bzw. Idle-Transistorzellen, die nicht zwischen einem An-Zustand und einem Aus-Zustand wechseln können, die keine Sourcezonen enthalten, die mit einer Lastelektrode an der Vorderseite direkt verbunden sind, oder beides umfassen.
  • Das Randgebiet 690 enthält eine Randkonstruktion 190, welche direkt an das Transistorzellengebiet 610 grenzen kann. Die Randkonstruktion 190 kann von der äußeren lateralen Oberfläche 103 zumindest in den Ecken des Halbleiterbereichs 100 getrennt sein. Eine Breite der Randkonstruktion 190 kann variieren. Beispielsweise kann eine- Breite der Randkonstruktion 190 mit abnehmender Distanz zu einer horizontalen Ecke des Halbleiterbereichs 100 zunehmen. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Breite der Randkonstruktion 190 entlang dem kompletten Umfang des Transistorzellengebiets 610 einheitlich.
  • Eine innere feldbeschränkende Struktur, die entlang einem äu-ßeren Rand des Transistorzellengebiets 610 oder in einer Distanz d = d1 dazu ausgebildet ist, bildet eine innere Grenze der Randkonstruktion 190. Eine äußere feldbeschränkende Struktur, welche von der inneren feldbeschränkenden Struktur gleichmäßig beabstandet sein kann, bildet einen äußeren Rand der Randkonstruktion 190 in einer Distanz d = d2 zum äußeren Rand des Transistorzellengebiets 610. Entlang der ersten Oberfläche 101 wird hauptsächlich zwischen den inneren und äußeren feldbeschränkenden Strukturen ein laterales elektrisches Feld aufgenommen. In einer vertikalen Projektion der inneren und äußeren feldbeschränkenden Strukturen ändert sich die elektrische Feldstärke nicht oder ändert sich nur in einem geringen Maße in der lateralen Richtung. Im Halbleiterbereich 100 kann die gesamte elektrische Feldstärke, die sich aus überlappenden lateralen und vertikalen elektrischen Feldern ergibt, lokale maximale Werte in der vertikalen Projektion der inneren und äußeren feldbeschränkenden Strukturen bei oder nahe d = d1 und d = d2 erreichen.
  • Die feldbeschränkenden Strukturen beschränken ein laterales elektrisches Feld, das zwischen den inneren und äußeren feldbeschränkenden Strukturen ausgebildet wird, und können das Transistorzellengebiet 610 in den lateralen Richtungen umgeben.
  • Die innere feldbeschränkende Struktur kann durch einen äußeren Bereich einer ersten Lastelektrode 310 ausgebildet sein, die direkt mit den aktiven Transistorzellen TC elektrisch verbunden ist, ein Metall-Gate, das vom Halbleiterbereich 100 durch ein Felddielektrikum elektrisch getrennt ist, oder eine Gate-Leiterstruktur, welche aus hochdotiertem polykristallinem Silizium bestehen kann, wobei die Gate-Leiterstruktur Gateelektroden der aktiven Transistorzellen TC mit dem Metall-Gate elektrisch verbindet.
  • Die äußere feldbeschränkende Struktur kann ein hochdotiertes Sperr- bzw. Barrierengebiet sein oder ein solches umfassen, das sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterbereich 100 erstreckt. Das hochdotierte Barrierengebiet kann direkt an die äußere laterale Oberfläche 103 grenzen oder kann von der äußeren lateralen Oberfläche 103 beabstandet sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die äußere feldbeschränkende Struktur eine Randfeldplatte umfassen, die durch ein Felddielektrikum von der ersten Oberfläche 101 getrennt ist.
  • Die Randkonstruktion 190 kann entlang dem kompletten Umfang des Transistorzellengebiets 610 eine annähernd einheitliche Breite aufweisen. Gerade Abschnitte 190a der Randkonstruktion 190 verlaufen parallel zu geraden Bereichen der äußeren lateralen Oberfläche 103. Eckabschnitte 190b der Randkonstruktion 190 können gebogen oder angeschrägt sein und benachbarte gerade Abschnitte 190a nahtlos verbinden.
  • Im Folgenden ist ein erster Leitfähigkeitstyp derjenige von Sourcezonen der aktiven Transistorzellen TC, und ein zweiter Leitfähigkeitstyp ist derjenige von Bodyzonen der aktiven Transistorzellen TC.
  • Ein erstes Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Dotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps, zum Beispiel des p-Typs für n-FET-Zellen, und einer mittleren Dotierstoffkonzentration des komplementären ersten Dotierstofftyps in den geraden Abschnitten 190a unterscheidet sich von einem zweiten Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Dotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Dotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps im Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190 um zumindest 0,2 %, zum Beispiel mindestens 1 % oder mindestens 2 %, in Bezug auf das erste Dotierstoffverhältnis.
  • Falls die Randkonstruktion 190 eine Superjunction-Struktur enthält, kann eine Abweichung des zweiten Dotierstoffverhältnisses vom ersten Dotierstoffverhältnis durch eine Variation des Kompensationsverhältnisses p/n zwischen den entgegengesetzt dotierten ersten und zweiten Halbleitergebieten der Superjunction-Struktur erreicht werden. Beispielsweise kann in den geraden Abschnitten 190a ein erstes Kompensationsverhältnis p/n in einem Bereich von etwa 0,5 bis 1 liegen, und ein zweites Kompensationsverhältnis in den Eckabschnitten 190b kann sich vom ersten Kompensationsverhältnis um zumindest 0,1 %, zum Beispiel um mindestens 0,5 % oder mindestens 1 %, in Bezug auf das erste Kompensationsverhältnis unterscheiden.
  • Typischerweise formt die Randkonstruktion 190 das elektrische Feld entlang der ersten Oberfläche 101 zwischen dem Transistorzellengebiet 610 und der äußeren lateralen Oberfläche 103, so dass im Sperrzustand die gesamte elektrische Feldstärke 2,0E05 V/cm, zum Beispiel 1,5E05 V/cm, nicht übersteigt, wobei die elektrische Feldstärke in einer beliebigen Distanz zur ersten Oberfläche 101 im Halbleiterbereich 100 annähernd gleich ist. Die gesamte elektrische Feldstärke kann zwei lokale maximale Werte entlang einem inneren Rand und entlang dem äußeren Rand aufweisen.
  • Typischerweise ist das Dotierstoffverhältnis das gleiche für die gesamte umlaufende Randkonstruktion 190. Indem das Dotierstoffverhältnis zwischen der mittleren Dotierstoffkonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps und der mittleren Dotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in den Eckabschnitten 190b bezüglich der geraden Abschnitte 190a lokal variiert wird, sind die beiden maximalen Werte der elektrischen Feldstärke in den Eckabschnitten 190b ebenfalls annähernd gleich. Auf diese Weise wird das Durchbruchsverhalten in den Eckabschnitten 190b an das Durchbruchsverhalten in den geraden Abschnitten 190a angeglichen.
  • Im Gegensatz dazu sind herkömmlicherweise die ersten und zweiten Dotierstoffverhältnisse gleich. Als eine Konsequenz übertrifft entlang der Grenzfläche zum Transistorzellengebiet 610 das lokale Maximum des elektrischen Feldes im Eckabschnitt 190b das entsprechende Maximum des elektrischen Feldes in den geraden Abschnitten 190a, so dass die Auftrittsrate für einen Lawinendurchbruch lokal erhöht ist. Eine lokal erhöhte Auftrittsrate für Lawinendurchbrüche kann einen nachteiligen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Vorrichtung haben.
  • In 1B geben d1 und d2 die Positionen des inneren und äu-ßeren Rands der Randkonstruktion 190 an. Ein erstes mittleres Dotierstoffverhältnis 401 zwischen Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den geraden Abschnitten 190a ist geringer als ein zweites mittleres Dotierstoffverhältnis 402 in den gebogenen oder angeschrägten Eckabschnitten 190b.
  • Außerhalb der Randkonstruktion 190 zwischen d2 und der äußeren lateralen Oberfläche 103 umfasst der Halbleiterbereich 100 typischerweise nur einen Typ von Dotierstoffen, so dass das mittlere Dotierstoffverhältnis sowohl in den direkt an die geraden Abschnitte 190a grenzenden Gebieten als auch in den direkt an die Eckabschnitte 190b grenzenden Gebieten etwa Null betragen kann.
  • Innerhalb der Randkonstruktion 190 können die ersten und zweiten mittleren Dotierstoffverhältnisse vom inneren Rand der Randkonstruktion bei d = d1 zum äußeren Rand bei d = d2 konstant sein, können variieren oder können sich nur in einem Teil bzw. Bereich der Randkonstruktion 190 voneinander unterscheiden sein.
  • In 1C sind die ersten und zweiten Dotierstoffverhältnisse in nur einem inneren Bereich zwischen d = d1 und d = d3 voneinander verschieden, worin beide Dotierstoffverhältnisse konstant sein oder variieren können, zum Beispiel mit zunehmender Distanz zu d1 stetig abnehmen, und gleich, zum Beispiel gleich Null in einem äußeren Bereich zwischen d = d3 und d = d2, sind.
  • In 1D zeigt eine durchgezogene Linie 411 den elektrischen Feldgradienten in den geraden Abschnitten mit zwei lokalen Maxima bei d = d1 und d = d2, wobei die maximalen Werte bei d1 und d2 annähernd gleich sind. Eine gestrichelte Linie 412 zeigt den elektrischen Feldgradienten für herkömmliche Eckabschnitte 190b mit dem gleichen mittleren Dotierstoffverhältnis wie in den geraden Abschnitten 190a. Aufgrund des kleineren Krümmungsradius entlang der inneren feldbeschränkenden Struktur bei d = d1 ergeben überlappende laterale Feldkomponenten ein höheres lokales Maximum des elektrischen Feldgradienten 412 als entlang der äußeren feldbeschränkenden Struktur bei d = d2.
  • Eine gepunktete Linie 413 zeigt den elektrischen Feldgradienten entlang einer Linie II-II von 1A in dem Eckabschnitt 190b, falls die mittlere Dotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps um zum Beispiel 1 % bezüglich der mittleren Dotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps im geraden Abschnitt geeignet erhöht ist. Die erhöhte Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps im Eckabschnitt 190b hat zur Folge, dass die beiden lokalen maximalen Werte des elektrischen Feldgradienten sich einander und dem elektrischen Feldgradienten 411 in den geraden Abschnitten 190a annähern. Der gesamte maximale Wert wird reduziert, und das Lawinenverhalten des Eckabschnitts 190b gleicht sich demjenigen der geraden Abschnitte 190a an.
  • In 2 zeigt eine durchgezogene Linie 421 den Gradienten der vertikalen elektrischen Feldstärke in geraden Abschnitten einer Randkonstruktion des Transistorzellengebiets 610. Eine gestrichelte Linie 422 zeigt den entsprechenden elektrischen Feldgradienten am Rand des Transistorzellengebiets 610 zum Eckabschnitt. Durch lokales Erhöhen des Dotierstoffverhältnisses zwischen der Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und der Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps im Eckabschnitt 190b um etwa 0,5 % bezüglich des geraden Abschnitts gleicht sich das vertikale elektrische Feld dem elektrischen Feldgradienten am Rand des Transistorzellengebiets 610 zu den geraden Abschnitte 190a näher an.
  • 3A bis 3C zeigen eine Halbleitervorrichtung 500, die eine Vielzahl aktiver Transistorzellen TC umfasst. Die aktiven Transistorzellen TC können Feldeffekttransistorzellen, zum Beispiel Feldeffekttransistorzellen des Anreicherungstyps bzw. -modus, sein. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein IGFET sein oder einen solchen enthalten. Ein Material des Halbleiterbereichs 100 kann kristallines Silizium sein.
  • Der Halbleiterbereich 100 umfasst eine Driftschicht 121 eines ersten Leitfähigkeitstyps sowie eine Kontaktstruktur 129 zwischen der Driftschicht 121 und der zweiten Oberfläche 102.
  • Eine Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht 121 kann mit zunehmender Distanz zur ersten Oberfläche 101 zumindest in Bereichen ihrer vertikalen Ausdehnung allmählich oder in Schritten zunehmen oder abnehmen und/oder kann einen oder mehrere pn-Übergänge enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht 121 annähernd gleichmäßig sein. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Driftschicht 121 kann zwischen 5E12 cm-3 und 1E15 cm-3, zum Beispiel in einem Bereich von 5E13 cm-3 bis 5E14 cm-3, liegen. Die Driftschicht 121 kann weitere dotierte Gebiete wie etwa eine Superjunction-Struktur einbetten, wobei eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration in der Superjunction-Struktur beispielsweise in einem Bereich von 1E15 cm-3 bis 1,5E16 cm-3 liegen kann.
  • Die Kontaktstruktur 129 kann vom ersten Leitfähigkeitstyp sein, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein IGFET ist oder einen solchen enthält, vom zweiten Leitfähigkeitstyp, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein rückwärts sperrender bzw. Reverse-Blocking-IGBT ist, oder kann Zonen beider Leitfähigkeitstypen enthalten, falls die Halbleitervorrichtung 500 ein RC-IGBT (rückwärts leitender IGBT) ist. Eine Dotierstoffkonzentration in der Kontaktstruktur 129 entlang der zweiten Oberfläche 102 ist ausreichend hoch, um einen ohmschen Kontakt mit einem Metall auszubilden, das direkt an die zweite Oberfläche 102 grenzt. Falls der Halbleiterbereich 100 auf Silizium basiert, kann entlang der zweiten Oberfläche 102 eine Dotierstoffkonzentration mindestens 1E18 cm-3, zum Beispiel mindestens 5E19 cm-3, in einer Kontaktstruktur 129 von n-Typ und mindestens 1E16 cm-3, zum Beispiel mindestens 5E17 cm-3, in einer Kontaktstruktur 129 vom p-Typ betragen.
  • Die aktiven Transistorzellen TC sind in einem Abschnitt des Halbleiterbereichs 100 entlang der ersten Oberfläche 101 ausgebildet. Die aktiven Transistorzellen TC können Feldeffekttransistorzellen mit planaren Gateelektroden oder mit Trench- bzw. Graben-Gateelektroden sein. Jede aktive Transistorzelle TC umfasst einen Bereich einer Bodyzone 115 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die erste pn-Übergänge pn1 mit der Driftschicht 121 bildet. Jede aktive Transistorzelle umfasst eine Sourcezone 110, die einen zweiten pn-Übergang pn2 mit der angrenzenden Bodyzone 115 abildet. Die Bodyzonen 115 können Wannen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterbereich 100 erstrecken. Die Sourcezonen 110 können Wannen sein, die sich von der ersten Oberfläche 101 in die Bodyzonen 115 erstrecken. Typischerweise markiert ein äußerer Rand der äußersten bzw. ganz außen gelegenen Sourcezone 110, die mit der ersten Lastelektrode 310 verbunden ist, eine Grenzfläche zwischen einem Transistorzellengebiet 610 und einem Randgebiet 690.
  • Eine Gatestruktur 150 umfasst eine leitfähige Gateelektrode 155, welche eine hochdotierte polykristalline Siliziumschicht oder eine metallhaltige Schicht umfassen oder daraus bestehen kann. Die Gatestruktur 150 umfasst ferner ein Gatedielektrikum 151, das die Gateelektrode 155 vom Halbleiterbereich 100 trennt, wobei das Gatedielektrikum 151 die Gateelektrode 155 mit Kanalbereichen der Bodyzonen 115 kapazitiv koppelt. Das Gatedielektrikum 151 kann ein Halbleiteroxid, zum Beispiel thermisch gewachsenes oder abgeschiedenes Siliziumoxid, ein Halbleiternitrid, zum Beispiel abgeschiedenes oder thermisch gewachsenes Siliziumnitrid, ein Halbleiteroxinitrid, zum Beispiel Siliziumoxinitrid, oder eine Kombination davon umfassen oder daraus bestehen.
  • Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ist die Gatestruktur 150 ein laterales Gate, das außerhalb des Halbleiterbereichs 100 entlang der ersten Oberfläche 101 ausgebildet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Gatestruktur 150 ein Graben-Gate, das sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterbereich 100 erstreckt.
  • Für die folgende Beschreibung und für die folgenden Figuren wird angenommen, dass der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist. Ähnliche Betrachtungen, wie sie im Folgenden skizziert werden, finden Anwendung auf Ausführungsformen, wobei der erste Leitfähigkeitstyp ein p-Typ ist und der zweite Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist.
  • Wenn eine an die Gateelektrode 155 angelegte Spannung eine voreingestellte Schwellenspannung übersteigt, sammeln sich Elektronen in den Kanalbereichen der Bodyzonen 115, die direkt an das Gatedielektrikum 151 grenzen, und bilden Inversionskanäle, die die ersten und zweiten pn-Übergänge pn1 und pn2 für Elektronen transparent machen.
  • Ein Zwischenschichtdielektrikum 200 kann die Gateelektroden 155 von einer ersten Lastelektrode 310 isolieren. Das Zwischenschichtdielektrikum 200 kann beispielsweise eine oder mehrere dielektrische Schichten aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, dotiertem oder undotiertem Silikatglas, zum Beispiel BSG (Borsilikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas), umfassen.
  • Kontaktstrukturen 315, die sich durch Öffnungen in dem Zwischenschichtdielektrikum 200 erstrecken, können die erste Lastelektrode 310 mit den Bodyzonen 115 und den Sourcezonen 110 elektrisch verbinden, wobei die Kontaktstrukturen 315 sich durch die Sourcezonen 110 in den Halbleiterbereich 100 erstrecken können, um die Bodyzonen 115 über ein hochdotiertes Kontaktgebiet zu kontaktieren. Die erste Lastelektrode 310 kann ein erster Lastanschluss L1, zum Beispiel der Sourceanschluss eines n-IGFET, sein oder mit einem solchen elektrisch gekoppelt oder verbunden sein.
  • Eine zweite Lastelektrode 320, welche direkt an die zweite Oberfläche 102 und die Kontaktstruktur 129 grenzt, kann einen zweiten Lastanschluss L2, welcher der Drainanschluss eines n-IGFET sein kann, bilden oder mit einem solchen elektrisch verbunden sein.
  • Jede der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 kann als Hauptbestandteil(e) aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu) oder Legierungen aus Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu, bestehen oder diese enthalten. Gemäß anderen Ausführungsformen kann zumindest eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 als Hauptbestandteil(e) Nickel (Ni), Titan (Ti), Wolfram (W), Tantal (Ta), Vanadium (V), Silber (Ag), Gold (Au), Platin (Pt), und/oder Palladium (Pd) enthalten. Beispielsweise kann zumindest eine der ersten und zweiten Lastelektroden 310, 320 zwei oder mehr Teilschichten umfassen, wobei jede Teilschicht ein oder mehr von Ni, Ti, V, Ag, Au, Pt, W und Pd als Hauptbestandteil (e), zum Beispiel ein Silizid, ein Nitrid und/oder eine Legierung, enthält.
  • Eine innere feldbeschränkende Struktur 210 kann das laterale elektrische Feld in Richtung auf das Transistorzellengebiet 610 beschränken. Die innere feldbeschränkende Struktur 210 kann eine Elektrodenstruktur sein, die eine leitfähige Elektrode und ein Felddielektrikum umfasst, das die Elektrodenstruktur von der ersten Oberfläche 101 trennt.
  • Eine äußere feldbeschränkende Struktur 220 kann das laterale elektrische Feld in Richtung auf die äußere laterale Oberfläche 103 beschränken. Die äußere feldbeschränkende Struktur 220 kann eine weitere Elektrodenstruktur mit einer leitfähigen Elektrode sein, die mit einem Potential elektrisch verbunden ist, das von dem Potential verschieden ist, das an die leitfähige Elektrode der inneren feldbeschränkenden Struktur 210 angelegt ist. Beispielsweise kann die äußere feldbeschränkende Struktur 220 ein hochdotiertes Sperr- bzw. Barrierengebiet innerhalb des Halbleiterbereichs 100 sein.
  • Eine Randkonstruktion 190 erstreckt sich zumindest zwischen dem äußeren Rand der inneren feldbeschränkenden Struktur 210 und dem inneren Rand der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220 oder kann mit einem Bereich der inneren feldbeschränkenden Struktur 210, mit einem Bereich der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220 oder mit beiden überlappen. Falls die erste Lastelektrode 310 die innere feldbeschränkende Struktur 210 bildet, erstreckt sich die Randkonstruktion zwischen der ersten Lastelektrode 310 und der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220.
  • Die Variation der Dotierstoffkonzentration kann in dem kompletten Eckabschnitt 190b gleichmäßig sein, kann mit zunehmender Distanz zum Transistorzellengebiet 610 abnehmen oder zunehmen oder kann mit zunehmender Distanz zu den geraden Abschnitten 190a zunehmen oder abnehmen. Die Variation von Dotierstoffen kann über einen Bereich der vertikalen Ausdehnung des Halbleiterbereichs 100 gleichmäßig sein oder kann vertikal variieren.
  • Die Variation des mittleren Dotierstoffverhältnisses kann sich aus einer Modifikation einer Implantationsmaske ergeben und kann ein oder mehrere funktionale dotierte Gebiete im Randabschluss 190 betreffen.
  • 4A bis 4C zeigen eine Halbleitervorrichtung 500 mit einer Driftschicht 121, die eine Superjunction-Struktur 180 enthält, die eine Kompensationsstruktur bildet. Die Superjunction-Struktur 180 umfasst erste Halbleitergebiete 181 des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Halbleitergebiete 182 zweiten Leitfähigkeitstyps. Die Ladungen in den ersten und zweiten Halbleitergebieten 181, 182 heben einander annähernd auf.
  • Die ersten und zweiten Halbleitergebiete 181, 182 wechseln sich entlang zumindest einer horizontalen Richtung ab. Die ersten und zweiten Halbleitergebiete 181, 182 können gebildet werden, indem Material, das Dotierstoffe vom n-Typ und Dotierstoffe vom p-Typ enthält, in Gräben abgeschieden wird, die in der Driftschicht 121 vorübergehend ausgebildet werden, und die Dotierstoffe in übrige Bereiche der ursprünglichen Driftschicht 121 teilweise ausdiffundieren, wobei Oberflächen, die Punkte gleicher Dotierstoffkonzentration in den ersten und zweiten Halbleitergebieten 181, 182 verbinden, keinen wellenförmigen Verlauf aufweisen und zur Kontur der temporären Gräben parallel sind. Die Oberflächen, die Punkte gleicher Dotierstoffkonzentration verbinden, zeigen keine konkaven Bereiche oder Kerben. Gemäß anderen Ausführungsformen werden die ersten und zweiten Halbleitergebiete 181, 182 ausgebildet, indem sequentiell epitaktische Schichten aufgewachsen und die Dotierstoffe für die ersten und zweiten Halbleitergebiete 181, 182 in die epitaktischen Schichten implantiert werden, wobei in den resultierenden ersten und zweiten Halbleitergebieten 181, 182 Oberflächen, die Punkte gleicher Dotierstoffkonzentrationen verbinden, einen wellenförmigen Verlauf aufweisen und mehr als zwei oder drei konkave Bereiche zeigen.
  • Die Dotierstoffkonzentrationen in den ersten und zweiten Halbleitergebieten 181, 182 können zueinander so eingestellt werden, dass ein Bereich der Driftschicht 121, der die Superjunction-Struktur 180 umfasst, in einem Sperrzustand der Halbleitervorrichtung 500 vollständig verarmt sein kann.
  • Die Superjunction-Struktur 180 kann ausschließlich im Transistorzellengebiet 610 ausgebildet werden. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform erstreckt sich die Superjunction-Struktur 180 in ein inneres Randgebiet 691, das direkt an das Transistorzellengebiet 610 grenzt. Erste und zweite Halbleitergebiete 181, 182 der Superjunction-Struktur 180 können das Transistorzellengebiet 610 so kreuzen, dass Abschnitte der ersten und zweiten Halbleitergebiete 181, 182 sich in das innere Randgebiet 691 erstrecken. Weitere erste und zweite Halbleitergebiete 181, 182, die parallel zu jenen ersten und zweiten Halbleitergebieten 181, 182 verlaufen, die das Transistorzellengebiet 610 kreuzen, können auf gegenüberliegenden Seiten des Transistorzellengebiets 610 im inneren Randgebiet 691 ausgebildet werden.
  • Eine Feldstoppschicht 128 des Leitfähigkeitstyps der Driftschicht 121 kann die Driftschicht 121 von der Kontaktstruktur 129 trennen. Eine mittlere Verunreinigungskonzentration in der Feldstoppschicht 128 kann mindestens 150 % der mittleren Verunreinigungskonzentration in der Driftschicht 121 und höchstens 20 % einer maximalen Verunreinigungskonzentration in der Kontaktstruktur 129 betragen.
  • Ein hochdotiertes Barrierengebiet 221 des ersten Leitfähigkeitstyps kann sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterbereich 100, zum Beispiel zu der oder in die Feldstoppschicht 128, zu der oder in die Kontaktstruktur 129 oder zur zweiten Oberfläche 102 erstrecken, so dass das Potential der zweiten Lastelektrode 320 an der Vorderseite zugänglich ist. Das Barrierengebiet 221 ist als die äußere feldbeschränkende Struktur 220 wirksam.
  • Eine Feldelektrodenstruktur 390 kann als innere feldbeschränkende Struktur 210 wirksam sein. Die Feldelektrodenstruktur 390 umfasst ein Felddielektrikum 391, das eine leitfähige Feldelektrode 395 von der ersten Oberfläche 101 elektrisch trennt.
  • Die Randkonstruktion 190 umfasst dotierte Gebiete, zum Beispiel einen äußeren Bereich der Driftschicht 121 des ersten Leitfähigkeitstyps oder einen Bereich einer Junction- bzw. Übergangsabschlussausdehnung 193 des zweiten Leitfähigkeitstyps.
  • In dem Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190 ist die Dotierstoffkonzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps bezüglich des geraden Abschnitts 190a geringfügig erhöht und/oder die Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps ist bezüglich des geraden Abschnitts 190a geringfügig reduziert.
  • Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 500 der 4A und 4B eine Übergangsabschlussausdehnung 193 mit geraden Abschnitten 193a und Eckabschnitten 193b umfassen. Die Übergangsabschlussausdehnung 193 ist strukturell mit der äußersten Bodyzone 115 verbunden und weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Bodyzonen 115 auf. Die Übergangsabschlussausdehnung 193 erstreckt sich von dem Transistorzellengebiet 610 nach außen in die Richtung der äußeren lateralen Oberfläche 103. Die Übergangsabschlussausdehnung 193 kann direkt an die erste Oberfläche 101 grenzen oder kann von der ersten Oberfläche 101 getrennt sein.
  • Der gerade Abschnitt 193a der Übergangsabschlussausdehnung 193 liegt in dem geraden Abschnitt 190a der Randkonstruktion 190, und der Eckabschnitt 193b der Übergangsabschlussausdehnung 193 liegt in dem Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190. In den Eckabschnitten 193b der Übergangsabschlussausdehnung 193 ist die Flächen- bzw. Gebietsdichte von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps größer als in den geraden Abschnitten 193a, so dass eine lokale Erhöhung einer elektrischen Feldstärke entlang dem Metall-Gate 330 vermieden wird.
  • In 5A und 5B bildet ein Bereich einer Gate-Konstruktion, zum Beispiel ein Metall-Gate 330, das eine die erste Lastelektrode 310 zumindest teilweise umgebende ringförmige Struktur eine innere feldbeschränkende Struktur 210. Ein Bereich des Zwischenschichtdielektrikums 200, welches Bereiche der ersten Oberfläche 101 im Randgebiet 690 bedeckt, bildet ein inneres Felddielektrikum 331, das das Metall-Gate 330 vom Halbleiterbereich 100 trennt.
  • Eine Randfeldplatte 340 zwischen der Randkonstruktion 190 und der äußeren lateralen Oberfläche 103 kann die äußere feldbeschränkende Struktur 220 bilden. Ein weiterer Bereich des Zwischenschichtdielektrikums 200 kann ein äußeres Felddielektrikum 341 bilden, das die Randfeldplatte 340 vom Halbleiterbereich 100 trennt. Die Randfeldplatte 340 kann mit einem hochdotierten Barrierengebiet 221, das sich in oder durch die Feldstoppschicht 128 erstreckt, elektrisch verbunden sein.
  • Eine Superjunction-Struktur 180 umfasst einen Abschlussabschnitt 198, der als Teil der Randkonstruktion 190 ausgebildet ist. Der Abschlussabschnitt 198 kann sich durch die komplette Randkonstruktion 190 erstrecken oder kann nur in einem inneren Teil bzw. Bereich der Randkonstruktion 190 ausgebildet sein, der zum Transistorzellengebiet 610 orientiert ist, wobei ein äußerer Bereich der Randkonstruktion 190, der zur äußeren lateralen Oberfläche 103 orientiert ist, frei von ersten und zweiten Halbleitergebieten 181, 182 einer Superjunction-Struktur 180 ist und ein schwach dotiertes Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps sein oder enthalten kann.
  • In dem Abschlussabschnitt 198 können zumindest einige der ersten und zweiten Halbleitergebiete 181, 182 der Superjunction-Struktur 180 oder alle direkt an die erste Oberfläche 101 grenzen oder können von der ersten Oberfläche 101 getrennt sein. Der Abschlussabschnitt 198 kann sich vom Transistorzellengebiet 610 nach außen bis zum inneren Rand der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220 oder darüber hinaus erstrecken oder kann sich nur in einen Bereich der Randkonstruktion 190 erstrecken, so dass der Abschlussabschnitt 198 vom inneren Rand der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220 gleichmäßig beabstandet ist.
  • Der Abschlussabschnitt 198 weist einen geraden Abschnitt 198a in dem geraden Abschnitt 190a der Randkonstruktion 190 und einen Eckabschnitt 198b in dem Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190 auf. Der Eckabschnitt 198b des Abschlussabschnitts 198 ist mehr p-geladen bzw. -dotiert als die geraden Abschnitte 198a, so dass eine lokale Erhöhung der totalen elektrischen Feldstärke entlang dem Rand des Metall-Gates 330 vermieden wird.
  • Die Differenz in der Ladungsbilanz innerhalb der Eckabschnitte 190b bezüglich der Ladungsbilanz innerhalb der geraden Abschnitte 190a kann über den kompletten Eckabschnitt 190b gleichmäßig sein oder kann sich entlang der vertikalen Richtung ändern, kann sich entlang der lateralen Richtung ändern und/oder kann von der Distanz zu den geraden Abschnitte 190a abhängen. Übergänge zwischen Bereichen der Eckabschnitte 190b mit verschiedener Ladungsbilanz können steil oder sanft sein.
  • In 5C umfasst der Eckabschnitt 198b des Abschlussabschnitts 198 der Superjunction-Struktur 180 einen vertikalen Teilabschnitt 198c, in welchem das Verhältnis zwischen einer mittleren p-Dotierstoffkonzentration und einer mittleren n-Dotierstoffkonzentration bezüglich der geraden Abschnitte 198a und bezüglich weiterer vertikaler Teilabschnitte des Eckabschnitts 198b außerhalb des vertikalen Teilabschnitts 198c lokal erhöht ist. Der vertikale Teilabschnitt 198c kann näher zur ersten Oberfläche 101 oder näher zur zweiten Oberfläche 102 ausgebildet sein. Das hochdotierte Barrierengebiet 221 kann sich hinab zur Kontaktstruktur 129 erstrecken.
  • Der Eckabschnitt 198b von 5D umfasst einen lateralen Teilabschnitt 198d, der sich zumindest von der inneren feldbeschränkenden Struktur 210 in die Randkonstruktion 190 erstreckt und der von der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220 beabstandet ist. In dem lateralen Teilabschnitt 198d ist das Verhältnis zwischen einer mittleren p-Dotierstoffkonzentration und einer mittleren n-Dotierstoffkonzentration bezüglich der geraden Abschnitte 198a und bezüglich eines weiteren lateralen Teilabschnitts zwischen dem lateralen Teilabschnitt 198d und der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220 lokal erhöht. Das hochdotierte Barrierengebiet 221 kann sich hinab zur zweiten Oberfläche 102 erstrecken.
  • In 5E umfasst der Eckabschnitt 198b des Abschlussabschnitts 198 der Superjunction-Struktur 180 einen winkelförmigen Teilabschnitt 198e, in welchem das Verhältnis zwischen einer mittleren p-Dotierstoffkonzentration und einer mittleren n-Dotierstoffkonzentration bezüglich der geraden Abschnitte 198a und bezüglich weiterer winkelförmiger Teilabschnitte des Eckabschnitts 198b zwischen dem winkelförmigen Teilabschnitt 198e und den benachbarten geraden Abschnitten 190a lokal erhöht ist.
  • Zusätzlich zu einer Superjunction-Struktur 180 umfasst die Halbleitervorrichtung 500 der 6A und 6B eine Junction- bzw. Übergangsabschlussausdehnung 193, welche strukturell mit der äußersten Bodyzone 115 verbunden ist und welche den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Bodyzone 115 aufweist. Die Übergangsabschlussausdehnung 193 erstreckt sich von dem Transistorzellengebiet 610 nach außen in die Richtung der äußeren lateralen Oberfläche 103. Die Übergangsabschlussausdehnung 193 kann direkt an die erste Oberfläche 101 grenzen oder kann von der ersten Oberfläche 101 getrennt sein. Die Übergangsabschlussausdehnung 193 kann zwischen der ersten Oberfläche 101 und zumindest einem Teil des Abschlussabschnitts 198 der Superjunction-Struktur 180 ausgebildet sein.
  • Die Übergangsabschlussausdehnung 193 weist einen geraden Abschnitt 193a in dem geraden Abschnitt 190a der Randkonstruktion 190 und einen Eckabschnitt 193b in dem Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190 auf. Die Flächen- bzw. Gebietsdichte von Dotierstoffen des p-Typs in den Eckabschnitten 193b der Übergangsabschlussausdehnung 193 ist größer als in den geraden Abschnitten 193a, so dass eine lokale Erhöhung der elektrischen Feldstärke entlang dem Metall-Gate 330 vermieden wird.
  • In der Halbleitervorrichtung 500 der 7A und 7B erstreckt sich eine Bodyerweiterungs- bzw. -ausdehnungszone 195, welche mit der äußersten Bodyzone 115 strukturell verbunden ist und welche vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Bodyzonen 115 ist, vom Transistorzellengebiet 610 nach außen in die Richtung der äußeren feldbeschränkenden Struktur 220. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Bodyausdehnungszone 195 kann gleich derjenigen in den Bodyzonen 115 sein und ist zumindest 100 % höher als in der Übergangsabschlussausdehnung 193.
  • Eine Übergangsabschlussausdehnung 193 kann lateral direkt an die Bodyausdehnungszone 195 grenzen. Vertikale Projektionen der Bodyausdehnungszone 195 und der inneren feldbeschränkenden Struktur 210 können überlappen. Eine Abstandshalterzone 194 bildet einen pn-Übergang mit der Übergangsabschlussausdehnung 193 und trennt die Übergangsabschlussausdehnung 193 von der ersten Oberfläche 101.
  • Die Abstandshalterzone 194 umfasst gerade Abschnitte 194a in den geraden Abschnitten 190a der Randkonstruktion und Eckabschnitte 194b in den Eckabschnitten 190b der Randkonstruktion 190. Die mittlere Gebietsdichte von Dotierstoffen des n-Typs in den Eckabschnitten 194b der Abstandshalterzone 194 ist geringer als in den geraden Abschnitten 194a. Die geringere mittlere Gebietsdichte von Dotierstoffen des n-Typs in den Eckabschnitten 194b verhindert eine Erhöhung eines lokalen Feldmaximums entlang dem Metall-Gate 330.
  • 8A und 8B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500 mit einer Bodyausdehnungszone 195, die sich in die Randkonstruktion 190 erstreckt. Die Bodyausdehnungszone 195 ist strukturell mit der äußersten Bodyzone 115 verbunden, hat den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Bodyzonen 115 und erstreckt sich von dem Transistorzellengebiet 610 nach außen über die innere feldbeschränkende Struktur 210 hinaus, wobei in der veranschaulichten Ausführungsform die erste Lastelektrode 310 die innere feldbeschränkende Struktur 210 bildet.
  • Die Bodyausdehnungszone 195 hat einen geraden Abschnitt 195a in dem geraden Abschnitt 190a der Randkonstruktion und einen Eckabschnitt 195b im Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190. Die mittlere Gebietsdichte von Dotierstoffen des p-Typs im Eckabschnitt 195b der Bodyausdehnungszone 195 ist höher als in dem geraden Abschnitt 195a, so dass ein maximaler Wert der elektrischen Feldstärke entlang dem Rand der ersten Lastelektrode 310 nicht lokal erhöht ist.
  • Die oben beschriebenen Modifikationen in den Eckabschnitten 190b können auf verschiedene Weisen kombiniert werden. Die Modifikationen können auch Dotierstoffvariationen in angrenzenden Bereichen des Randgebiets 690 und des Transistorzellengebiets 610 außerhalb der Randkonstruktion 190 beeinflussen.
  • In 9A und 9B umfasst der Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190 einen ersten vertikalen Teilabschnitt 190c, der den Eckabschnitt 193b der Übergangsabschlussausdehnung 193, den Eckabschnitt 194b der Abstandshalterzone 194 und einen ersten vertikalen Abschnitt des Eckabschnitts 198b des Abschlussabschnitts 198 der Superjunction-Struktur 180 umfasst. Ein zweiter vertikaler Teilabschnitt 190d umfasst einen zweiten vertikalen Teilabschnitt 190d des Eckabschnitts 198b des Abschlussabschnitts 198 der Superjunction-Struktur 180.
  • Im ersten vertikalen Teilabschnitt 190c ist die p-Dotierstoffkonzentration etwa 1 % höher als im entsprechenden vertikalen Teilabschnitt des geraden Abschnitts 190a. Im zweiten vertikalen Teilabschnitt 190d ist die p-Dotierstoffkonzentration etwa 0,5 % höher als im entsprechenden vertikalen Teilabschnitt des geraden Abschnitts 190a. Die Dotierstoffvariation kann auch Bereiche des Halbleiterbereichs 100 außerhalb der Randkonstruktion 190 betreffen, die zum Transistorzellengebiet 610 orientiert sind, zum Beispiel die Bodyausdehnungszone 195 und die Bodyzonen 115 der äußersten Transistorzellen TC.
  • Die vertikale Modifikation der Ladungsbilanz kann über den kompletten Eckabschnitt 190b der Randkonstruktion 190 oder nur in Teilen davon effektiv bzw. wirksam sein. Die verschiedenen vertikalen Teilabschnitte können die gleichen oder verschiedene laterale Ausdehnungen aufweisen.
  • In 9C umfasst der erste vertikale Teilabschnitt 190c äu-ßere Bereiche des Transistorzellengebiets 610 und erstreckt sich nach außen bis zur inneren feldbeschränkenden Struktur 210 und darüber hinaus. Eine laterale Ausdehnung des zweiten vertikalen Teilabschnitts 190d ist geringer als die laterale Ausdehnung des ersten vertikalen Teilabschnitts 190c.

Claims (27)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Transistorzellengebiet (610), das aktive Transistorzellen (TC) umfasst, die mit einer ersten Lastelektrode (310) elektrisch verbundene Sourcezonen (110) aufweisen, wobei die Sourcezonen (110) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen; ein Randgebiet (690), das das aktive Transistorzellengebiet (610) umgibt und eine Randkonstruktion (190) aufweist, wobei die Randkonstruktion (190) sich von einer inneren feldbeschränkenden Struktur (210), die zum aktiven Transistorzellengebiet (610) orientiert ist, zu einer äußeren feldbeschränkenden Struktur (220) zwischen der inneren feldbeschränkenden Struktur (210) und einer äußeren lateralen Oberfläche (103) des Halbleiterbereichs (100) erstreckt und die Randkonstruktion (190) gerade Abschnitte (190a) und einen Eckabschnitt (190b) aufweist, der benachbarte gerade Abschnitte (190a) verbindet, wobei ein zweites Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Eckabschnitt (190b) ein erstes Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den geraden Abschnitten (190a) um zumindest 0,2 % vom ersten Dotierstoffverhältnis übertrifft.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Dotierstoffverhältnis das erste Dotierstoffverhältnis um mindestens 1 % vom ersten Dotierstoffverhältnis übertrifft.
  3. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Dotierstoffverhältnis das erste Dotierstoffverhältnis um mindestens 0,2 % und höchstens 1 % vom ersten Dotierstoffverhältnis übertrifft.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere feldbeschränkende Struktur (210) die erste Lastelektrode (310) umfasst.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere feldbeschränkende Struktur (210) ein Metall-Gate (330) umfasst, das in einer Distanz zur ersten Oberfläche (101) eines Halbleiterbereichs (100) ausgebildet ist, der die Sourcezonen (110) der Transistorzellen (TC) umfasst.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die innere feldbeschränkende Struktur (210) eine Gate-Leiterstruktur umfasst, die Gateelektroden (155) der Transistorzellen (TC) mit einem Metall-Gate (330) elektrisch verbindet, das in einer Distanz zu einer ersten Oberfläche (101) eines Halbleiterbereichs (100) ausgebildet ist, der die Sourcezonen (110) der Transistorzellen (TC) umfasst.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die äußere feldbeschränkende Struktur (220) ein hochdotiertes Barrierengebiet (221) umfasst, das sich von der ersten Oberfläche (101) in den Halbleiterbereich (100) erstreckt.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die äußere feldbeschränkende Struktur (220) eine Randfeldplatte (340) und ein Felddielektrikum (341) umfasst, das die Randfeldplatte (340) von der ersten Oberfläche (101) trennt.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Halbleiterbereich (100) eine Superjunction-Struktur (180) umfasst, die erste Halbleitergebiete (181) des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Halbleitergebiete (182) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Superjunction-Struktur (180) einen in der Randkonstruktion (190) ausgebildeten Abschlussabschnitt (198) umfasst, wobei gerade Abschnitte (198a) des Abschlussabschnitts (198), die in den geraden Abschnitten (190a) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein erstes p/n-Kompensationsverhältnis zwischen den ersten und zweiten Halbleitergebieten (181, 182) aufweisen und Eckabschnitte (198b) der Abschlussabschnitte (198), die in den Eckabschnitten (190b) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein zweites, verschiedenes p/n-Kompensationsverhältnis aufweisen.
  12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei das zweite p/n-Kompensationsverhältnis das erste p/n-Kompen-isationsverhältnis um zumindest 0,1 % in Bezug auf das erste p/n-Kompensationsverhältnis übertrifft.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Abschlussabschnitt (198) in der kompletten Randkonstruktion (190) ausgebildet ist.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei der Abschlussabschnitt (198) in einem inneren Bereich der Randkonstruktion (190) ausgebildet ist und ein äußerer Bereich der Randkonstruktion (190) frei von einer Superjunction-Struktur ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: eine Übergangsabschlussausdehnung (193) des zweiten Leitfähigkeitstyps wobei die Übergangsabschlussausdehnung (193) zumindest teilweise in der Randkonstruktion (190) zwischen einer ersten Oberfläche (101) und der Superjunction-Struktur (180) ausgebildet ist.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, wobei gerade Abschnitte (193a) der Übergangsabschlussausdehnung (193), die in den geraden Abschnitten (190a) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein erstes mittleres Dotierstoffverhältnis aufweisen und Eckabschnitte (193b) der Übergangsabschlussausdehnung (193), die in den Eckabschnitten (190b) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein zweites mittleres Dotierstoffverhältnis aufweisen.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 16, ferner umfassend: eine Abstandshalterzone (194), die einen pn-Übergang mit der Übergangsabschlussausdehnung (193) bildet und die Übergangsabschlussausdehnung (193) von der ersten Oberfläche (101) trennt.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei gerade Abschnitte (194a) der Abstandshalterzone (194), die in den geraden Abschnitten (190a) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein erstes mittleres Dotierstoffverhältnis aufweisen und Eckabschnitte (194b) der Abstandshalterzone (194), die in den Eckabschnitten (190b) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein zweites, verschiedenes mittleres Dotierstoffverhältnis aufweisen.
  19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner umfassend: eine Bodyausdehnungszone (195), die einen unipolaren Homoübergang mit einer Bodyzone (115) in dem aktiven Transistorzellengebiet (610) bildet, wobei die Bodyausdehnungszone (195) zwischen der ersten Oberfläche (101) und der Superjunction-Struktur (180) ausgebildet ist.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, wobei gerade Abschnitte (195a) der Bodyausdehnungszone (195), die in den geraden Abschnitten (190a) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein erstes mittleres Dotierstoffverhältnis aufweisen und Eckabschnitte (195b) der Bodyausdehnungszone (195), die in den Eckabschnitten (190b) der Randkonstruktion (190) ausgebildet sind, ein zweites, verschiedenes mittleres Dotierstoffverhältnis aufweisen.
  21. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 20, wobei der Eckabschnitt (190b) einen ersten Teilabschnitt mit dem zweiten Dotierstoffverhältnis und weitere Teilabschnitte mit einem Dotierstoffverhältnis aufweist, das gleich dem ersten Dotierstoffverhältnis ist oder näher zu ihm liegt.
  22. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei der erste Teilbereich ein vertikaler Teilabschnitt (190c) ist.
  23. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei der erste Teilbereich ein lateraler Teilabschnitt (198d) ist.
  24. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der erste Teilbereich ein winkelförmiger Teilabschnitt (190e) ist.
  25. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei ein Übergang von dem ersten Teilabschnitt zum weiteren Teilbereich stetig ist.
  26. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei in dem Eckabschnitt (190b) der Randkonstruktion (190) eine Abweichung des zweiten Dotierstoffverhältnisses bezüglich des ersten Dotierstoffverhältnisses über den Eckabschnitt (190b) gleichmäßig ist.
  27. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein aktives Transistorzellengebiet (610), das eine Superjunction-Struktur (180) und aktive Transistorzellen umfasst, die mit einer ersten Lastelektrode (310) elektrisch verbundene Sourcezonen (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen, wobei die Superjunction-Struktur (180) erste Halbleitergebiete (181) des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Halbleitergebiete (182) eines komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps umfasst, und ein Randgebiet (690), das das aktive Transistorzellengebiet (610) umgibt und eine Randkonstruktion (190) aufweist, wobei die Randkonstruktion (190) sich von einer inneren feldbeschränkenden Struktur (210), die zum aktiven Transistorzellengebiet (610) orientiert ist, zu einer äußeren feldbeschränkenden Struktur (220) zwischen der inneren feldbeschränkenden Struktur (210) und einer äußeren lateralen Oberfläche (103) des Halbleiterbereichs (100) erstreckt und die Randkonstruktion (190) gerade Abschnitte (190a) und einen Eckabschnitt (190b) aufweist, der benachbarte gerade Abschnitte (190a) verbindet, wobei ein zweites Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in dem Eckabschnitt (190b) ein erstes Dotierstoffverhältnis zwischen einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps und einer mittleren Konzentration von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in den geraden Abschnitten (190a) um mindestens 0,2 % vom ersten Dotierstoffverhältnis übertrifft.
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