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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Patentschrift bezieht sich auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten eines Halbleiterbauelements. Die vorliegende Patentschrift bezieht sich insbesondere auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Verarbeiten eines Halbleiterbauelements mit einer Streifenzellengrabenkonfiguration.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Viele Funktionen von modernen Einrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Ansteuern eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, basieren auf Halbleiterbauelementen. Beispielsweise werden IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet, einschließlich unter anderem Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
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Ein Halbleiterbauelement ist üblicherweise konfiguriert, einen Laststrom entlang eines Laststromwegs zwischen zwei Lastanschlüssen des Bauelements zu leiten. Weiterhin kann der Laststromweg mit Hilfe einer Steuerelektrode gesteuert werden, manchmal als eine Gateelektrode bezeichnet. Beispielsweise kann beim Empfangen eines entsprechenden Steuersignals zum Beispiel von einer Treibereinheit die Steuerelektrode das Halbleiterbauelement in einen leitenden Zustand oder einen blockierenden Zustand versetzen.
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Die Steuerelektrode kann innerhalb eines Grabens vergraben sein, der sich in einen Halbleiterkörper des Halbleiterbauelements erstreckt. Eine derartige Konfiguration wird üblicherweise als Graben-Gate-Konfiguration bezeichnet. Die Gräben können als sogenannte Nadelgräben implementiert sein, die innerhalb eines Zellenfelds des Halbleiterbauelements verteilt sind. Alternativ können die Gräben in einer sogenannten Streifenkonfiguration implementiert sein, wobei solche Streifengräben im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sein können, wobei sich jeder derartige Streifengraben lateral durch im Wesentlichen das ganze aktive Gebiet erstreckt, das an das nichtaktive Gebiet des Halbleiterbauelements angrenzt, das das aktive Gebiet umgeben kann.
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Gelegentlich nimmt ein solcher Streifengraben mehr als nur eine Elektrode auf, zum Beispiel zwei Elektroden, wobei die mehr als eine Elektrode voneinander isoliert sein und ein separates Steuersignal empfangen kann.
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Dazu müssen beide innerhalb des Streifengrabens enthaltenen Elektroden möglicherweise derart kontaktiert werden, dass die separaten Steuersignale an sie geliefert werden können. Beispielsweise wird eine derartige Konfiguration als ein Dual-Poly-Graben-Konzept bezeichnet.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2012 102 533 B3 ist eine integrierte Leistungstransistorschaltung bekannt. Die Schaltung umfasst eine Kontaktstruktur mit einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt. Der erste Abschnitt kontaktiert in einem Zellenfeld dotierte Gebiete von Transistorzellen. Der zweite Abschnitt umfasst einen oder mehrere erste Unterabschnitte, die an den ersten Abschnitt anschließen und sich im Bereich ausgewählter Transistorzellen über das Zellenfeld hinaus erstrecken. Ein zweiter Unterabschnitt schließt an die ersten Unterabschnitte an und bildet eine Tapping-Leitung etwa zur Kontaktierung von Sourcegebieten von Leistungstransistorzellen. Im Bereich des Zellenfeldes liegt auf der Kontaktstruktur eine Elektrodenstruktur auf, die über dem zweiten Abschnitt fehlt. Die Tapping-Leitung kann damit in engem Abstand zur Elektrodenstruktur ausgebildet werden, so dass die aktive Chipfläche durch die Tapping-Leitung nur unwesentlich reduziert wird.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verarbeiten eines Halbleiterbauelements vorgelegt. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Halbleiterkörpers; Ausbilden eines Grabens innerhalb des Halbleiterkörpers, wobei der Graben eine Streifenkonfiguration besitzt und sich lateral innerhalb eines aktiven Gebiets des Halbleiterkörpers erstreckt, das von einem nichtaktiven Gebiet des Halbleiterkörpers umgeben ist; Ausbilden, innerhalb des Grabens, einer ersten Elektrode, und eines ersten Isolators, der die erste Elektrode gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert; Ausführen eines ersten Ätzschritts zum teilweisen Entfernen der ersten Elektrode entlang der gesamten lateralen Erstreckung der ersten Elektrode, so dass der verbleibende Teil der ersten Elektrode eine planare Oberfläche aufweist, wodurch in den Graben eine Mulde erzeugt wird, die lateral durch den ersten Isolator begrenzt ist; Abscheiden eines zweiten Isolators auf der planaren Oberfläche; und Ausbilden einer zweiten Elektrode innerhalb der Mulde des Grabens, wobei der zweite Isolator die zweite Elektrode gegenüber der ersten Elektrode isoliert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein weiteres Verfahren zum Verarbeiten eines Halbleiterbauelements vorgelegt. Das weitere Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Halbleiterbauelements, das Folgendes enthält: einen Halbleiterkörper mit einer Oberfläche; einen Graben, innerhalb des Halbleiterkörpers angeordnet, wobei der Graben eine Streifenkonfiguration besitzt und sich lateral innerhalb eines aktiven Gebiets des Halbleiterkörpers erstreckt, das von einem nichtaktiven Gebiet des Halbleiterkörpers umgeben ist; eine erste Elektrode und einen ersten Isolator, innerhalb des Grabens angeordnet, wobei der erste Isolator die erste Elektrode gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert; und eine zweite Elektrode und einen zweiten Isolator, innerhalb des Grabens angeordnet, wobei der zweite Isolator die zweite Elektrode gegenüber der ersten Elektrode isoliert; wobei sich die erste Elektrode tiefer innerhalb des Grabens erstreckt als die zweite Elektrode und eine Mulde bildet, die jede der zweiten Elektrode und des zweiten Isolators enthält; und an einem ersten lateralen Abschlussbereich zwischen dem aktiven Gebiet und dem nichtaktiven Gebiet, jede der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode sich zur Oberfläche erstrecken, so dass sie sowohl einen gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich als auch einen gemeinsamen vertikalen Erstreckungsbereich aufweisen. Das weitere Verfahren beinhaltet das Ausbilden einer Nute innerhalb des Grabens durch Ätzen, an dem ersten lateralen Abschlussbereich, einer lateralen Extremität der zweiten Elektrode, wobei das Ätzen zu dem zweiten Isolator selektiv ist.
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Der Fachmann erkennt bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der beiliegenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen die Veranschaulichung von Prinzipien der Erfindung betont wird. Zudem bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
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1 schematisch verschiedene Stadien eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens mit Hilfe einer jeweiligen schematischen Darstellung einer Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
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2 schematisch ein weiteres Stadium eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens mit Hilfe einer schematischen Darstellung einer Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
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3 schematisch ein weiteres Stadium eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens mit Hilfe einer schematischen Darstellung einer Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
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4 schematisch ein weiteres Stadium eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens mit Hilfe einer schematischen Darstellung einer Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
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5 schematisch verschiedene Stadien eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens mit Hilfe einer jeweiligen schematischen Darstellung einer Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
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6 schematisch eine Sektion einer horizontalen Projektion eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt werden, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
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In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite”, „Unterseite”, „unter”, „front”, „hinter”, „hinterer”, „vorderer”, „nachfolgender”, „unterer”, „über” usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der Figuren verwendet werden, die beschrieben werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Darstellungszwecken verwendet und ist auf keinerlei Weise beschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel wird anhand einer Erläuterung vorgelegt und ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung gedacht. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erzielen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen enthält. Die Beispiele werden unter Verwendung einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur Veranschaulichungszwecken. Der Klarheit halber sind die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte in den verschiedenen Zeichnungen durch die gleichen Bezüge bezeichnet worden, falls nicht etwas anderes angegeben ist.
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Der Ausdruck „horizontal”, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche des Halbleitersubstrats oder eines Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Die sein. Beispielsweise können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, unten erwähnt, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander verlaufen können.
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Der Ausdruck „vertikal”, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu einer horizontalen Oberfläche angeordnet ist, d. h. parallel zur Normalenrichtung der Oberfläche des Halbleiterwafers. Beispielsweise kann die unten erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine vertikale Richtung sein, die senkrecht sowohl zur ersten lateralen Richtung X als auch zur zweiten lateralen Richtung Y verläuft.
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In dieser Patentschrift wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp” bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp” bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
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Zudem kann sich innerhalb dieser Patentschrift der Ausdruck „Dotierstoffkonzentration” auf eine durchschnittliche Dotierstoffkonzentration bzw. eine mittlere Dotierstoffkonzentration oder auf eine Flächenladungsträgerkonzentration eines spezifischen Halbleitergebiets oder einer Halbleiterzone wie etwa eines Halbleitergebiets innerhalb eines Grabens beziehen. Somit kann zum Beispiel eine Aussage, die besagt, dass ein spezifisches Halbleitergebiet eine gewisse Dotierstoffkonzentration aufweist, die im Vergleich zu einer Dotierstoffkonzentration eines anderen Halbleitergebiets höher oder niedriger ist, anzeigen, dass die jeweiligen mittleren Dotierstoffkonzentrationen der Halbleitergebiete voneinander differieren.
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Im Kontext der vorliegenden Patentschrift sollen die Ausdrücke „in ohmischem Kontakt”, „in elektrischem Kontakt”, „in ohmischer Verbindung” und „elektrisch verbunden” beschreiben, dass es zwischen zwei Gebieten, Sektionen, Zonen, Abschnitten oder Teilen eines Halbleiterbauelements oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder einem Teil eines Halbleiterbauelements eine niederohmische elektrische Verbindung oder einen niederohmischen Stromweg gibt. Weiterhin soll in dem Kontext der vorliegenden Patentschrift der Ausdruck „in Kontakt” beschreiben, dass zwischen zwei Elementen des jeweiligen Halbleiterbauelements eine direkte physische Verbindung vorliegt; zum Beispiel enthält ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
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Außerdem wird im Kontext der vorliegenden Patentschrift der Ausdruck „elektrische Isolation”, falls nicht etwas anderes angegeben ist, im Kontext seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander positioniert sind und dass es keine jene Komponenten verbindende ohmische Verbindung gibt. Komponenten, die elektrisch voneinander isoliert sind, können jedoch dennoch aneinander gekoppelt sein, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt. Als ein Beispiel können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert sein und zur gleichen Zeit mechanisch und kapazitiv aneinander gekoppelt sein, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolation, zum Beispiel einem Dielektrikum.
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In dieser Patentschrift beschriebene spezifische Ausführungsformen betreffen unter anderem ein Leistungshalbleiterbauelement, das eine Streifenzellenkonfiguration aufweist, wie etwa einen Leistungshalbleitertransistor, der innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Stromversorgung verwendet werden kann. Somit ist das Halbleiterbauelement in einer Ausführungsform konfiguriert zum Führen eines Laststroms, der einer Last zugeführt werden soll bzw. und/oder der durch eine Stromquelle geliefert wird. Beispielsweise kann das Halbleiterbauelement eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterstreifenzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Diodenstreifenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorstreifenzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Streifenzelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Streifenzelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gated-Diode(MGD)-Streifenzelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Streifenzelle und/oder Ableitungen davon. Eine derartige Diodenzelle und/oder derartige Transistorzellen können in ein Leistungshalbleitermodul integriert sein. Eine Mehrzahl solcher Streifenzellen kann ein Zellenfeld des Leistungshalbleiterbauelements bilden.
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Der Ausdruck „Leistungshalbleiterbauelement”, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll ein Halbleiterbauelement auf einem einzelnen Chip mit Hochspannungsblockierungs- und/oder Hochstromführungsfähigkeiten beschreiben. Mit anderen Worten ist ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement für einen Strom beabsichtigt, typischerweise im Ampere-Bereich, z. B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannung, typischerweise 15 V, noch typischer 100 V und darüber. Beispielsweise kann das unten beschriebene verarbeitete Halbleiterbauelement ein Halbleiterbauelement sein, das eine Streifenzellenkonfiguration aufweist und ausgelegt ist, um als eine Leistungskomponente in einer Mittelspannungsanwendung verwendet zu werden.
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1 veranschaulicht schematisch verschiedene Stadien eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens 2 mit Hilfe einer jeweiligen Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements 1.
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Im ersten Schritt 20 wird ein Halbleiterkörper 10 bereitgestellt. Der Halbleiterkörper 10 kann sich lateral in der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken und kann sich weiter vertikal entlang einer vertikalen Richtung Z erstrecken, die senkrecht zu jeder der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y verlaufen kann.
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Der Halbleiterkörper 10 kann ein aktives Gebiet 1-1 umfassen, das später zum Leiten des Laststroms verwendet werden soll. Das aktive Gebiet 1-1 kann von einem nichtaktiven Gebiet 1-2 umgeben sein. Beispielsweise kann innerhalb des Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens 2 das aktive Gebiet 1-1 mit einem Streifenzellenfeld ausgebildet werden, das eine Mehrzahl von Zellen aufweist, wie etwa Diodenzellen und/oder Transistorzellen, um für die Lastführungsfähigkeit zu sorgen. Jede Streifenzelle kann ein oder mehrere dotierte Halbleitergebiete aufweisen, wie etwa ein Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp und/oder ein Halbleitergebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, komplementär zum ersten Leitfähigkeitstyp. Solche Halbleitergebiete können zum Beispiel ein Sourcegebiet, ein Körpergebiet, ein Driftgebiet und/oder ein Kompensationsgebiet enthalten. Bei einer Ausführungsform sind die Zellen nicht in dem nichtaktiven Gebiet 1-2 vorgesehen. Jedoch können Mittel zum Kontaktieren von Komponenten der Zellen des aktiven Gebiets 1-1 innerhalb der nichtaktiven Gebiets 1-2 ausgebildet werden, wie unten ausführlicher beschrieben wird.
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Bei einer Ausführungsform kann der Halbleiterkörper 10 eine Oberfläche 10-1 aufweisen, die eine Vorderseite des Halbleiterbauelements 1 bilden kann. Beispielsweise wird die Oberfläche 10-1 den verschiedenen Verarbeitungsschritten des unten beschriebenen Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens 2 unterzogen. Somit versteht sich, dass eine Rückseite des vorgesehenen Halbleiterbauelements 1 möglicherweise bereits verarbeitet worden ist und zum Beispiel eine rückseitige Metallisierung wie etwa einen Drainanschluss umfassen kann. Außerdem sind Teile des Halbleiterkörpers 10 in der Nähe der Rückseite möglicherweise bereits verarbeitet worden, bevor die unten beschriebenen Verarbeitungsschritte ausgeführt werden. Beispielsweise kann der vorgesehene Halbleiterkörper 10 mit einer nicht gezeigten Pufferschicht in Kontakt mit der nicht gezeigten rückseitigen Metallisierung ausgestattet sein, wobei die Pufferschicht eine höhere Dotierstoffkonzentration im Vergleich zum Beispiel zu dem verbleibenden Halbleiterkörper 10 oder Gebieten davon, z. B. einem nicht gezeigten Halbleiterdriftgebiet, aufweisen kann.
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Nachdem der Halbleiterkörper 10 vorgesehen worden ist, kann ein Graben 11 innerhalb von Schritt 21 ausgebildet werden. Der Graben 11 kann sich entlang der vertikalen Richtung Z in den Halbleiterkörper 10 erstrecken und kann eine Streifenkonfiguration aufweisen, die sich lateral entlang der zweiten lateralen Richtung Y innerhalb des aktiven Gebiets 1-1 erstreckt, das von dem nichtaktiven Gebiet 1-2 umgeben ist. Beispielsweise erstreckt sich der Graben 11 innerhalb des ganzen aktiven Gebiets 1-1 durch den Übergang zum nichtaktiven Gebiet 1-2. Beispielsweise ist die gesamte laterale Erstreckung des Grabens 11 entlang der zweiten lateralen Richtung Y ein Mehrfaches der gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 entlang der ersten lateralen Richtung X.
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Im folgenden Schritt 22 können ein erster Isolator 11-3 und eine erste Elektrode 11-1 innerhalb des Grabens 11 ausgebildet werden. Der erste Isolator 11-3 kann derart ausgebildet werden, dass er die erste Elektrode 11-1 gegenüber dem Halbleiterkörper 10 isoliert. Beispielsweise kann das Ausbilden des ersten Isolators 11-3 mit Hilfe eines Oxidationsschritts ausgeführt werden. Der erste Isolator 11-3 kann den ganzen Boden und die ganzen Seitenwände des Grabens 11 bedecken. Die erste Elektrode 11-1 kann ausgebildet werden, nachdem der erste Isolator 11-3 ausgebildet worden ist, und kann zum Beispiel ein Metall und/oder ein sehr hoch dotiertes Halbleitermaterial wie etwa Polysilizium umfassen.
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Wie in 1 dargestellt, kann sich die erste Elektrode 11-1 durch die ganze laterale Erstreckung des Grabens 11 erstrecken, wobei bei diesem Verarbeitungsstadium die gesamte laterale Erstreckung des Grabens 11 durch die Distanz zwischen den beiden Grabenseitenwänden definiert werden kann, die durch den ersten Isolator 11-3 ausgebildet werden. Somit kann das Ausbilden der ersten Elektrode 11-1 entlang der gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 erfolgen. Dazu kann das Ausbilden der ersten Elektrode 11-1 ohne Verwendung einer lithographischen Maske bezüglich der gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 erfolgen. Beispielsweise ist die erste Elektrode 11-1 nicht entlang der gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 in der zweiten lateralen Richtung Y strukturiert.
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In einem nächsten Schritt 23 kann der erste Ätzschritt zum teilweisen Entfernen der ersten Elektrode 11-1 entlang der gesamten lateralen Erstreckung der ersten Elektrode 11-1 derart ausgeführt werden, dass der verbleibende Teil der ersten Elektrode 11-1 eine im Wesentlichen planare Oberfläche 11-11 aufweist. Dadurch kann eine Mulde 11-41 innerhalb des Grabens 11 erzeugt werden, die lateral durch den ersten Isolator 11-3 beschränkt ist. Der erste Ätzschritt kann selektiv zum ersten Isolator 11-3 sein; mit anderen Worten wird/werden in einer Ausführungsform der erste Isolator 11-3 oder Teile davon während des ersten Ätzschritts nicht entfernt.
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Weiterhin kann der erste Ätzschritt auch ohne Verwendung einer lithographischen Maske bezüglich der anwendbaren gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 erfolgen. Somit bewirkt in einer Ausführungsform auch der erste Ätzschritt keine Strukturierung der ersten Elektrode 11-1 entlang der gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 in der zweiten lateralen Richtung Y.
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Nach dem ersten Ätzschritt kann ein zweiter Isolator 11-4 auf der planaren Oberfläche 11-11 abgeschieden werden (Schritt 24). Beispielsweise wird das Abscheiden des zweiten Isolators 11-4 entlang der gesamten lateralen Erstreckung der ersten Elektrode 11-1 in der zweiten lateralen Richtung Y innerhalb des Grabens 11 ausgeführt. Somit kann auch das Abscheiden des zweiten Isolators 11-4 ohne Verwendung einer lithographischen Maske bezüglich der anwendbaren gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 entlang der zweiten lateralen Richtung Y erfolgen. Dadurch kann der gesamte Boden der Mulde 11-41 mit dem zweiten Isolator 11-3 gleichmäßig bedeckt werden. Mit anderen Worten wird während Schritt 24 die gesamte erste Elektrode 11-1 unter dem zweiten Isolator 11-4 vergraben.
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Bei einer Ausführungsform erfolgt das Abscheiden des zweiten Isolators 11-4 auf der planaren Oberfläche 11-11 möglicherweise nur entlang der vertikalen Richtung Z, die senkrecht zur planaren Oberfläche 11-11 verlaufen kann. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Seitenwände des Grabens 11 (der im Wesentlichen parallel zur vertikalen Richtung Z verlaufen kann) nicht der Abscheidung gegenüber exponiert werden, das heißt, sie werden nicht von einer zusätzlichen Isolierschicht bedeckt. Beispielsweise kann dazu das Abscheiden des zweiten Isolators 11-4 das Ausführen einer Abscheidung mit hochdichtem Plasma (HDP) beinhalten. Dennoch veranschaulicht 1 schematisch die Anwesenheit des zweiten Isolators 11-4 sogar an den Seitenwänden des Grabens. Angesichts des oben Gesagten versteht sich jedoch, dass die Dicke des zweiten Isolators 11-4 an den Grabenseitenwänden gemäß einer Ausführungsform möglicherweise im Wesentlichen 0 beträgt und somit vernachlässigbar ist.
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Danach kann eine zweite Elektrode 11-2 innerhalb der Mulde 11-41 des Grabens 11 ausgebildet werden, zum Beispiel auf dem zweiten Isolator 11-4 (Schritt 25). Der zweite Isolator 11-4 kann sicherstellen, dass die erste Elektrode 11-1 gegenüber der zweiten Elektrode 11-2 isoliert ist. Beispielsweise erfolgt das Ausbilden der zweiten Elektrode 11-2 direkt nach dem Abscheiden des zweiten Isolators 11-4, zum Beispiel ohne Ausführen einer separaten Oxidation zwischen den Schritten 24 und 25. Somit kann das Ausbilden der zweiten Elektrode 11-2 innerhalb der Mulde 11-41 derart ausgeführt werden, dass der ganze zweite Isolator 11-4 innerhalb der Mulde 11-41 unter der zweiten Elektrode 11-2 vergraben ist.
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Somit kann die zweite Elektrode 11-2 ausgebildet werden, nachdem der zweite Isolator 11-4 ausgebildet worden ist, und kann zum Beispiel ein Metall und/oder ein sehr stark dotiertes Halbleitermaterial wie etwa Polysilizium umfassen.
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Wie oben beschrieben können einer oder mehrere oder sogar jeder der Schritte 22, 23, 24 und 25 bezüglich der gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11 entlang der zweiten lateralen Richtung Y, die während des jeweiligen Verarbeitungsschritts anwendbar ist, global ausgeführt werden. Beispielsweise ist keiner des ersten Isolators 11-3, der ersten Elektrode 11-1, des zweiten Isolators 11-4 und der zweiten Elektrode 11-2 innerhalb des Grabens 11 strukturiert, weist aber einen im Wesentlichen planaren Abschluss in der vertikalen Richtung Z auf. Dementsprechend kann die Verwendung einer entsprechenden lithographischen Maske während der Verarbeitungsschritte vermieden werden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens 2 werden eine Sektion der der zweiten Elektrode 11-2 und eine Sektion des zweiten Isolators 11-4 entfernt, um einen Teil der ersten Elektrode 11-1 während des in 2 schematisch dargestellten Schritts 26 zu exprimieren. Dadurch kann eine erste Kontaktnute 12 zum Kontaktieren der ersten Elektrode 11-1 hergestellt werden, wobei die erste Kontaktnute 12 durch jedes der zweiten Elektrode 11-2 und des zweiten Isolators 11-4 auf der einen Seite und mindestens einen des ersten Isolators 11-3 und des zweiten Isolators 11-4 auf der anderen Seite lateral begrenzt ist. Je nach der Art und Weise des Abscheidens des zweiten Isolators innerhalb Schritt 24 kann die erste Kontaktnute 12 auch nur durch den ersten Isolator 11-3 auf der anderen Seite (in 2 der linken Seite) lateral begrenzt sein, falls zum Beispiel die HDP-Abscheidung nur entlang der vertikalen Richtung Z angewendet wird.
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Das Entfernen der Sektion der zweiten Elektrode 11-2 und der Sektion des zweiten Isolators 11-4, um den unter den Sektionen angeordneten Teil der ersten Elektrode 11-1 zu exponieren, kann das Ausführen eines lithographischen Verarbeitungsschritts beinhalten. Somit erfolgt das Herstellen der Kontaktnute 12 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen nicht entlang der ganzen gesamten lateralen Erstreckung des Grabens 11. Die erste Kontaktnute 12 kann hergestellt werden, um die Möglichkeit vorzusehen, die erste Elektrode 11-1 elektrisch zu kontaktieren, die zuvor völlig unter dem zweiten Isolator 11-4 und der zweiten Elektrode 11-2 vergraben war, z. B. mit Hilfe eines Plug oder dergleichen, was nun ausführlicher erörtert werden wird.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens 2 wird ein in 3 schematisch dargestellter weiterer Schritt 27 ausgeführt, während dem eine erste Kontaktstruktur 13 und eine erste Isolationsstruktur 14 bereitgestellt werden, die sich beide in die erste Kontaktnute 12 erstrecken, wobei die erste Kontaktstruktur 13 die erste Elektrode 11-1 elektrisch kontaktiert und mit Hilfe der ersten Isolationsstruktur 14 elektrisch gegenüber der zweiten Elektrode 11-2 isoliert ist.
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Weiterhin kann die erste Kontaktstruktur 13 derart vorgesehen sein, dass sie sich aus dem Graben 11 in das nichtaktive Gebiet 1-2 des Halbleiterkörpers 10 erstreckt und konfiguriert ist zum Empfangen eines ersten Steuersignals von außerhalb des Halbleiterkörpers 10. Um ein Beispiel zu geben: Die erste Kontaktstruktur 13 kann sich über die Oberfläche 10-1 des Halbleiterkörpers 10 erstrecken und kann einen ersten Kontaktrunner umfassen, der innerhalb des nichtaktiven Gebiets 1-2 angeordnet ist, wie bezüglich 6 ausführlicher erläutert werden wird.
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Bei einem Beispiel weist der im Verarbeitungsschritt 21 ausgebildete Graben 11 ein erstes laterales Ende 11-11 auf, das durch eine Seitenwand des Grabens 11 gebildet werden kann, wobei das erste laterale Ende 11-11 einen ersten lateralen Abschlussbereich 1-12 zwischen dem aktiven Gebiet 1-1 und dem nichtaktiven Gebiet 1-2 definiert, wie in 3 schematisch dargestellt. Beispielsweise ist die erste Kontaktnute 12 an dem ersten lateralen Abschlussbereich 1-12 ausgebildet.
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Weiterhin kann der im Verarbeitungsschritt 21 ausgebildete Graben 11 ein zweites laterales Ende 11-22 aufweisen, das durch die andere eine der Seitenwände des Grabens 11 gebildet werden kann, wobei das zweite laterale Ende 11-22 einen zweiten lateralen Abschlussbereich 1-21 zwischen dem aktiven Gebiet 1-1 und dem nichtaktiven Gebiet 1-2 definiert, wie in 4 schematisch dargestellt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren 2 das Bereitstellen, im Schritt 28, einer zweiten Kontaktstruktur 15, die die zweite Elektrode 11-2 elektrisch kontaktiert und sich aus dem Graben 11 in das nichtaktive Gebiet 1-2 des Halbleiterkörpers 10 erstreckt und konfiguriert ist zum Empfangen eines zweiten Steuersignals von außerhalb des Halbleiterkörpers 10. Das zweite Steuersignal kann von dem ersten Steuersignal verschieden sein.
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Beispielsweise kann die erste Elektrode 11-1, die das erste Steuersignal empfangen kann, eine Kompensationselektrode des Halbleiterbauelements 1 bilden. Dazu kann die erste Kontaktstruktur 13 elektrisch mit einem nicht gezeigten ersten Lastanschluss des Halbleiterbauelements 1, zum Beispiel einem Sourceanschluss des Halbleiterbauelements 1, verbunden werden. Somit kann in einer Ausführungsform die erste Elektrode 11-1 konfiguriert sein zum Empfangen eines Sourcepotentials mit Hilfe der ersten Kontaktstruktur 13.
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Weiterhin kann die zweite Elektrode 11-2, die das zweite Steuersignal empfangen kann, eine Steuerelektrode des Halbleiterbauelements 1 bilden, z. B. eine Gateelektrode, die konfiguriert sein kann zum Steuern des in der Einführung oben erwähnten Laststromwegs. Eine derartige Steuerung des Laststromwegs kann z. B. mit Hilfe des Induzierens eines Inversionskanals innerhalb des Halbleiterkörpergebiets auftreten, der innerhalb des Halbleiterkörpers 10 vorliegen kann. Somit kann die zweite Elektrode 11-2 konfiguriert sein zum Versetzen des Halbleiterbauelements 1 in einen leitenden Zustand oder einen blockierenden Zustand.
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Es versteht sich jedoch, dass die vorliegenden Ausführungsformen nicht auf diese beispielhafte Konfiguration beschränkt sind. Beispielsweise empfangen bei anderen Ausführungsformen jede der ersten Elektrode 11-1 und der zweiten Elektrode 11-2 das selbe Steuersignal oder jeweils von einem Gatesteuersignal oder einem Sourcepotential verschiedene Steuersignale.
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Das Ausführen eines oder mehrerer der Beispiele des Verfahrens 2, die oben beschrieben werden, kann das Implementieren eines Chiplayout gestatten, wie schematisch in 6 dargestellt, was nun ausführlicher erörtert wird.
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6 veranschaulicht schematisch eine Sektion einer horizontalen Projektion eines Halbleiterbauelements 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die horizontale Projektion kann parallel zu jeder der ersten lateralen Richtung X und der zweiten lateralen Richtung Y und senkrecht zur vertikalen Richtung Z verlaufen. 6 zeigt verschiedene Tiefengrößen und nicht einen strengen horizontalen Querschnitt des Halbleiterbauelements 1.
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Beispielsweise wurde das in 6 gezeigte Halbleiterbauelement 1 gemäß einer oder mehreren der Ausführungsformen des oben beschriebenen Verfahrens 2 verarbeitet. Das Halbleiterbauelement 1 enthält mehrere Gräben 11 in einer Streifenkonfiguration und die voneinander mit Hilfe jeweiliger Sektionen des Halbleiterkörpers 10 beabstandet sind. Jeder der Gräben 11 enthält eine jeweilige erste Elektrode 11-1 und eine jeweilige zweite Elektrode 11-2.
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Wie dargestellt, kann die erste Kontaktstruktur 13 eine elektrische Verbindung zu der ersten Steuerelektrode 11-1 in dem ersten lateralen Abschlussbereich 1-12 herstellen. Dazu kann die erste Kontaktstruktur 13 einen oder mehrere erste Kontaktrunner umfassen, die zum Beispiel im Wesentlichen senkrecht zu den gesamten lateralen Erstreckungen der Gräben 11 entlang der zweiten lateralen Richtung Y angeordnet sind.
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Bei dem anderen lateralen Abschlussbereich, das heißt dem zweiten lateralen Abschlussbereich 1-21, kann die zweite Kontaktstruktur 15 eine elektrische Verbindung zu der zweiten Elektrode 11-2 herstellen. Dazu kann auch die zweite Kontaktstruktur 15 einen oder mehrere zweite Kontaktrunner umfassen, die zum Beispiel senkrecht zu den gesamten lateralen Erstreckungen der Gräben 11 entlang der zweiten lateralen Richtung Y angeordnet sind.
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5 veranschaulicht schematisch verschiedene Stadien eines Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahrens 4 mit Hilfe einer jeweiligen schematischen Darstellung einer Sektion eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements 3 gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen. Bei einer Ausführungsform kann auch das Ausführen von Verfahren 4 das Implementieren eines Chiplayout gestatten, wie schematisch in der oben erörterten 6 dargestellt ist.
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In einem ersten Schritt 40 wird ein Halbleiterbauelement 3 bereitgestellt. Das Halbleiterbauelement 3 enthält einen Halbleiterkörper 30 mit einer Oberfläche 30-1. Was oben bezüglich des Halbleiterkörpers 10 des Halbleiterbauelements 1 festgestellt worden ist, kann gleichermaßen für den Halbleiter 30 des Halbleiterbauelements 3 gelten, falls nicht etwas anderes festgestellt ist.
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Ein Graben 31 wird innerhalb des vorgesehenen Halbleiterkörpers 30 angeordnet, wobei der Graben 31 eine Streifenkonfiguration besitzt und sich lateral innerhalb eines aktiven Gebiets 3-1 des Halbleiterkörpers 30 erstreckt, das von einem nichtaktiven Gebiet 3-2 des Halbleiterkörpers 30 umgeben ist. Wiederum kann das, was oben bezüglich des aktiven Bereichs 1-1 und des nichtaktiven Bereichs 1-2 des Halbleiterkörpers 10 festgestellt worden ist, gleichermaßen für die jeweiligen Gebiete des Halbleiterkörpers 30 gelten.
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Eine erste Elektrode 31-1 und ein erster Isolator 31-3 sind innerhalb des Grabens 31 angeordnet, wobei der erste Isolator 31-3 die erste Elektrode 31-1 gegenüber dem Halbleiterkörper 30 isoliert.
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Weiterhin sind eine zweite Elektrode 31-2 und ein zweiter Isolator 31-4 innerhalb des Grabens 31 angeordnet, wobei der zweite Isolator 31-4 die zweite Elektrode 31-2 gegenüber der ersten Elektrode 31-1 isoliert.
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Die erste Elektrode 31-1 erstreckt sich tiefer innerhalb des Grabens 31 als die zweite Elektrode 31-2 und bildet eine Mulde 31-21, die jede der zweiten Elektrode 31-2 und des zweiten Isolators 31-4 enthält.
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Beispielsweise kann die erste Elektrode 31-1 eine Kompensationselektrode bilden, und die zweite Elektrode 31-2 kann eine Steuerelektrode, zum Beispiel eine Gateelektrode, des Halbleiterbauelements 3 bilden.
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Bei einem ersten lateralen Abschlussbereich 3-12 zwischen dem aktiven Gebiet 3-1 und dem nichtaktiven Gebiet 3-2 erstrecken sich jede der ersten Elektrode 31-1 und der zweiten Elektrode 31-2 derart zur Oberfläche 30-1, dass sie sowohl einen gemeinsamen lateralen Erstreckungsbereich als auch einen gemeinsamen vertikalen Erstreckungsbereich aufweisen.
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Das Herstellen der Struktur des Halbleiterbauelements 3, wie oben bezüglich des in 5 dargestellten Verfahrensschritts 40 erläutert, ist eine bekannte Maßnahme für den Fachmann und soll deshalb innerhalb dieser Patentschrift nicht ausführlicher erläutert werden.
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In einem nächsten Schritt 41 wird innerhalb des Grabens 31 durch Ätzen einer lateralen Extremität 31-22 der zweiten Elektrode 31-2 am ersten lateralen Abschlussbereich 3-12, eine Nute 31-5 ausgebildet, wobei das Ätzen selektiv zum zweiten Isolator 31-4 sein kann. Somit werden während des Schritts 41 der zweite Isolator 31-4 oder Teile davon gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen nicht entfernt. Das Ausbilden der Nute 31-5 kann das Ausführen eines lithographischen Verarbeitungsschritts beinhalten.
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Die Dicke des zwischen der ersten Elektrode 31-1 und der zweiten Elektrode 31-2 angeordneten zweiten Isolators 31-4 kann entlang einer lateralen Richtung Y variieren und kann ein Minimum bei der lateralen Extremität 31-22 der zweiten Elektrode 31-2 vor dem Ausführen des Ätzens innerhalb des Schritts 41 aufweisen. Somit kann bei dem ersten lateralen Abschlussbereich 3-12 aufgrund der „hochgezogenen” Elektroden 31-1 und 31-2 die Isolation zwischen den Elektroden 31-1 und 31-2 vor dem Ausbilden der Nute 31-5 in Schritt 41 vergleichsweise schlecht sein.
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Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren 4 das Füllen der Nute 31-5 mit einem dritten Isolator (nicht dargestellt). Dadurch kann die effektive Isolationsdicke zwischen der ersten Elektrode 31-1 und der zweiten Elektrode 31-2 bei dem ersten lateralen Abschlussbereich 3-12 vergrößert werden.
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Das Füllen der Nute 31-5 mit dem dritten Isolator kann zum Beispiel eines der Folgenden umfassen: eine HPD-Abscheidung, eine Tetraethylorthosilicat(TEOS)-Abscheidung, eine Abscheidung von undotiertem Siliziumglas (USG), eine Bor-Phosphor-Silicatglas(PBSG)-Abscheidung oder dergleichen.
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Aus dem Obengesagten wird ersichtlich, dass ebenfalls gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen des Verfahrens 4 ein Chiplayout implementiert werden kann, wie schematisch in 6 dargestellt. Somit kann eine sich in das nichtaktive Gebiet 3-2 erstreckende erste Kontaktstruktur (siehe Bezugszeichen 13 in 6) vorgesehen werden zum Kontaktieren der ersten Elektrode 31-1 am ersten lateralen Abschlussbereich 3-12, und eine zweite Kontaktstruktur (siehe Bezugszeichen 15 in 6) kann an dem anderen lateralen Abschlussbereich (in 5 nicht gezeigt) zum Kontaktieren der zweiten Elektrode 31-2 vorgesehen werden.
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Oben wurden Halbleiterbauelement-Verarbeitungsverfahren betreffende Ausführungsformen erläutert. Beispielsweise basieren diese Halbleiterbauelemente auf Silizium (Si). Dementsprechend kann ein monokristallines Halbleitergebiet oder eine monokristalline Halbleiterschicht, zum Beispiel das Halbleitergebiet 10 von Ausführungsbeispielen, ein monokristallines Si-Gebiet oder eine monokristalline Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silizium verwendet werden.
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Es versteht sich jedoch, dass das Halbleitergebiet 10 oder Teile davon aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt werden können, das sich zum Herstellen eines Halbleiterbauelements eignet. Zu Beispielen für solche Materialien zählen unter anderem elementare Halbleitermaterialien wie etwa Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbundhalbleitermaterialien wie etwa Siliziumcarbid (SiC) oder Siliziumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) und binäre und ternäre II-VI-Halbleitermaterialien wie etwa Kadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilberkadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die oben erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als ”Homoübergangshalbleitermaterialien” bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial ausgebildet. Zu Beispielen für Heteroübergangshalbleitermaterialien zählen unter anderem Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silizium-Siliziumcarbid (SixC1-x) und Silizium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleiterbauelementanwendungen werden gegenwärtig hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
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Räumlich relative Ausdrücke wie etwa ”unter”, ”darunter”, ”unterer”, ”über”, ”oberer” und dergleichen werden zur Erleichterung der Beschreibung verwendet, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Ausdrücke sollen verschiedene Orientierungen des jeweiligen Bauelements zusätzlich zu anderen Orientierungen als den in den Figuren dargestellten umfassen. Weiterhin werden Ausdrücke wie etwa ”erster”, ”zweiter” und dergleichen ebenfalls verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen und Sektionen usw. zu beschreiben, und sie sollen nicht beschränkend sein. In der Beschreibung beziehen sich gleiche Ausdrücke auf gleiche Elemente.
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Wie hierin verwendet, sind die Ausdrücke ”mit”, ”enthaltend”, ”einschließlich”, ”umfassend”, ”aufweisend” und dergleichen offene Ausdrücke, die die Anwesenheit erwähnter Elemente oder Merkmale anzeigen, zusätzliche Elemente oder Merkmale jedoch nicht ausschließen. Die Artikel ”ein/eine/einer” und ”der/die/das” sollen den Plural sowie den Singular beinhalten, sofern der Kontext nicht klar etwas anderes angibt.
