DE102016106346B4 - Feldplattengraben-Halbleitervorrichtung mit planarem Gate - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (1), die einen ersten Lastkontakt (11), einen zweiten Lastkontakt (13) und eine Halbleiterregion (12) umfasst, die dafür konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt (11) und dem zweiten Lastkontakt (13) mindestens in Vorwärtsrichtung zu leiten, wobei die Halbleiterregion (12) Folgendes enthält:
- eine erste Halbleiterkontaktzone (121), die eine Halbleiter-Body-Region (121-1) und eine Halbleiter-Source-Region (121-3) umfasst, wobei die Halbleiter-Source-Region (121-3) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden ist und mit der Halbleiter-Body-Region (121-1) in Kontakt steht;
- eine zweite Halbleiterkontaktzone (123), die elektrisch mit dem zweiten Lastkontakt (13) verbunden ist;
- eine Halbleiterdriftzone (122), die die erste Halbleiterkontaktzone (121) mit der zweiten Halbleiterkontaktzone (123) koppelt, wobei die Halbleiter-Body-Region (121-1) die Halbleiter-Source-Region (121-3) von der Halbleiterdriftzone (122) isoliert; wobei die Halbleitervorrichtung (1) des Weiteren in einem vertikalen Querschnitt Folgendes umfasst:
- mindestens zwei Gräben (14a, 14b), die sich in die Halbleiterregion (12) entlang einer Erstreckungsrichtung (Z) erstrecken, die von der ersten Halbleiterkontaktzone (121) zu der zweiten Halbleiterkontaktzone (123) weist, wobei jeder Graben eine Grabenelektrode (141a, 141b) und einen Isolator (142a, 142b) umfasst, der die jeweilige Grabenelektrode (141a, 141b) von der Halbleiterregion (12) isoliert, wobei die Halbleiterregion (12) eine Mesazone (124) umfasst, die zwischen den mindestens zwei Gräben (14a, 14b) angeordnet ist, wobei die Mesazone (124) die erste Halbleiterkontaktzone (121) enthält; wobei die Halbleitervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, einen Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung herzustellen, wobei der Laststrompfad, in einem vertikalen Querschnitt der Mesazone (124), nur einen einzelnen Inversionskanal umfasst, wobei der einzelne Inversionskanal in der Halbleiter-Body-Region (121-1) enthalten ist;
wobei die Halbleitervorrichtung (1) des Weiteren eine Steuerelektrode (15, 15a-15o) umfasst, die über der ersten Halbleiterkontaktzone (121) angeordnet ist, wobei die Halbleitervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, den Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial der Steuerelektrode (15, 15a-15o) und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts (11) herzustellen;
und wobei die Halbleitervorrichtung (1) des Weiteren eine Source-Elektrode (10) umfasst, die über der Mesazone (124) und separat von der Steuerelektrode (15, 15a-15o) angeordnet ist, wobei die Source-Elektrode (10) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden und von der Steuerelektrode (15, 15a-15o) isoliert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Spezifikation betrifft Ausführungsformen von Halbleitervorrichtungen. Insbesondere betrifft diese Spezifikation Ausführungsformen einer Feldplattengraben-Halbleitervorrichtung mit einem planaren Gate. Zum Beispiel kann eine solche Halbleitervorrichtung eine MOSFET-Struktur und eine IGBT-Struktur aufweisen.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in automobilen, Verbraucher- und industriellen Anwendungen, wie zum Beispiel das Umwandeln von elektrischer Energie und das Ansteuern eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, basieren auf Halbleitervorrichtungen. Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isolierter Steuerelektrode (IGBTs), Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden für verschiedene Anwendungen verwendet worden, wie zum Beispiel als Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
  • Solche Stromversorgungen bzw. Leistungswandler müssen gewöhnlich einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Zu diesem Zweck sind Halbleitervorrichtungen vorgeschlagen worden, die eine sogenannte Kompensationsstruktur aufweisen, wobei beispielsweise die Kompensationsstruktur mittels einer sogenannten vertikalen Feldplatte realisiert werden kann, die innerhalb eines Grabens angeordnet ist. Eine solche Kompensationsstruktur kann zu einer Verringerung des Ein-Zustandswiderstands der Halbleitervorrichtung führen. Um den Betrag der Gate-Ladung und/oder den Betrag der Miller-Ladung weiter zu reduzieren, ist vorgeschlagen worden, eine planare Gate-Struktur zu verwenden, die im Wesentlichen senkrecht zu der vertikalen Feldplatte ausgerichtet ist.
  • Die DE 10 2004 045 944 A1 beschreibt einen Ein MOS-Feldeffekttransistor mit einem Halbleiterkörper, in dem mehrere Gräben vorgesehen sind. Die Gräben sind als Verlängerungen von Kontaktlöchern zur Kontaktierung von Source- und Bodygebieten ausgestaltet. Innerhalb der Gräben sind Hilfselektroden vorgesehen, die mit einer auf dem Halbleiterkörper vorgesehenen Elektrode elektrisch verbunden sind.
  • Die DE 102 97 349 T5 offenbart eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleitersubstrat, einer ersten Zone einer ersten Leitfähigkeitsart im Halbleitersubstrat, einer zweiten Zone einer zweiten Leitfähigkeitsart im Halbleitersubstrat und mehreren Ladungssteuerungselektroden. Jede Ladungssteuerungselektrode in einer Vielzahl der Ladungssteuerungselektroden ist ausgebildet, anders als die anderen Ladungssteuerungselektroden in der Vielzahl der Ladungselektroden vorgespannt zu werden. Ein dielektrisches Material ist um jede der gestapelten Ladungssteuerungselektroden herum angeordnet.
  • Ein aus der DE 103 39 455 B3 bekanntes vertikales Halbleiterbauelement weist folgende Merkmale auf: Einen Halbleiterkörper mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite; eine in einem im Bereich zwischen der ersten und zweiten Seite angeordnete, zur Aufnahme einer Sperrspannung ausgebildete Driftzone eines ersten Leitungstyps; und eine in der Driftzone angeordnete Feldelektrodenanordnung mit wenigstens einer isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper angeordneten elektrisch leitenden Feldelektrode. Dabei variiert ein elektrisches Potential der Feldelektrode in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers wenigstens bei Anlegen einer Sperrspannung.
  • Eine vertikale Halbleitervorrichtung gemäß der US 2013 / 0 264 637 A1 umfasst mehrere Gräben, die jeweils eine Gate-Elektrode enthalten. Zwischen einer Source-Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und einem Graben ist dabei eine hochdotierte Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps ausgebildet. Graben, Source-Schicht und hochdotierte Schicht des zweiten Leifähigkeitstyps sind sich wiederholend in dieser Reihenfolge angeordnet, derart, dass eine Seite eines Grabens jeweils zu einer Source-Schicht und die andere Seite des Grabens zu einer hochdotierten Schicht weist.
  • Die US 2010 / 0 117 145 A1 beschreibt eine Leistungshalbleitervorrichtung mit Graben-Gates, die von Body-Gebieten eines zweiten Leitfähigkeitstyps umgeben sind, welche wiederum Source-Gebiete eines ersten Leitfähigkeitstyps umgeben. Die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst ferner eine Grabenkontaktstruktur mit einer Vielzahl von Grabenkontakten, die die Body-Gebiete, die Source-Gebiete bzw. die Gate-Elektroden kontaktieren. Es ist ferner eine Randabschlussstruktur vorgesehen, in welcher eine Vielzahl von Graben-Gate-Kontakten mit Source-Body-Kontakten elektrisch verbunden sind.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Halbleitervorrichtung vorgestellt. Die Halbleitervorrichtung umfasst einen ersten Lastkontakt, einen zweiten Lastkontakt und eine Halbleiterregion, die dafür konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt und dem zweiten Lastkontakt mindestens in Vorwärtsrichtung zu leiten. Die Halbleiterregion enthält: eine erste Halbleiterkontaktzone, die eine Halbleiter-Body-Region und eine Halbleiter-Source-Region umfasst, wobei die Halbleiter-Source-Region elektrisch mit dem ersten Lastkontakt verbunden ist und mit der Halbleiter-Body-Region in Kontakt steht; eine zweite Halbleiterkontaktzone, die elektrisch mit dem zweiten Lastkontakt verbunden ist; eine Halbleiterdriftzone, die die erste Halbleiterkontaktzone mit der zweiten Halbleiterkontaktzone koppelt, wobei die Halbleiter-Body-Region die Halbleiter-Source-Region von der Halbleiterdriftzone isoliert. Die Halbleitervorrichtung umfasst des Weiteren, in einem vertikalen Querschnitt, mindestens zwei Gräben, die sich in die Halbleiterregion entlang einer Erstreckungsrichtung erstrecken, die von der ersten Halbleiterkontaktzone zu der zweiten Halbleiterzone weist, wobei jeder Graben eine Grabenelektrode und einen Isolator umfasst, der die jeweilige Grabenelektrode von der Halbleiterregion isoliert, wobei die Halbleiterregion eine Mesazone umfasst, die zwischen den mindestens zwei Gräben angeordnet ist, wobei die Mesazone die erste Halbleiterkontaktzone enthält. Die Halbleitervorrichtung ist dafür konfiguriert, einen Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung herzustellen, wobei der Laststrompfad, in einem vertikalen Querschnitt der Mesazone, nur einen einzelnen Inversionskanal umfasst, wobei der einzelne Inversionskanal in der Halbleiter-Body-Region enthalten ist. Des Weiteren umfasst die Halbleitervorrichtung eine Steuerelektrode, die über der ersten Halbleiterkontaktzone angeordnet ist, wobei die Halbleitervorrichtung dafür konfiguriert ist, den Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial der Steuerelektrode und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts herzustellen. Des Weiteren umfasst die Halbleitervorrichtung eine Source-Elektrode, die über der Mesazone und separat von der Steuerelektrode angeordnet ist, wobei die Source-Elektrode elektrisch mit dem ersten Lastkontakt verbunden und von der Steuerelektrode isoliert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung ferner: eine Oberflächenregion, die über der Halbleiterregion angeordnet ist und mit der Halbleiterregion gekoppelt ist, wobei die Steuerelektrode innerhalb der Oberflächenregion angeordnet ist; mindestens einen Verbindungsgraben, der sich in der Halbleiterregion entlang der Erstreckungsrichtung erstreckt, wobei der mindestens eine Verbindungsgraben eine Verbindungselektrode enthält; eine Kontaktinsel, die innerhalb der Oberflächenregion angeordnet ist; eine Kontaktschiene, die innerhalb der Oberflächenregion angeordnet ist und separat von sowohl der Kontaktinsel als auch von der Steuerelektrode angeordnet ist, wobei die Kontaktinsel, die Kontaktschiene und die Steuerelektrode elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei entweder sowohl die Kontaktinsel als auch die Kontaktschiene oder sowohl die Kontaktschiene als auch die mindestens eine Steuerelektrode elektrisch mit der Verbindungselektrode des mindestens einen Verbindungsgrabens verbunden sind.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halbleitervorrichtung ferner: eine Oberflächenregion, die über der Halbleiterregion angeordnet ist und mit der Halbleiterregion gekoppelt ist, wobei die Steuerelektrode, die dafür konfiguriert ist, den Laststrom zu steuern, innerhalb der Oberflächenregion angeordnet ist; eine Verbindungsschicht, wobei die Verbindungsschicht innerhalb der Oberflächenregion angeordnet ist; eine Kontaktinsel, die innerhalb der Oberflächenregion und über der Verbindungsschicht angeordnet ist; eine Kontaktschiene, die innerhalb der Oberflächenregion und über der Verbindungsschicht angeordnet ist, wobei die Kontaktschiene separat von der Kontaktinsel angeordnet ist und elektrisch mit der Steuerelektrode gekoppelt ist; mindestens einen ersten Kontaktstecker, wobei sich der mindestens eine erste Kontaktstecker entlang der Erstreckungsrichtung erstreckt und die Kontaktinsel elektrisch mit der Verbindungsschicht verbindet; mindestens einen zweiten Kontaktstecker, wobei sich der mindestens eine zweite Kontaktstecker entlang der Erstreckungsrichtung erstreckt und die Kontaktschiene elektrisch mit der Verbindungsschicht verbindet.
  • Der Fachmann erkennt weitere Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; vielmehr wird auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung Wert gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen entsprechende Teile. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
    • 1A veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 1B veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung mit einer mehrteiligen Grabenelektrode gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2A veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2B veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung mit einer Stromspreizungsregion gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2C veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung mit einem Graben mit einer inneren Region aus einem nichtleitenden Material gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung mit einer planaren Source-Elektrode gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung mit einer dritten Halbleiterkontaktzone gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Halbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Halbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 7 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil des vorliegenden Textes bilden und in denen zur Veranschaulichung konkrete Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht können Richtungsbezeichnungen, wie zum Beispiel „Oberseite“, „Unterseite“, „unter“, „vor“, „hinter“, „Rückseite“, „Vorder-“, „Hinter-“ usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet werden. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Ausrichtungen positioniert sein können, werden die Richtungsbezeichnungen zum Zweck der Veranschaulichung verwendet und sind in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen verwendet werden können und dass strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist darum nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die beiliegenden Ansprüche definiert.
  • Wir wenden uns nun ausführlich verschiedenen Ausführungsformen zu, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel dient lediglich der Erläuterung und soll die Erfindung nicht einschränken. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, in - oder in Verbindung mit - anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifizierungen und Variationen enthält. Die Beispiele werden unter Verwendung bestimmter Formulierungen beschrieben, die nicht so verstanden werden dürfen, als würden sie den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche einschränken. Die Zeichnungen sind nicht nach Maßstab angefertigt und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Zur besseren Klarheit wurden - wenn nicht anders angegeben - die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte in den verschiedenen Zeichnungen mit den gleichen Bezugszahlen versehen.
  • Der Begriff „horizontal“ im Sinne dieser Spezifikation soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterregion verläuft. Dies kann zum Beispiel die Oberfläche eines Wafers oder eines Dies sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale Richtung Y als auch die zweite laterale Richtung X, wie unten erwähnt, horizontale Richtungen sein, wobei die erste laterale Richtung Y als auch die zweite laterale Richtung X senkrecht zueinander.
  • Der Begriff „vertikal“ im Sinne dieser Spezifikation soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche verläuft, d. h. parallel zur normalen Richtung der Oberfläche des Halbleitersubstrats oder der Halbleiterregion. Zum Beispiel kann die unten erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine vertikale Richtung sein, die senkrecht sowohl zur ersten lateralen Richtung Y als auch zur zweiten lateralen Richtung X verläuft.
  • In dieser Spezifikation 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 sein kann und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann. Des Weiteren kann sich in dieser Spezifikation der Begriff „Dotierungskonzentration“ auf eine integrale Dotierungskonzentration bzw. eine mittlere Dotierungskonzentration oder auf eine Schichtladungsträgerkonzentration einer konkreten Halbleiterregion oder Halbleiterzone beziehen. So kann beispielsweise eine Aussage, dass eine konkrete Halbleiterregion eine bestimmte Dotierungskonzentration aufweist, die höher oder niedriger als eine Dotierungskonzentration einer anderen Halbleiterregion ist, anzeigen, dass die jeweiligen mittleren Dotierungskonzentrationen der Halbleiterregionen voneinander verscheiden sind.
  • Im Kontext der vorliegenden Spezifikation sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niedrig-ohmsche elektrische Verbindung oder ein niedrigohmscher Strompfad zwischen zwei Regionen, Sektionen, Zonen, Abschnitten oder Teilen einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder Teil einer Halbleitervorrichtung existiert. Des Weiteren soll der Begriff „in Kontakt“ im Kontext der vorliegenden Spezifikation beschreiben, dass es eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung gibt. Beispielsweise braucht ein Übergang zwischen zwei Elementen, die in Kontakt miteinander stehen, kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen zu enthalten.
  • Konkrete Ausführungsformen, die in dieser Spezifikation beschrieben sind, betreffen - ohne darauf beschränkt zu sein - eine Leistungshalbleitervorrichtung, beispielsweise einen monolithisch integrierten IGBT, eine monolithisch integrierte MOS Gated-Diode (MGD) oder einen monolithisch integrierten MOSFET, die innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Stromversorgung verwendet werden können.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“ im Sinne dieser Spezifikation soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit Hochspannungssperr- und/oder Hochstromsperrfähigkeiten beschreiben. Oder anders ausgedrückt: Eine solche Leistungshalbleitervorrichtung ist für hohen Strom, in der Regel im Ampere-Bereich, beispielsweise bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, bevorzugt über 5 V, besonders bevorzugt 15 V und darüber, vorgesehen
  • Im Sinne dieser Spezifikation kann der Begriff „Vorwärtsstrom“ ein Strom sein, der in einer einzigen Richtung durch die Halbleitervorrichtung fließt, beispielsweise von einer Rückseite der Halbleitervorrichtung zu einer Vorderseite der Halbleitervorrichtung. Ein solcher Vorwärtsstrom kann beispielsweise mittels einer Transistorzelle der Halbleitervorrichtung transportiert werden. Des Weiteren kann im Sinne dieser Spezifikation der Begriff „Sperrstrom“ ein Strom sein, der in einer anderen Richtung durch die Halbleitervorrichtung fließt, beispielsweise von einer Vorderseite der Halbleitervorrichtung zu einer Rückseite der Halbleitervorrichtung. Zum Beispiel kann ein solcher Sperrstrom durch eine Diodenzelle der Halbleitervorrichtung transportiert werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung dafür konfiguriert sein, sowohl einen Vorwärtsstrom als auch einen Sperrstrom zu transportieren. Oder anders ausgedrückt: Die Halbleitervorrichtung kann sowohl in einem Vorwärtsstrommodus als auch in einem Sperrstrommodus betrieben werden.
  • 1A veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Halbleitervorrichtung 1 umfasst einen ersten Lastkontakt 11, einen zweiten Lastkontakt 13 und eine Halbleiterregion 12, die beispielsweise zwischen dem ersten Lastkontakt 11 und dem zweiten Lastkontakt 13 positioniert sein kann. Die Halbleitervorrichtung 1 kann eine vertikale Struktur aufweisen, was bedeutet, dass der erste Lastkontakt 11, der zweite Lastkontakt 13 und die Halbleiterregion 12 entlang einer Erstreckungsrichtung Z aufeinander angeordnet sein können, wie in 1A veranschaulicht.
  • Die Halbleiterregion 12 kann dafür ausgelegt sein, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt 11 und dem zweiten Lastkontakt 13 mindestens in Vorwärtsrichtung, beispielsweise von dem ersten Lastkontakt 11 zu dem zweiten Lastkontakt 13 bzw. umgekehrt zu leiten.
  • Zum Beispiel kann der erste Lastkontakt 11 eine Metallisierungsschicht umfassen, die auf einer Vorderseite bzw. auf einer Rückseite der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet ist. Dementsprechend kann der zweite Lastkontakt 13 auch eine Metallisierungsschicht umfassen, die auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, d. h. auf der Rückseite bzw. auf der Vorderseite der Halbleitervorrichtung 1. Sowohl der erste Lastkontakt 11 als auch der zweite Lastkontakt 13 können elektrisch mit jeweiligen Lastanschlüssen (in 1A nicht dargestellt) der Halbleitervorrichtung 1 verbunden sein, um das Empfangen und Ausgeben des Laststroms zu ermöglichen.
  • Die Halbleiterregion 12 kann eine erste Halbleiterkontaktzone 121 umfassen, die eine Halbleiter-Source-Region 121-3 enthalten kann, die elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbunden ist. Zum Beispiel steht die Halbleiter-Source-Region 121-3 mit dem ersten Lastkontakt 11 in Kontakt und kann Dotanden eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Halbleiter-Source-Region 121-3 eine stark dotierte Region, wie zum Beispiel eine n+-Region.
  • Darüber hinaus kann die erste Halbleiterkontaktzone 121 eine Halbleiter-Body-Region 121-1 umfassen, die mit der Halbleiter-Source-Region 121-3 in Kontakt steht. Zum Beispiel kann die Halbleiter-Body-Region 121-1 Dotanden eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, der zu dem ersten Leitfähigkeitstyp komplementär ist. In einer Ausführungsform ist die Halbleiter-Body-Region 121-1 eine dotierte Region, wie zum Beispiel eine p-Region. Auf diese Weise kann ein Übergang zwischen der Halbleiter-Body-Region 121-1 und der Halbleiter-Source-Region 121-3 einen pn-Übergang bilden.
  • Die Halbleiterregion 12 kann des Weiteren eine zweite Halbleiterkontaktzone 123 umfassen, die elektrisch mit dem zweiten Lastkontakt 13 verbunden ist. Zum Beispiel kann die zweite Halbleiterkontaktzone 123 auch Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps und/oder Dotanden eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der zu dem ersten Leitfähigkeitstyp komplementär ist, aufweisen. In einer Ausführungsform ist die zweite Halbleiterkontaktzone 123 eine stark dotierte Region, wie zum Beispiel eine n++-Region. Weitere Beispiele möglicher Dotierungseigenschaften der zweiten Halbleiterkontaktzone 123 werden unten beschrieben.
  • Eine Halbleiterdriftzone 122 der Halbleiterregion 12 kann die erste Halbleiterkontaktzone 121 mit der zweiten Halbleiterkontaktzone 123 koppeln. Zum Beispiel ist die Halbleiterdriftzone 122 eine vergleichsweise schwach dotierte Zone, wie zum Beispiel eine n--Zone. Des Weiteren kann die Halbleiter-Body-Region 121-1 die Halbleiter-Source-Region 121-3 von der Halbleiterdriftzone 122 isolieren.
  • Die Halbleiterdriftzone 122 kann sich entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken, die von der ersten Halbleiterkontaktzone 121 zu der zweiten Halbleiterkontaktzone 123 weisen kann. Zum Beispiel ist die Gesamterstreckung der Halbleiterdriftzone 122 entlang der Erstreckungsrichtung Z mindestens ein Vielfaches der Gesamterstreckung entlang der Erstreckungsrichtung Z der ersten Halbleiterkontaktzone 121. Des Weiteren kann die Gesamterstreckung entlang der Erstreckungsrichtung Z der zweiten Halbleiterkontaktzone 123 mindestens ein Vielfaches der Gesamterstreckung der Halbleiterdriftzone 122 entlang der Erstreckungsrichtung Z sein.
  • Wie in 1A veranschaulicht, umfasst die Halbleitervorrichtung des Weiteren in dem veranschaulichten vertikalen Querschnitt mindestens zwei Gräben 14a und 14b, die sich in der Halbleiterregion 12 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken. Jeder Graben 14a und 14b kann eine Grabenelektrode 141a, 141b und einen Isolator 142a, 142b umfassen. Die Isolatoren 142a und 142b können die jeweilige Grabenelektrode 141a, 141b von der Halbleiterregion 12 isolieren. Des Weiteren können die Grabenelektroden 141a und 141b elektrisch von dem zweiten Lastkontakt 13 isoliert sein und können elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbunden sein. Zum Beispiel können die Grabenelektroden 141a und 141b eine Ladungskompensation innerhalb der Halbleiterdriftzone 122 erlauben.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann ein Pfad, der die Grabenelektroden 141a und 141b elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbindet, eine Widerstandsregion umfassen, die einen lokal erhöhten ohmschen Widerstand aufweist. Ein solcher lokal erhöhter ohmscher Widerstand kann beispielsweise mittels einer reduzierten Querschnittsfläche des Pfades erreicht werden.
  • Zwischen den zwei Gräben 14a und 14b kann eine Mesazone 124 angeordnet sein, wobei die Mesazone 124 einen Teil der Halbleiterregion 12 bilden kann. Oder anders ausgedrückt: Die Sektion der Halbleiterregion 12, die lateral durch die zwei Gräben 14a und 14b begrenzt ist, kann als die Mesazone 124 definiert sein. Die Mesazone 124 kann die erste Halbleiterkontaktzone 121 enthalten. Das heißt, die erste Halbleiterkontaktzone 121 kann auch zwischen den zwei Gräben 14a und 14b beispielsweise in einer oberen Region der Mesazone 124 angeordnet sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann dafür konfiguriert sein, einen Laststrompfad innerhalb der Halbleiterregion 12 herzustellen, um den Laststrom in der Vorwärtsrichtung zu leiten. Der hergestellte Laststrompfad braucht in dem veranschaulichten vertikalen Querschnitt der Mesazone 124 nur einen einzelnen Inversionskanal zu umfassen. Der einzelne Inversionskanal ist in der Halbleiter-Body-Region 121-1 enthalten.
  • Zum Beispiel umfasst der hergestellte Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung des Weiteren - innerhalb des vertikalen Querschnitts der Mesazone 124 - nur einen einzigen Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 innerhalb des Mesazone 124. Der einzelne Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 kann durch einen Übergang zwischen der Halbleiter-Source-Region 121-3 und dem ersten Lastkontakt 11 gebildet werden. Des Weiteren kann der Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 einen Bereich aufweisen, der parallel zu der Erstreckungsrichtung Z angeordnet ist, so dass der Laststrom, wenn er den Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 kreuzt, in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Z fließt, beispielsweise in einer horizontalen Richtung. Zum Beispiel fließt der Laststrom in der Vorwärtsrichtung in die bzw. aus der Mesazone 124, indem er den einzelnen Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 kreuzt, der über dem Graben 14a angeordnet ist, aber beispielsweise nicht über dem Graben 14b. Auf diese Weise kann der Laststrom in die bzw. aus der Mesazone 124 nur an einer einzigen Seitenwand eines der Gräben 14a, 14b, die die Mesazone 124 definieren, fließen, beispielsweise nur in der Nähe der Grabenelektrode 141a und nicht in der Nähe der Grabenelektrode 141b, d. h. nicht an einem oder mehreren mittigen Punkten der oberen Grenze der Mesazone 124, die durch die Isolierregion 151 entlang einer ersten laterale Richtung Y definiert wird. Zum Beispiel kann der Isolator 142b des Grabens 14b so angeordnet sein, dass er den ersten Lastkontakt 11 der Mesazone 124 isoliert, wie in 1A veranschaulicht, wobei andere Konfigurationen des Isolators 142b ebenfalls möglich sind, wie mit Bezug auf 3 und 4 ausführlicher erläutert wird. Im Gegensatz dazu kann der Isolator 142a des Grabens 14a so angeordnet sein, dass der Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 zwischen der Halbleiter-Source-Region 121-3 und dem ersten Lastkontakt 11 hergestellt werden kann.
  • Des Weiteren kann der hergestellte Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung des Weiteren den pn-Übergang umfassen, der durch einen Übergang zwischen der Halbleiter-Body-Region 121-1 und der Halbleiter-Source-Region 121-3 gebildet werden kann, wie oben erläutert wurde.
  • Es ist anzumerken, dass der Begriff „Inversionskanal“ im Sinne der Spezifikation eine Art von Ladungsträger beschreiben soll, der innerhalb der Halbleiter-Body-Region 121-1 vorhanden ist. Wenn zum Beispiel die Halbleiter-Body-Region 121-1 Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweist, beispielsweise Akzeptoren, so kann der in dem hergestellten Laststrompfad enthaltene einzelne Inversionskanal im Wesentlichen durch Elektronen gebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann, wenn die Halbleiter-Body-Region 121-1 Dotanden eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweist, beispielsweise Donatoren, der einzelne Inversionskanal im Wesentlichen durch Löcher gebildet werden.
  • Wie in 1A veranschaulicht, kann die Halbleitervorrichtung 1 des Weiteren eine Steuerelektrode 15 umfassen, die über der ersten Halbleiterkontaktzone 121, d. h. über der Mesazone 124, angeordnet ist. Die Steuerelektrode 15 kann elektrisch von sowohl dem ersten Lastkontakt 11 als auch dem zweiten Lastkontakt 13 isoliert sein. Zu diesem Zweck kann die Steuerelektrode 15 von einer Isolierregion 151 umgeben sein, wobei die Isolierregion 151 mit der ersten Halbleiterkontaktzone 121 in Kontakt stehen und über der Mesazone 124 angeordnet sein kann. Des Weiteren kann die Steuerelektrode 15 elektrisch von den Grabenelektroden 141a und 141b isoliert sein.
  • Des Weiteren kann die Steuerelektrode 15 eine planare Struktur aufweisen, die auf die erste Halbleiterkontaktzone 121 mit Bezug auf die Erstreckungsrichtung Z so ausgerichtet ist, dass sie mindestens einen Teil der ersten Halbleiterkontaktzone 121 bedeckt, beispielsweise mindestens einen Teil der Halbleiter-Source-Region 121-3 und einen Teil der Halbleiter-Body-Region 121-1. Zum Beispiel weist jede der Halbleiter-Source-Region 121-3, der Halbleiter-Body-Region 121-1 und der Steuerelektrode 15 eine Überlappung in der ersten lateralen Richtung Y auf.
  • Es ist anzumerken, dass sich der Begriff „planare Struktur“ im Sinne des vorliegenden Textes auf eine Struktur beziehen kann, die über der ersten Halbleiterkontaktzone 121 angeordnet ist und beispielsweise nicht lateral, d. h. in der ersten lateralen Richtung Y, neben der ersten Halbleiterkontaktzone 121 angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist die Steuerelektrode 15 über der ersten Halbleiterkontaktzone 121 dergestalt angeordnet, dass sie mindestens einen Teil der ersten Halbleiterkontaktzone 121 bedeckt, beispielsweise mindestens einen Teil der Halbleiter-Body-Region 121-1, mindestens einen Teil der Halbleiter-Source-Region 121-3 und einen Abschnitt der Halbleiterdriftzone 122, der in der Mesazone 124 enthalten ist. Auf diese Weise kann es eine Überlappung entlang der ersten lateralen Richtung Y der lateralen Erstreckung der Steuerelektrode 15 auf der einen Seite und der lateralen Erstreckungen der Halbleiter-Source-Region 121-3, der Halbleiter-Body-Region 121-1 und der Halbleiterdriftregion 122 auf der anderen Seite geben. Des Weiteren kann sich „planare Struktur“ auf eine Struktur beziehen, die vollständig über der Halbleiterregion 12 angeordnet ist.
  • Zum Beispiel kann die Steuerelektrode 15 elektrisch mit einem Gate-Anschluss (in 1A nicht veranschaulicht) der Halbleitervorrichtung 1 verbunden sein. Des Weiteren kann der erste Lastkontakt 11 einen Teil eines Source-Anschlusses (in 1A nicht veranschaulicht) der Halbleitervorrichtung 1 bilden oder elektrisch damit verbunden sein, und der zweite Lastkontakt 13 kann einen Teil eines Drain-Anschlusses (in 1A nicht veranschaulicht) der Halbleitervorrichtung 1 bilden oder elektrisch damit verbunden sein. Zum Beispiel ist die Halbleitervorrichtung 1 dafür ausgelegt und konfiguriert, den Laststrompfad herzustellen, um den Laststrom in der Vorwärtsrichtung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial der Steuerelektrode 15 und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts 11 zu leiten. Zum Beispiel kann die Differenz durch Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten Lastkontakt 11 und der Steuerelektrode 15 erzeugt werden. Eine solche Spannung kann beispielsweise durch einen Gate-Treiber (nicht veranschaulicht) bereitgestellt werden, der mit der Halbleitervorrichtung 1 gekoppelt ist.
  • Wie mit Bezug auf die 5 bis 7 noch ausführlicher erläutert wird, kann die Steuerelektrode 15 gemäß einer Ausführungsform elektrisch mit einer Kontaktinsel der Halbleitervorrichtung 1 mittels einer Kontaktschiene und mittels einer Verbindungselektrode eines Verbindungsgrabens oder einer Verbindungsschicht gekoppelt sein, wobei die Kontaktinsel so angeordnet sein kann, dass sie durch einen Bonddraht oder eine Klammer zum Empfangen eines Steuersignals, beispielsweise eines Gate-Signals, kontaktiert wird, das durch einen Gate-Treiber bereitgestellt wird. Weitere Aspekte dieses optionalen Merkmals der Halbleitervorrichtung 1 werden unten erläutert.
  • Zum Beispiel kann mindestens eine der Grabenelektroden 141a und 141b mit dem ersten Lastkontakt 11 in Kontakt stehen. Auf diese Weise können die Grabenelektroden 141a und 142b im Wesentlichen das gleiche elektrische Potenzial wie der erste Lastkontakt 11 aufweisen. Zum Beispiel umfasst jeder der Grabenelektroden 141a und 141b eine Feldplattenelektrode. Die Feldplattenelektroden können jeweils senkrecht zu der planaren Struktur der Steuerelektrode 15 angeordnet sein. Des Weiteren kann jede der Grabenelektroden 141a und 141b eine einzelne monolithische Elektrode sein. Außerdem kann sich, wie schematisch in 1A veranschaulicht, jede der Grabenelektroden 141a und 141b weiter in die Halbleiterregion 12 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken als die erste Halbleiterkontaktzone 121.
  • In einer Ausführungsform beträgt eine Distanz P, auch als „Mittenabstand“ bezeichnet, zwischen den zwei Gräben 14a und 14b in der ersten lateralen Richtung Y, die senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Z verläuft, weniger als 3 µm, beispielsweise weniger als 2 µm, oder sogar weniger als 1 µm. In einer Ausführungsform kann der Mittenabstand P weniger als 0,5 µm betragen. Ein so geringer Mittenabstand kann sowohl eine Verringerung des Ein-Zustandswiderstands der Halbleitervorrichtung 1 als auch eine Verringerung der Ausgangsladung der Halbleitervorrichtung 1 erlauben. Zum Beispiel ist innerhalb des Querschnitts der Mesazone 124 aufgrund des geringen Mittenabstands P nur eine einzige erste Halbleiterkontaktzone 121 angeordnet, d. h. nur eine einzelne Halbleiter-Source-Region 121-3. Das heißt, innerhalb des vertikalen Querschnitts der Mesazone 124 braucht nur eine einzige kohärente Halbleiter-Source-Region 121-3 angeordnet zu sein. Auf diese Weise kann die Halbleitervorrichtung 1 eine asymmetrische Struktur innerhalb der Mesazone 124 aufweisen, da, wie oben erläutert wurde, der Laststrom in der Vorwärtsrichtung in die Mesazone 124 hinein bzw. aus ihr heraus fließt, indem er den einzelnen Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 kreuzt, der über dem Graben 14a angeordnet ist, aber beispielsweise nicht über dem Graben 14b. Auf diese Weise kann der Laststrom in die Mesazone 124 bzw. aus der Mesazone 124 nur an einer einzigen Seitenwand eines der Gräben 14a, 14b fließen, die die Mesazone definieren, beispielsweise nur in der Nähe der Grabenelektrode 141a und nicht in der Nähe der Grabenelektrode 141b, d. h. nicht in der Mitte der Mesazone 124. Zum Beispiel kann der Isolator 142b des Grabens 14b so angeordnet sein, dass er den ersten Lastkontakt 11 von der Mesazone 124 isoliert, wie in 1A veranschaulicht. Im Gegensatz dazu kann der Isolator 142a des Grabens 14a so angeordnet sein, dass der Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1 zwischen der Halbleiter-Source-Region 121-3 und dem ersten Lastkontakt 11 hergestellt werden kann. Dementsprechend braucht die Struktur, wie schematisch in 1A veranschaulicht, dann im vertikalen Querschnitt nur einen einzigen Inversionskanal aufweisen.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt die Breite WM der Mesazone 124 entlang der ersten lateralen Richtung Y weniger als 3,0 µm, weniger als 1,5 µm, weniger als 1 µm, oder sogar weniger als 0,5 µm. Zum Beispiel wird die Breite WM als eine Distanz zwischen den Seitenwänden der Gräben 14a und 14b gemessen, die die Mesazone 124 lateral begrenzen, wobei die Distanz auf einer Höhe des Übergangs zwischen den Halbleiter-Body-Region 121-1 und der Halbleiterdriftzone 122 gemessen werden kann, zum Beispiel an einem tiefsten Punkt des Übergangs mit Bezug auf die Erstreckungsrichtung Z, wie schematisch in 1A veranschaulicht. Der Mittenabstand P kann ebenfalls am tiefsten Punkt bestimmt werden.
  • Des Weiteren kann die Breite WM der Mesazone 124 kleiner sein als die Breite WT entlang der lateralen Richtung eines jeden der Gräben 14a und 14b, wobei die Breite WT entlang der lateralen Richtung eines jeden der Gräben 14a und 14b auf einer Höhe des Übergangs zwischen der Halbleiter-Body-Region 121-1 und der Halbleiterdriftzone 122 gemessen werden kann, zum Beispiel an einem tiefsten Punkt des Übergangs mit Bezug auf die Erstreckungsrichtung Z, wie schematisch in 1A veranschaulicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann jeder Isolator 142a und 142b der Gräben 14a und 14b in der ersten lateralen Richtung Y eine homogene, beispielsweise eine konstante, Dicke entlang im Wesentlichen der Gesamterstreckung des jeweiligen Grabens in der Erstreckungsrichtung Z aufweisen. Dies kann eine Verringerung der Komplexität des Fertigungsprozesses erlauben. In einer weiteren Ausführungsform kann die Isolatordicke entlang der Erstreckungsrichtung Z mindestens teilweise zunehmen.
  • Zum Beispiel können einige der in 1A veranschaulichten Komponenten der Halbleitervorrichtung 1 einen Teil einer Transistorzelle bilden, die dafür konfiguriert ist, den Laststrom in der Vorwärtsrichtung zu transportieren, wie zum Beispiel die Gräben 14a, 14b, die Steuerelektrode 15 und die erste Halbleiterkontaktzone 121.
  • 1B veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung 1 mit mehrteiligen Grabenelektroden 141a und 141b gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Abgesehen von den Grabenelektroden 141a und 141b ist die in 1B veranschaulichte Halbleitervorrichtung 1 im Wesentlichen mit der in 1A veranschaulichten Halbleitervorrichtung 1 identisch. Insofern gilt die Beschreibung von 1A auch für 1B. Gemäß der Ausführungsform von 1B umfassen die Grabenelektroden 141a und 141b einen jeweiligen ersten Elektrodenteil 141a-1, 141b-1 sowie einen jeweiligen zweiten Elektrodenteil 141a-2, 141b-2. Diese zwei Teile können mittels des Isolators 142a bzw. 142b elektrisch voneinander isoliert sein.
  • Die ersten Elektrodenteile 141a-1 und 141b-1 können in einer oberen Region des jeweilige Grabens 14a, 14b angeordnet sein und können beide in Kontakt mit dem ersten Lastkontakt 11 stehen. Somit können die ersten Elektrodenteile 141a-1 und 141b-1 das gleiche elektrische Potenzial wie der erste Lastkontakt 11 aufweisen.
  • Die zweiten Elektrodenteile 141a-2 und 141b-2 können jeweils in einer unteren Region des jeweiligen Grabens 14a, 14b angeordnet sein. Diese Teile können entweder ebenfalls mit dem ersten Lastkontakt 11 elektrisch verbunden sein und somit das gleiche elektrische Potenzial wie der erste Lastkontakt 11 aufweisen, bzw. die zweiten Elektrodenteile 141a-2 und 141b-2 können von dem ersten Lastkontakt 11 elektrisch isoliert sein. Im letzteren Fall kann ein anderes elektrisches Potenzial an die zweiten Elektrodenteile 141a-2 und 141b-2 angelegt werden. Zum Beispiel können die zweiten Elektrodenteile 141a-2 und 141b-2 elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 mittels eines Pfades gekoppelt sein, der einen höheren ohmschen Widerstand aufweist als eine elektrische Verbindung zwischen den ersten Elektrodenteilen 141a-1, 141b-1 und dem ersten Lastkontakt 11. Zum Beispiel kann der höhere ohmische Widerstand eine Verringerung der Größenordnung von Spannungs- und/oder Stromtransienten erlauben, beispielsweise während Schaltvorgängen der Halbleitervorrichtung 1. Der Pfad kann beispielsweise mittels mindestens eines Verbindungsgrabens hergestellt werden, wobei beispielhafte Ausführungsformen einer solchen Art von Graben ausführlicher mit Bezug auf 5 und 6 erläutert werden. Auf diese Weise kann sich - gemäß einer Ausführungsform - der Verbindungsgraben (in 1B nicht veranschaulicht), der die zweiten Elektrodenteile 141a-2 und 141b-2 mit dem ersten Lastkontakt 11 koppeln kann, in die Halbleiterregion 12 hinein entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken und kann eine Verbindungselektrode enthalten, die sich ebenfalls entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken kann. Sowohl die zweiten Elektrodenteile 141a-2, 141b-2 als auch der erste Lastkontakt 11 können elektrisch mit der Verbindungselektrode verbunden sein. Des Weiteren kann die Verbindungselektrode eine Widerstandsregion umfassen, die einen lokal erhöhten ohmschen Widerstand aufweist, um einen ohmschen Gesamtwiderstand in dem Pfad zu erhöhen, der den ersten Lastkontakt 11 elektrisch mit den zweiten Elektrodenteilen 141a-2, 141b-2 koppelt. Zum Beispiel wird die Widerstandsregion der Verbindungselektrode durch eine lokal verringerte Querschnittsfläche der Verbindungselektrode gebildet.
  • Solche mehrteiligen Grabenelektroden 141a und 141b können des Weiteren eine reduzierte Dicke des jeweiligen Isolators 142a, 142b in einer oberen Region des jeweiligen Grabens 14a, 14b erlauben, was zu einer erhöhten Kompensation und somit zu einem reduzierten Ein-Zustandswiderstand der Halbleitervorrichtung 1 führen kann.
  • 2A bis 2C veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Jedoch entspricht der grundsätzliche Aufbau einer jeden der in 2A bis 2C veranschaulichten Halbleitervorrichtungen im Wesentlichen dem Aufbau der in 1A veranschaulichten Halbleitervorrichtung 1. Das heißt, das, was oben mit Bezug auf die in 1A veranschaulichte Ausführungsform gesagt wurde, kann auch auf die in 2A bis 2C veranschaulichte Halbleitervorrichtung 1 Anwendung finden, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird.
  • Gemäß den in 2A bis 2C veranschaulichten Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung 1 einen ersten Lastanschluss 17 umfassen, der elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbunden ist. Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 17 ein Source (S)-Anschluss der Halbleitervorrichtung 1. Des Weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 einen zweiten Lastanschluss 19 umfassen, der elektrisch mit dem zweiten Lastkontakt 13 verbunden ist. Zum Beispiel ist der zweite Lastanschluss 19 ein Drain (D)-Anschluss der Halbleitervorrichtung 1. Des Weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 einen Steuerungsanschluss 18 umfassen, der mit den Steuerelektroden 15a und 15b verbunden ist. Zum Beispiel ist der Steuerungsanschluss 18 ein Gate-(G) Anschluss der Halbleitervorrichtung 1. Jede der Steuerelektroden 15a und 15b kann eine planare Struktur aufweisen; beispielsweise kann jede der Steuerelektroden 15a und 15b vollständig über der Halbleiterregion 12 angeordnet sein.
  • In einer Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 1 durch Anlegen einer Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 17 und dem Steuerungsanschluss 18 gesteuert werden. Somit kann die Halbleitervorrichtung 1 zum Bilden des Laststrompfades in Abhängigkeit von der an den ersten Lastanschluss 17 und den Steuerungsanschluss 18 angelegten Spannung ausgelegt und konfiguriert sein. Zum Beispiel kann der Laststrom mittels der Lastanschlüsse 17 und 19 empfangen und abgegeben werden.
  • Wie in 2A bis 2C veranschaulicht, kann die Halbleitervorrichtung 1 mehrere Mesazonen 124a, 124b aufweisen, wobei jede Mesazone 124a, 124b zwischen zwei jeweiligen Gräben angeordnet ist. Beispielsweise ist die Mesazone 124a zwischen den Gräben 14a und 14b angeordnet. Des Weiteren kann, wie mit Bezug auf 1A erläutert wurde, jede Mesazone 124a, 124b eine erste Halbleiterkontaktzone 121a, 121b umfassen. Jede erste Halbleiterkontaktzone 121a und 121b kann eine Halbleiter-Source-Region 121-3a, 121-3b umfassen. Zum Beispiel ist innerhalb des vertikalen Querschnitts jeder Mesazone 124a und 124b nur eine einzige jeweilige kohärente Halbleiter-Source-Region 121-3a, 121-3b angeordnet. Somit braucht gemäß einer Ausführungsform nur ein einziger Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-1a und 11-1b innerhalb jeder Mesazone 124a, 124b vorhanden zu sein. Über jeder Mesazone 124a und 124b kann eine jeweilige Steuerelektrode 15a und 15b angeordnet sein. Wie mit Bezug auf 1A erläutert wurde, kann jede der Steuerelektroden 15a und 15b die planare Struktur aufweisen. Des Weiteren kann jede Steuerelektrode 15a und 15b von der Halbleiterregion 12 durch eine jeweilige Isolierregion 151a, 151b, 151c isoliert sein. Jede Steuerelektrode 15a und 15b kann mit dem Steuerungsanschluss 18 der Halbleitervorrichtung 1 elektrisch verbunden sein und kann elektrisch sowohl von dem ersten Lastkontakt 11 als auch dem zweiten Lastkontakt 13 isoliert sein.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann mehrere Transistorzellen enthalten, die gebildet werden durch: ein jeweiliges Paar Gräben 14a, 14b, die Steuerelektrode 15a, die über der Mesazone 124a angeordnet ist, die lateral durch das Paar Gräben 14a, 14b begrenzt wird, und die erste Halbleiterkontaktzone 121a, die innerhalb der Mesazone 124a angeordnet ist; wobei die mehreren Transistorzellen entlang der ersten lateralen Richtung Y nebeneinander angeordnet sein können und sich jeweils entlang der zweiten lateralen Richtung X erstrecken können, wodurch beispielsweise eine Streifenzellenkonfiguration der Halbleitervorrichtung 1 entsteht. In einer weiteren Ausführungsform kann die Anordnung der Zellen ein Gittermuster aufweisen. Die Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung X ist jedoch in 1A-4 nicht veranschaulicht. Auf diese Weise kann jeder der Gräben 14a und 14b eine der folgenden Formen aufweisen: eine Streifenform (wobei beispielsweise die Gesamterstreckung entlang der zweiten lateralen Richtung X mindestens ein Vielfaches der Gesamterstreckung entlang der Erstreckungsrichtung Z ist), eine Nadelform (wobei beispielsweise die Gesamterstreckungen entlang der ersten und der zweiten lateralen Richtung X bzw. Y einander ähnlich sind und beide kleiner sind als die Gesamterstreckung entlang der Erstreckungsrichtung Z), und eine Gitterform (wobei beispielsweise die Grabenelektroden Plattenabschnitte aufweisen, die im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, und beispielsweise in XZ-Ebenen und in YZ-Ebenen angeordnet sind).
  • Gemäß den Ausführungsformen, die schematisch in 2A-2C veranschaulicht sind, können die ersten Halbleiterkontaktzonen 121a und 121b jeweils eine Halbleiter-Source-Region 121-3a, 121-3b und eine Halbleiter-Body-Region 121-1a, 121-1b umfassen, wobei die Halbleiter-Body-Regionen 121-1a und 121-1b die Halbleiter-Source-Regionen 121-3a und 121-3b von der Halbleiterdriftzone 122 isolieren. Zum Beispiel bildet ein Übergang zwischen der Halbleiter-Body-Region 121-1a und der Halbleiter-Source-Region 121-3a einen ersten pn-Übergang, und ein Übergang zwischen der Halbleiter-Body-Region 121-1b und der Halbleiter-Source-Region 121-3b kann einen zweiten pn-Übergang bilden. Des Weiteren kann jede erste Halbleiterkontaktzone 121a und 121b eine Halbleiterverbindungsregion 121-2a, 121-2b enthalten. Zum Beispiel stehen die Halbleiterverbindungsregionen 121-2a und 121-2b in Kontakt mit dem ersten Lastkontakt 11 auf der einen Seite und in Kontakt mit den Halbleiter-Body-Regionen 121-1a, 121-1b auf der anderen Seite. Die Halbleiter-Body-Regionen 121-1a, 121-1b und die Halbleiterverbindungsregionen 121-2a und 121-2b können Dotanden eines Leitfähigkeitstyps aufweisen, der zu dem Leitfähigkeitstyp der Dotanden komplementär ist, die in den Halbleiter-Source-Regionen 121-3a und 121-3b vorhanden sind. Zum Beispiel sind die Halbleiter-Source-Regionen 121-3a und 121-3b n+-Regionen, und die Halbleiter-Body-Regionen 121-1a und 121-1b sind p-Regionen, und die Halbleiterverbindungsregionen 121-2a und 121-2b sind p+-Regionen.
  • Zum Beispiel ist, wie oben erläutert wurde, nur ein einziger Inversionskanal, in einem vertikalen Querschnitt der Mesazonen 124a und 124b, in der jeweiligen Halbleiter-Body-Region 121-1a, 121-1b enthalten. Wie in den Figuren veranschaulicht, kann der vertikale Querschnitt parallel zu der Ebene verlaufen, die durch die Erstreckungsrichtung Z und die erste laterale Richtung Y definiert wird.
  • Gemäß der Ausführungsform, die schematisch in 2B veranschaulicht ist, kann die Halbleiterdriftzone 122 innerhalb jeder Mesazone 124a, 124b eine Halbleiter-Stromspreizungsregion 121-4a, 121-4b umfassen. Die Regionen 121-4a und 121-4b können dafür konfiguriert sein, den Laststrom zu spreizen, was es ermöglichen kann, eine homogenere Laststromdichte innerhalb der Mesazonen 124a und 124b zu erreichen, was zu einem reduzierten Ein-Zustandswiderstand der Halbleitervorrichtung 1 führen kann. Die Halbleiter-Stromspreizungsregionen 121-4a und 121-4b können in oberen Regionen der Mesazonen 124a, 124b angeordnet sein und in Kontakt mit der jeweiligen Halbleiter-Body-Region 123-1a, 123-1b stehen. Zum Beispiel können die Halbleiter-Stromspreizungsregionen 121-4a und 121-4b mit Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert sein. Zum Beispiel sind die Halbleiter-Stromspreizungsregionen 121-4a und 121-4b n-Regionen. Zum Beispiel ist die Dotierungskonzentration der Halbleiter-Stromspreizungsregionen 121-4a und 121-4b höher als die Dotierungskonzentration der übrigen Halbleiterdriftzone 122, die eine n--Region sein kann. Gemäß einer Ausführungsform können sich die Halbleiter-Stromspreizungsregion 121-4a in der ersten lateralen Richtung Y von dem Isolator 141a des Grabens 14a zu dem Isolator 141b des Grabens 14b erstrecken. Oder anders ausgedrückt: Die Halbleiter-Stromspreizungsregion 121-4a kann im Wesentlichen die gleiche Breite WM aufweisen wie die Mesazone 124a. Das Gleiche gilt für die benachbarte Halbleiter-Stromspreizungsregion 121-4b der benachbarten Zelle.
  • Des Weiteren können, wie schematisch in 2B veranschaulicht, die Steuerelektroden 15a, 15b so angeordnet sein, dass sie auch mindestens einen Abschnitt der Stromspreizungsregionen 124a, 124b bedecken. Dementsprechend kann es eine Überlappung entlang der ersten lateralen Richtung Y der lateralen Erstreckung der jeweiligen Steuerelektrode 15a, 15b auf der einen Seite und der lateralen Erstreckung der jeweiligen Halbleiter-Source-Region 121-3a, 121-3b, der jeweiligen Halbleiter-Body-Region 121-1a, 121-1b und der jeweiligen Halbleiter-Stromspreizungsregion 121-4a, 121-4b auf der anderen Seite geben.
  • Des Weiteren können die Halbleiter-Stromspreizungsregionen 121-4a, 121-4b beispielsweise mittels eines Implantierungsprozesses gebildet werden, der mit Bezug auf die Steuerelektroden 15a, 15b selbstausrichtend sein kann. Dies kann eine exakt definierte Überlappung zwischen den Stromspreizungsregionen 121-4a, 121-4b und den Steuerelektroden 15a, 15b entlang der ersten lateralen Richtung Y ermöglichen. Eine solche Überlappung kann eine präzise Steuerung der Gate-Drain-Ladung der Halbleitervorrichtung 1 erlauben. In einer Ausführungsform können die Gate-Elektroden 15a, 15b selbst als eine Implantierungsmaske für den Implantierungsprozess dienen. Des Weiteren können eine weitere dünne Schicht und/oder ein Abstandshalter, wie zum Beispiel ein Abstandshalter aus einem Oxid und/oder einem Nitrid, an den Gate-Elektroden 15a, 15b angeordnet sein, um die Maskierung zu verbreitern.
  • Bezüglich der schematisch in 2C veranschaulichten Ausführungsform können die Gräben 14a und 14b innere Regionen 143a und 143b aufweisen, wobei jede der inneren Region 143a und 143b von der jeweiligen Grabenelektrode 141a, 141b umgeben sein kann. Zum Beispiel können die inneren Regionen 143a und 143b durch ein Oxid gebildet werden. Des Weiteren können sich die inneren Regionen 143a und 143b entlang der Erstreckungsrichtung Z fast so weit wie die Grabenelektroden 141a und 141b erstrecken, die die inneren Regionen 143a und 143b umgeben. Zum Beispiel können solche inneren Regionen 143a und 143b eine reduzierte mechanische Beanspruchung und/oder ein geringeres Durchbiegen des Wafers ermöglichen.
  • Wir wenden uns nun der Ausführungsform zu, die schematisch in 3 veranschaulicht sind. Die Halbleitervorrichtung 1 kann des Weiteren eine Source-Elektrode 10 umfassen, die über der Mesazone 124 und separat von der Steuerelektrode 15 angeordnet ist. Zum Beispiel ist die Source-Elektrode 10 elektrisch von der Steuerelektrode 15 beispielsweise mittels der Isolierregion 151 isoliert. Des Weiteren kann die Source-Elektrode 10 elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbunden sein. Sowohl die Source-Elektrode 10 als auch der erste Lastkontakt 11 können elektrisch mit dem Source-Anschluss 17 verbunden sein. Wie die Steuerelektrode 15, kann auch die Source-Elektrode 10 eine planare Struktur aufweisen. In einer Ausführungsform können sowohl die Steuerelektrode 15 als auch die Source-Elektrode 10 die gleiche planare Struktur aufweisen. Beispielsweise können die Steuerelektrode 15 und die Source-Elektrode 10 identische räumliche Abmessungen aufweisen. Des Weiteren können die Steuerelektrode 15 und die Source-Elektrode 10 mit Bezug auf die Erstreckungsrichtung Z auf derselben Ebene angeordnet sein.
  • Gemäß der in 3 veranschaulichten Ausführungsform wird ein weiterer Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang 11-2 zwischen einer Sektion des ersten Lastkontakts 11, die über dem Graben 14b angeordnet ist, und der zweiten Mesazone 124 gebildet. Aber zum Beispiel bildet dieser weitere Übergang 11-2 keinen Teil des hergestellten Laststrompfades, um den Laststrom in der Vorwärtsrichtung zu leiten. Zum Beispiel kann der weitere Übergang 11-2 dafür verwendet werden, um einen Laststrom in einer Sperrrichtung zu transportieren, die der Vorwärtsrichtung entgegengesetzt ist.
  • Wir wenden uns nun ausführlicher den Ausführungsformen zu, die schematisch in 4 veranschaulicht sind. Die Halbleitervorrichtung 1 kann des Weiteren innerhalb der Mesazone 124 eine dritte Halbleiterkontaktzone 125 umfassen. Des Weiteren kann die dritte Halbleiterkontaktzone 125 einen ähnlichen Aufbau wie den beispielhaften Aufbau der ersten Halbleiterkontaktzone 121 aufweisen. Dementsprechend kann die dritte Halbleiterkontaktzone 125 auch eine Halbleiter-Body-Region 125-1, eine Halbleiterverbindungsregion 125-2 und eine Halbleiter-Source-Region 125-3 umfassen. Sowohl die Halbleiter-Body-Region 125-1 als auch die Halbleiterverbindungsregion 125-2 können mit Dotanden des zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert sein. Zum Beispiel ist die Halbleiter-Body-Region 125-1 eine p-Region, und die Halbleiterverbindungsregion 125-2 ist eine p+-Region. Die Halbleiterverbindungsregion 125-2 kann mit dem ersten Lastkontakt 11 in Kontakt stehen, wie in 4 veranschaulicht. Die Halbleiter-Source-Region 125-3 der dritten Halbleiterkontaktzone 125 kann ebenfalls mit dem ersten Lastkontakt 11 in Kontakt stehen und von der Halbleiterdriftzone 122 mittels der Halbleiter-Body-Region 125-1 isoliert sein. Zum Beispiel ist die Halbleiter-Source-Region 125-3 mit Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert. Zum Beispiel ist die Halbleiter-Source-Region 125-3 eine n+-Region. Wie in 4 veranschaulicht, kann die dritte Halbleiterkontaktzone 125 separat von der ersten Halbleiterkontaktzone 121 angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform werden die Halbleiter-Body-Region 121-1 der ersten Halbleiterkontaktzone 121 und die Halbleiter-Body-Region 125-1 der dritten Halbleiterkontaktzone 125 mittels einer gemeinsamen kohärenten Halbleiterregion (nicht veranschaulicht) gebildet.
  • Die Source-Elektrode 10 kann über der dritten Halbleiterkontaktzone 125 beispielsweise dergestalt angeordnet sein, dass die Erstreckungen der Halbleiter-Source-Region 125-3 und der Steuerelektrode 10 eine Überlappung in der ersten lateralen Richtung Y aufweisen. Zum Beispiel ist die Source-Elektrode 10 über der dritten Halbleiterkontaktzone 125 dergestalt angeordnet, dass sie mindestens einen Teil der dritten Halbleiterkontaktzone 125 bedeckt; beispielsweise mindestens einen Teil der Halbleiter-Body-Region 125-1, mindestens einen Teil der Halbleiter-Source-Region 125-3 und einen Abschnitt der Halbleiterdriftzone 122, die in der Mesazone 124 enthalten ist. Auf diese Weise kann es eine Überlappung entlang der ersten lateralen Richtung Y der lateralen Erstreckung der Source-Elektrode 10 auf der einen Seite und der lateralen Erstreckungen der Halbleiter-Source-Region 125-3, der Halbleiter-Body-Region 125-1 und der Halbleiterdriftregion 122 auf der anderen Seite geben.
  • Gemäß der in 4 veranschaulichten Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 1 eine im Wesentlichen symmetrisch angeordnete Zelle aufweisen, die durch die zwei Gräben 14a und 14b, die Steuerelektrode 15, die Source-Elektrode 10, die erste Halbleiterkontaktzone 121 und die dritte Halbleiterkontaktzone 125 gebildet wird, was die Herstellung der Halbleitervorrichtung 1 erleichtern kann.
  • Zum Beispiel kann die erste Halbleiterkontaktzone 121 durch Anlegen einer Spannung zwischen der Steuerelektrode 15 und dem ersten Lastkontakt 11 gesteuert werden, und die dritte Halbleiterkontaktzone 125 kann durch Anlegen einer Spannung zwischen der Source-Elektrode 10 und dem zweiten Lastkontakt 13 gesteuert werden.
  • Während der linke Teil der Zelle, der die Steuerelektrode 15, die erste Halbleiterkontaktzone 121 und den Graben 14a enthält, mindestens einen Teil einer Transistorzelle bilden kann, kann der rechte Teil der Zelle, der die Source-Elektrode 10, den Graben 14b und die dritte Halbleiterkontaktzone 125 enthält, mindestens einen Teil einer Diodenzelle bilden. Der rechte Teil der Zelle kann als eine MOS Gated-Diode (MGD) betrieben werden, um beispielsweise einen Laststrom in der Sperrrichtung zu transportieren. Somit kann die Halbleiterregion 12 auch dafür konfiguriert sein, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt 11 und dem zweiten Lastkontakt 13 in einer Sperrrichtung zu leiten, die der Vorwärtsrichtung entgegengesetzt ist. Gemäß einer Ausführungsform wird eine Dicke der Isolierregion 151 und/oder eine Dotierungskonzentration der Halbleiter-Body-Region 125-1 dergestalt gewählt, dass innerhalb eines Sperrstrommodus der Halbleitervorrichtung 1 ein Strompfad zum Transportieren des Sperrlaststrom gebildet wird, bevor die Diode, die innerhalb der dritten Halbleiterkontaktzone 125 oder innerhalb der ersten Halbleiterkontaktzone 121 hergestellt wird, Ladungsträger injiziert. Zum Beispiel liegt die Dicke, in der Erstreckungsrichtung Z, der Isolierregion 151 zwischen der Source-Elektrode 10 und der dritten Halbleiterkontaktzone 125 innerhalb des Bereichs von 5 nm bis 10 nm.
  • Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 dafür konfiguriert sein, einen weiteren Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Sperrrichtung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial des zweiten Lastkontakts 13 und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts 11 herzustellen. Der weitere Laststrompfad kann, in dem schematisch veranschaulichten vertikalen Querschnitt der Mesazone 124, einen Inversions- und/oder einen Akkumulationskanal umfassen, der in der dritten Halbleiterkontaktzone 125 enthalten ist. Zum Beispiel kann der weitere Laststrompfad den zweiten Übergang 11-2 enthalten, der zwischen dem ersten Lastkontakt 11 und der Halbleiter-Source-Region 125-3 der dritten Halbleiterkontaktzone 125 gebildet wird.
  • Die zweite Halbleiterkontaktzone 123 kann die Halbleiterdriftzone 122 mit dem zweiten Lastkontakt 13 koppeln und kann mit Dotanden des ersten Leitfähigkeitstyps dotiert sein. Zum Beispiel ist die zweite Halbleiterkontaktzone 123 eine n++-Region. Wenn die Halbleiterdriftzone 122 n--dotiert ist, die Halbleiter-Body-Region 121-1 p-dotiert ist, die Halbleiterverbindungsregion 121-2 p+-dotiert ist und die Halbleiter-Source-Region 121-3 n+-dotiert ist, so kann die dritte Halbleiterkontaktzone 123 n++-dotiert sein, um beispielsweise eine MOSFET-Struktur zu bilden. Bei ansonsten unveränderten Dotierungstypen kann die dritte Halbleiterkontaktzone 123 p-dotiert sein, um beispielsweise eine IGBT-Struktur zu bilden.
  • 5 veranschaulicht schematisch eine horizontale Projektion einer weiteren Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 1. Die schematisch in 5 veranschaulichte Ausführungsform der Halbleitervorrichtung 1 kann einige oder alle der Merkmale einer oder mehrerer der Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung 1 aufweisen, die in 1A bis 4 veranschaulicht sind. Dementsprechend kann die Halbleitervorrichtung 1 mehrere der Zellen enthalten, wobei jede Zelle eine jeweilige Steuerelektrode 15a, 15b, ..., 15o umfassen kann. Jede der Steuerelektroden 15a, 15b, ..., 15o kann eine planare Struktur aufweisen. Beispielsweise kann jede der Steuerelektroden 15a, 15b, ..., 15o vollständig über der Halbleiterregion 12 angeordnet sein. Der erste Lastkontakt 11 und der zweite Lastkontakt 13 sowie die Halbleiterregion 12, die den ersten Lastkontakt 11 mit dem zweiten Lastkontakt 13 koppelt, sind in 5 nicht veranschaulicht.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 weist eine Oberflächenregion 101 auf, die über der Halbleiterregion 12 angeordnet ist und mechanisch mit der Halbleiterregion 12 gekoppelt ist. Die Steuerelektroden 15a-15o können innerhalb der Oberflächenregion 101, d. h. über der Halbleiterregion 12, angeordnet sein. Des Weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 eine Kontaktschiene 15-2 enthalten, die ebenfalls innerhalb der Oberflächenregion 101 angeordnet ist und - gemäß der in 5 veranschaulichten Ausführungsform - elektrisch mit jeder der Steuerelektroden 15a bis 15o verbunden ist.
  • Zum Beispiel weist die Halbleitervorrichtung 1 eine Randregion 1-2 auf, die eine aktive Region 1-1 der Halbleitervorrichtung 1 umgibt, wobei die Kontaktschiene 15-2 innerhalb der Randregion 1-2 der Halbleitervorrichtung 1 angeordnet sein kann. Des Weiteren kann die Kontaktschiene 15-2 im Wesentlichen dem Verlauf der Randregion 1-2 folgen. Zum Beispiel ist die aktive Region 1-1 eine Region auf einem Halbleitervorrichtungs-Chip, in dem mehrere aktive IGBT-Zellen oder MOSFET-Zellen angeordnet sind, die in einer Weise gestaltet sind, die beispielhaft mit Bezug auf 1A bis 4 beschrieben ist. Die Randregion 1-2 kann eine nicht-aktive Region sein, beispielsweise eine Region, in der es keine bzw. nur sehr wenige aktive Zellen gibt. Zum Beispiel wird der Laststrom durch die Halbleitervorrichtung 1 hauptsächlich mittels der aktiven Region 1-1 der Halbleiterregion 12 transportiert, aber nicht durch die Randregion 1-2.
  • Wie bereits mit Bezug auf 1A erläutert, kann die Halbleitervorrichtung 1 des Weiteren eine Kontaktinsel 15-1 umfassen, die ebenfalls innerhalb der Oberflächenregion 101, d. h. über der Halbleiterregion 12, angeordnet ist. Zum Beispiel ist die Kontaktinsel 15-1 separat von der Kontaktschiene 15-2 angeordnet. Die Kontaktinsel 15-1 kann so angeordnet sein, dass sie durch einen Bonddraht oder eine Klammer kontaktiert wird, und kann mindestens einen Teil des Steuerungsanschlusses 18 bilden (vgl. 2A-4). Mittels des Bonddrahtes oder der Klammer kann ein Steuersignal, wie zum Beispiel ein Gate-Signal, an die Kontaktinsel 15-1 angelegt werden.
  • Zum Beispiel ist gemäß der in 5 veranschaulichten Ausführungsform innerhalb der Oberflächenregion 101 keine elektrische Verbindung angeordnet, die die Kontaktschiene 15-2 elektrisch direkt mit der Kontaktinsel 15-1 verbindet. Vielmehr kann die Halbleitervorrichtung 1 eine Anzahl von Verbindungsgräben 16a-16h umfassen, die sich in der Halbleiterregion 12 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken. Jeder der Verbindungsgräben 16a-16h kann eine (nicht veranschaulichte) Verbindungselektrode enthalten. Sowohl die Kontaktinsel 15-1 als auch die Kontaktschiene 15-2 können elektrisch mit den Verbindungselektroden der Verbindungsgräben 16a bis 16h verbunden sein. Es versteht sich, dass auch nur einer der Verbindungsgräben 16a bis 16h ausreichen könnte, um die Kontaktinsel 15-1 elektrisch mit der Kontaktschiene 15-2 zu koppeln. Zum Beispiel kann ein spezifischer Widerstand zwischen der Kontaktinsel 15-1 und der Kontaktschiene 15-2, d. h. ein spezifischer Widerstand zwischen der Kontaktinsel 15-1 und den Steuerelektroden 15-a bis 15-o, mittels der Struktur, des Materials und/oder der räumlichen Abmessungen der Verbindungselektroden der Verbindungsgräben 16a bis 16h justiert werden kann. Zum Beispiel kann ein spezifischer Gate-Reihenwiderstand justiert werden. Zum Beispiel umfasst die Verbindungselektrode eine Widerstandsregion, die einen lokal erhöhten ohmschen Widerstand aufweist, um einen ohmschen Gesamtwiderstand in einem Pfad zu erhöhen, der die Kontaktinsel 15-1 mit den Steuerelektroden 15a bis 15o koppelt. Zum Beispiel können solche Widerstandsregionen der Verbindungselektroden der Verbindungsgräben 16a bis 16h durch eine lokal verringerte Querschnittsfläche der jeweiligen Verbindungselektrode erzeugt werden. Konkrete Beispiele der Herstellung eines lokal erhöhten ohmschen Widerstands sind in der US-Patentanmeldung US 13/970,162 beschrieben, deren Inhalt hiermit in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
  • Die Verbindungsgräben 16a bis 16h können eine Erstreckung entlang der ersten lateralen Richtung X aufweisen, die größer ist als die Erstreckung der Kontaktinsel 15-1 in der ersten lateralen Richtung. Sowohl die Kontaktinsel 15-1 als auch mindestens ein Abschnitt der Kontaktschiene 15-2 können innerhalb der Oberflächenregion 101, über den Verbindungsgräben 16a bis 16h, beispielsweise vollständig über der Halbleiterregion 12, angeordnet sein.
  • Zum Beispiel werden sowohl die Gräben, die zum Bilden der Zellen verwendet werden, beispielsweise die Gräben 14a und 14b, als auch die Verbindungsgräben 16a bis 16h innerhalb derselben Fertigungsschritte ausgebildet. Auf diese Weise können die Gräben 14a, 14b und die Verbindungsgräben 16a bis 16h die gleiche Grabentiefe, d. h. die gleiche Erstreckung entlang der Erstreckungsrichtung Z, und/oder die gleiche Grabenbreite entlang der ersten lateralen Richtung Y aufweisen. Des Weiteren können die Verbindungselektroden der Verbindungsgräben 16a bis 16h aus dem gleichen Material wie die Grabenelektroden 141a und 141b gebildet werden. Das Gleiche gilt für die Isolierung der Elektroden innerhalb der Gräben. Dementsprechend können auch die Verbindungsgräben 16a bis 16h Isolatoren enthalten, die jeweilige Verbindungselektroden der Halbleiterregion 12 isolieren. Die Isolatoren können aus dem gleichen Material gebildet werden wie die Isolatoren 142a und 142b. Des Weiteren können die räumlichen Abmessungen der Isolatoren und/oder der Grabenelektroden der Gräben, die zum Bilden der Zellen verwendet werden, beispielsweise der Gräben 14a und 14b, im Wesentlichen mit den räumlichen Abmessungen der Isolatoren und Verbindungselektroden der Verbindungsgräben 16a bis 16d mindestens entlang mindestens einer der Erstreckungsrichtung Z und der ersten lateralen Richtung Y identisch sein.
  • Wie mit Bezug auf die in 1A bis 4 veranschaulichten Ausführungsformen herausgearbeitet, können auch die Steuerelektroden 15a-15o der in 5 veranschaulichten Ausführungsform elektrisch sowohl von dem ersten Lastkontakt 11 als auch von dem zweiten Lastkontakt 13 isoliert sein. Jede der Steuerelektroden 15a-15o kann eine planare Struktur aufweisen, beispielsweise eine planare Streifenstruktur, die im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung Z angeordnet ist. Des Weiteren kann, wie in 1A bis 4 veranschaulicht, die Halbleiterregion 12 mehrere Mesazonen 124a, 124b enthalten, wobei jede der Mesazonen zwischen jeweiligen zwei benachbarten Gräben der mehreren Gräben (vgl. Gräben 14a und 14b) angeordnet sein kann. Über jeder Mesazone 124a, 124b kann eine jeweilige Steuerelektrode 15a, ..., 15o angeordnet sein, wie es beispielsweise schematisch in 2A veranschaulicht ist. Des Weiteren kann jede der Steuerelektroden 15a bis 15o so angeordnet sein, dass sie mindestens einen Teil der ersten Halbleiterkontaktzonen 121a, 121b bedeckt, die innerhalb der Mesazonen 124a, 124b angeordnet sein können.
  • Zusätzlich oder alternativ zu den Verbindungsgräben 16a bis 16h, die die Kontaktinsel 15-1 elektrisch mit der Kontaktschiene 15-2 verbinden, können auch weitere verbundene Gräben (nicht veranschaulicht) angeordnet sein, die die Kontaktschiene 15-2 elektrisch mit den Steuerelektroden 15-a bis 15-o verbinden. Solche weiteren Verbindungsgräben können jeweils auch eine Widerstandsregion umfassen, die einen lokal erhöhten ohmschen Widerstand aufweist, um einen ohmschen Gesamtwiderstand in einem Pfad zu erhöhen, der die Kontaktschiene 15-2 mit den Steuerelektroden 15a bis 15o koppelt. Außerdem kann die Source-Elektrode 10 (in 5 nicht veranschaulicht) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 mittels weiterer Verbindungsgräben (nicht veranschaulicht) verbunden sein, um das Erreichen eines spezifischen Source-Widerstands beispielsweise mittels Elektroden zu erlauben, die in den weiteren Verbindungsgräben enthalten sind.
  • 6 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer weiteren Ausführungsform der Halbleitervorrichtung 1, und 7 veranschaulicht einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts der Ausführungsform. Die Struktur der in 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der in 5 veranschaulichten Ausführungsform. Auf diese Weise gilt, was oben mit Bezug auf die in 5 veranschaulichte Ausführungsform gesagt wurde, auch für die in 6 veranschaulichte Ausführungsform, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes ausgesagt wird.
  • Dementsprechend umfasst die Halbleitervorrichtung 1 eine Halbleiterregion 12, die sich entlang einer Erstreckungsrichtung Z erstreckt und dafür konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten. Zum Beispiel weist die Halbleiterregion 12 einen Aufbau auf, wie er schematisch in einer oder mehreren der 1A bis 4 veranschaulicht ist. Auf diese Weise kann die Halbleiterregion 12 beispielsweise mehrere der Transistorzellen und/oder Diodenzellen umfassen.
  • Des Weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 eine Oberflächenregion 101 umfassen, die über der Halbleiterregion 12 angeordnet und mit der Halbleiterregion 12 gekoppelt - beispielsweise mechanisch gekoppelt - ist. Und es kann mindestens eine Elektrode (in den 6 und 7 nicht veranschaulicht) zum Steuern des Laststroms bereitgestellt werden, wobei die mindestens eine Elektrode innerhalb der Oberflächenregion 101 angeordnet sein kann. Zum Beispiel weist die Steuerelektrode eine planare Struktur auf und ist vollständig mit der Oberflächenregion 101 versehen. In einer Ausführungsform ist die mindestens eine Elektrode eine Steuerelektrode, beispielsweise die Steuerelektrode 15 (Steuerelektroden 15a-o), wie in den 1A-5 veranschaulicht, oder eine Source-Elektrode, beispielsweise die Source-Elektrode 10, wie in den 3-4 veranschaulicht.
  • Zum Beispiel umfasst die Halbleitervorrichtung 1 gemäß den 6 und 7 eine Verbindungsschicht 15-4, wobei die Verbindungsschicht 15-4 vollständig innerhalb der Oberflächenregion 101, beispielsweise vollständig über der Halbleiterregion 12, angeordnet sein kann. Die Verbindungsschicht 15-4 kann auf gleicher Höhe wie die mindestens eine Elektrode angeordnet sein und kann beispielsweise innerhalb derselben Fertigungsschritte wie die mindestens eine Elektrode gebildet werden. Zum Beispiel umfasst die Verbindungsschicht 15-4 Polysilizium.
  • Des Weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 eine Kontaktinsel 15-1 umfassen, die innerhalb der Oberflächenregion 101 und über der Verbindungsschicht 15-4 angeordnet ist. Die Kontaktinsel 15-1 kann so angeordnet sein, dass sie durch einen Bonddraht oder eine Klammer kontaktiert wird, und kann mindestens einen Teil des Steuerungsanschlusses 18 bilden (vgl. 2A-4). Des Weiteren kann die Halbleitervorrichtung 1 eine Kontaktschiene 15-2 umfassen, die innerhalb der Oberflächenregion 101 und über der Verbindungsschicht 15-4 angeordnet ist, wobei die Kontaktschiene 15-2 separat von der Kontaktinsel 15-1 angeordnet sein kann und elektrisch mit der mindestens einen Steuerelektrode 15a gekoppelt sein kann. Wie bereits mit Bezug auf 5 erläutert, kann die Kontaktschiene 15-2 im Wesentlichen dem Verlauf der Randregion 1-2 der Halbleitervorrichtung 12 folgen. Sowohl die Kontaktschiene 15-1 als auch die Kontaktinsel 15-2 können von der Verbindungsschicht 15-4, entlang der Erstreckungsrichtung Z, mittels einer oder mehrerer Schichten einer Isolierregion 152 beabstandet sein, wie unten noch ausführlicher erläutert wird.
  • Die Halbleitervorrichtung 1 kann des Weiteren mindestens einen ersten Kontaktstecker 15-11 umfassen, wobei sich der mindestens eine erste Kontaktstecker 15-11 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstreckt und die Kontaktinsel 15-1 elektrisch mit der Verbindungsschicht 15-4 verbindet. Die Halbleitervorrichtung 1 kann des Weiteren mindestens einen zweiten Kontaktstecker 15-21 umfassen, wobei sich der mindestens eine zweite Kontaktstecker 15-21 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstreckt und die Kontaktschiene 15-2 elektrisch mit der Verbindungsschicht 15-4 verbindet. Zum Beispiel erstrecken sich der mindestens eine erste Kontaktstecker 15-11 und der mindestens eine zweite Kontaktstecker 15-21 in die Verbindungsschicht 15-4 entlang der Erstreckungsrichtung Z, d. h. um eine Distanz von mindestens 50 nm oder mindestens 100 nm.
  • Somit kann ein Pfad, der ein Steuersignal, das von dem Bonddraht oder der Klammer kommend empfangen wird, elektrisch an die mindestens eine Elektrode überträgt, Folgendes umfassen: die Kontaktinsel 15-1, den mindestens einen ersten Kontaktstecker 15-11, die Verbindungsschicht 15-4, den mindestens einen zweiten Kontaktstecker 15-21, die Kontaktschiene 15-2 und die mindestens eine Elektrode. Alle der oben erwähnten Komponenten können vollständig innerhalb der Oberflächenregion 101, d. h. vollständig über der Halbleiterregion 12, angeordnet sein. Ein Widerstand des Pfades kann mittels mindestens eines von Folgendem justiert werden: eine Distanz zwischen dem mindestens einen ersten Kontaktstecker 15-11 und dem mindestens einen zweiten Kontaktstecker 15-21 entlang der ersten lateralen Richtung Y; eine Anzahl erster Kontaktstecker 15-11; eine Anzahl zweiter Kontaktstecker 15-21; das Material des mindestens einen ersten Kontaktsteckers 15-11 und/oder das Material des mindestens einen zweiten Kontaktsteckers 15-21; und die Distanz, um die sich mindestens einer des mindestens einen ersten Kontaktsteckers 15-11 und des mindestens einen zweiten Kontaktsteckers 15-21 in den Verbindungsschicht 15-4 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstreckt.
  • Wie in 6 veranschaulicht, können mehr als nur ein erster Kontaktstecker 15-11 und mehr als nur ein zweiter Kontaktstecker 15-21 vorhanden sein. Die Anzahl erster Kontaktstecker 15-11 und die Anzahl zweiter Kontaktstecker 15-21 können beispielsweise dergestalt gewählt werden, dass eine Anforderung mit Bezug auf eine maximale Stromdichte mit den Steckern 15-11 und 15-21 erfüllt wird.
  • Zum Beispiel können die Stecker 15-11 und 15-21 jeweils mittels sogenannter Kontaktnuten, beispielsweise kleiner Gräben, realisiert werden.
  • Wir wenden uns nun ausführlicher dem Teil des vertikalen Querschnitts der Halbleitervorrichtung 1 zu, der schematisch in 7 veranschaulicht ist. Es wird eine beispielhafte Konfiguration der Isolierregion 152 erläutert. Zum Beispiel kann die Verbindungsschicht 15-4 elektrisch von der Halbleiterregion 12 mittels der Isolierregion 152 isoliert sein. Die Isolierregion 152 kann eine Anzahl von Schichten umfassen, beispielsweise eine erste Schicht 152-1, die sowohl mit der Halbleiterregion 12 auf der einen Seite als auch mit der Verbindungsschicht 15-4 auf der anderen Seite in Kontakt steht. Eine solche erste Isolierungsschicht 152-1 kann beispielsweise aus einem Feldoxid (FOX) bestehen. Eine zweite Isolierungsschicht 152-2 und eine dritte Isolierungsschicht 152-3 können auf der Verbindungsschicht 15-4 angeordnet sein und können verwendet werden, um beispielsweise eine elektrische Isolierung vor dem ersten Lastkontakt 11 (in 7 nicht veranschaulicht) und der Kontaktinsel 15-1 und der Kontaktschiene 15-2 zu bilden. Zum Beispiel kann die zweite Isolierungsschicht 152-2 aus einem undotierten Silikatglas (USG) bestehen. Des Weiteren kann die dritte Isolierungsschicht 152-3 beispielsweise aus Borphophosilikatglas (BPSG) bestehen.
  • Es versteht sich, dass die Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung 1, die schematisch in 5, in 6 und in 7 veranschaulicht sind, eines oder mehrere der Merkmale der Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung 1 aufweisen können, die schematisch in 1A, 1B, 2A, 2B, 2C, 3 und/oder 4 veranschaulicht sind. Im Folgenden werden kurz einige Beispiele optionaler Merkmale der Ausführungsformen gemäß 5, 6 und 7 beschrieben. Die unten erwähnten Bezugszeichen können sich auch auf 1A bis 4 beziehen. Des Weiteren wurden die unten kurz beschriebenen optionalen Merkmale oben bereits mit Bezug auf 1A bis 4 ausführlicher erläutert.
  • Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 gemäß 5, 6 und/oder 7 des Weiteren mindestens zwei Gräben 14a, 14b umfassen (vgl. zum Beispiel 1A), die sich in die Halbleiterregion 12 entlang der Erstreckungsrichtung Z erstrecken, und die Halbleiterregion 12 kann eine Mesazone 124 enthalten, wobei die Mesazone 124 zwischen den zwei Gräben 14a, 14b angeordnet ist. Zum Beispiel wird die Mesazone 124 lateral durch die zwei Gräben 14a, 14b begrenzt. Die mindestens eine Elektrode kann eine Steuerelektrode 15 sein, beispielsweise eine Gate-(G) Elektrode, die eine planare Struktur aufweist und die über der Mesazone 124 angeordnet ist.
  • Des Weiteren kann jeder Graben 14a, 14b eine Grabenelektrode 141a, 141b und einen Isolator 142a, 142b umfassen, der die jeweilige Grabenelektrode 141a, 141b von der Halbleiterregion 12 isoliert. Zum Beispiel bilden die Grabenelektroden 141a, 141b eine Kompensationsstruktur innerhalb der Halbleiterregion 12. Zu diesem Zweck können die Grabenelektroden 141a, 141b beispielsweise als Feldplatten implementiert werden.
  • Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 gemäß 5, 6 und/oder 7 des Weiteren einen ersten Lastkontakt 11 und einen zweiten Lastkontakt 13 umfassen, und die Halbleiterregion 12 kann zwischen dem ersten Lastkontakt 11 und dem zweiten Lastkontakt 13 angeordnet sein (vgl. zum Beispiel 1A). Wie oben erläutert wurde, kann der erste Lastkontakt ein Source (S)-Kontakt sein, und der zweite Lastkontakt kann ein Drain (D)-Kontakt sein.
  • Jede Grabenelektrode 141a, 141b kann elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbunden sein. Auf diese Weise kann das elektrische Potenzial der Grabenelektroden 141a und 141b mit dem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts im Wesentlichen identisch sein.
  • Die Mesazone 124 kann eine erste Halbleiterkontaktzone 121 enthalten, die eine Halbleiter-Body-Region 121-1 und eine Halbleiter-Source-Region 121-3 umfasst, wobei die Halbleiter-Source-Region 121-3 elektrisch mit dem ersten Lastkontakt 11 verbunden ist und mit der Halbleiter-Body-Region 121-1 in Kontakt steht (vgl. zum Beispiel 1A).
  • Wie beispielsweise in 1A schematisch veranschaulicht, kann die Steuerelektrode 15 eine planare Struktur aufweisen und kann über der ersten Halbleiterkontaktzone 121 angeordnet sein. Des Weiteren kann die Steuerelektrode 15 elektrisch von der Halbleiterregion 12, dem ersten Lastkontakt 11 und dem zweiten Lastkontakt 13 isoliert sein. Wie mit Bezug auf die 5 bis 7 erläutert wurde, kann die Steuerelektrode 15 elektrisch mit der Kontaktschiene 15-2 verbunden sein, wobei die Kontaktschiene 15-2 mittels der einen oder der mehreren Verbindungselektroden des mindestens einen Verbindungsgrabens 16a oder mittels der Verbindungsschicht 15-4 elektrisch mit der Kontaktinsel 15-1 gekoppelt sein kann.
  • Zum Beispiel kann die Halbleitervorrichtung 1 gemäß 5, 6 und/oder 7 dafür konfiguriert sein, einen Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial der Steuerelektrode 15 und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts 11 herzustellen. Zum Beispiel umfasst der Laststrompfad, in einem vertikalen Querschnitt der Mesazone 124, nur einen einzelnen Inversionskanal, wobei der einzelne Inversionskanal in der Halbleiter-Body-Region 121-1 enthalten ist. Dieses optionale Merkmal wurde oben bereits ausführlich erläutert.
  • Die Ausführungsformen, die schematisch in 1A bis 7 veranschaulicht und oben beschrieben wurden, enthalten die Anerkenntnis der Tatsache, dass ein vertikaler Leistungs-MOSFET mit Bezug auf einen kleinen Ein-Zustandswiderstand (RDSon) optimiert werden kann. Zu diesem Zweck können sogenannte Kompensationsstrukturen verwendet werden. Solche Vorrichtungen werden auch als „Superübergangsvorrichtungen“ oder als „CoolMOS-Vorrichtungen“ bezeichnet. Zum Beispiel kann eine Kompensation mittels vertikaler Feldplatten erreicht werden, wie sie beispielhaft gemäß den oben veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden. Während der Ein-Zustandswiderstand mittels der vertikalen Feldplatten signifikant reduziert werden kann, beispielsweise mittels der Grabenelektroden 141a und 141b, kann die Ausgangsladung der Halbleitervorrichtung unter Umständen zunehmen, wodurch die dynamischen Verluste vergrößert werden, beispielsweise Schaltverluste der Halbleitervorrichtung. Des Weiteren kann eine solche Ausgangsladung während Schaltprozessen Überspannungen induzieren, die die Halbleitervorrichtung beschädigen können und die Verluste erhöhen. Es kann zweckmäßig sein, die Schaltverluste zu verringern.
  • Gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen kann die Gate-Drain-Ladung (QGD) unter Verwendung planarer Gate-Elektroden, wie zum Beispiel der Steuerelektrode, verringert werden. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode mit einer planaren Struktur eine präzise Steuerung der Gate-Drain-Ladung erlauben, beispielsweise mittels einer exakt definierten Überlappung entlang der ersten lateralen Richtung zwischen der Stromspreizungsregion und der Steuerelektrode. Zu diesem Zweck kann die Stromspreizungsregion beispielsweise mittels eines Implantierungsprozesses gebildet werden, der mit Bezug auf die Steuerelektrode selbstausrichtend ist. Des Weiteren kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen mittels eines reduzierten Mittenabstands P, was zu einer asymmetrischen Struktur der Zelle führen kann, wie beispielsweise in 1A beispielhaft und schematisch veranschaulicht ist, eine weitere Verringerung des Ein-Zustandswiderstands erreicht werden, da beispielsweise die Dotierungskonzentration der Driftzone erhöht werden kann.
  • Zum Beispiel können die Stromspreizungsregionen mit einer höheren Dotierungskonzentration als die Driftzone bereitgestellt werden, um beispielsweise eine Ausspreizung des Laststroms zu erlauben, beispielsweise eine Ausspreizung des Inversionskanals innerhalb der Mesazone. Dadurch kann eine im Wesentlichen homogene Stromdichte sogar innerhalb der asymmetrisch strukturierten Mesazone erreicht werden, was zu einem weiter reduzierten Ein-Zustandswiderstand führen kann.
  • Des Weiteren kann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ein spezifischer Gate-Reihenwiderstand mittels der Kontaktstecker und der Verbindungsschicht und/oder durch die Verbindungselektroden erzeugt werden, die innerhalb der Verbindungsgräben vorhanden sind, die beispielsweise die Kontaktschiene mit der Kontaktinsel verbinden können, wobei die Kontaktschiene elektrisch mit den Steuerelektroden verbunden sein kann. Wie oben erläutert wurde, kann mittels solcher Verbindungselektroden eine Widerstandsregion, die einen lokal erhöhten Widerstand aufweist, erreicht werden, beispielsweise durch Verwendung entsprechender Materialien und/oder durch Variieren einer Querschnittsfläche der Verbindungselektroden.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschrieben Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, solange die Merkmale nicht ausdrücklich als zueinander alternativ beschrieben sind.
  • Um das Verstehen beispielhafter Ausführungsformen, die schematisch in den Zeichnungen veranschaulicht sind, zu erleichtern, wurde die Steuerelektrode 15 gelegentlich mit einem „G“ bezeichnet, was eine Abkürzung für „Gate“ sein kann. Der erste Lastkontakt 11 wurde gelegentlich mit einem „S“ bezeichnet, was eine Abkürzung für „Source“ sein kann. Der zweite Lastkontakt 13 wurde gelegentlich mit einem „D“ bezeichnet, was eine Abkürzung für „Drain“ sein kann. Jedoch sollen diese Bezeichnungen nicht einschränkend sein. Obgleich zum Beispiel die Drain-Regionen, einschließlich beispielsweise eines Abschnitts der zweiten Lastkontaktzone 13, und die Source-Regionen, einschließlich beispielsweise eines Abschnitts des ersten Lastkontakts 11, auf gegenüberliegenden Seiten der Halbleitervorrichtung 1 veranschaulicht wurden, versteht es sich, dass die Halbleitervorrichtung 1 auch eine sogenannte „Drain-up“-Konfiguration aufweisen kann, beispielsweise eine Konfiguration, bei der sowohl die Source- als auch die Drain-Metallisierungen auf einer gemeinsamen Seite der Halbleitervorrichtung 1, beispielsweise einer Vorderseite der Halbleitervorrichtung 1, angeordnet sind.
  • Im oben Dargelegten wurden Ausführungsformen erläutert, die sich auf Halbleitervorrichtungen beziehen. Zum Beispiel basieren diese Halbleitervorrichtungen auf Silizium (Si). Dementsprechend ist eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht, beispielsweise die Halbleiterregionen 12, 121, 122, 123, 124, 125 von beispielhaften Ausführungsformen, in der Regel eine monokristalline Si-Region oder Si-Schicht. In anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silizium verwendet werden.
  • Es versteht sich jedoch, dass die Halbleiterregionen 12, 121, 122, 123, 124, 125 aus jedem beliebigen Halbleitermaterial bestehen können, das für die Herstellung einer Halbleitervorrichtung geeignet ist. Zu Beispielen solcher Materialien gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, elementare Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbundhalbleitermaterialien, wie zum Beispiel Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indium-Gallium-Phosphid (InGaPa), Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Aluminium-Indium-Nitrid (AlInN), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid (AlGaInN) oder Indium-Gallium-Arsenid-Phosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilber-Cadmium-Tellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die oben erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als Homoübergangs-Halbleitermaterialien bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien entsteht ein Heteroübergangs-Halbleitermaterial. Zu Beispielen von Heteroübergangs-Halbleitermaterialien gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid (AlGaInN), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid (AlGaInN), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Gallium-Nitrid (GaN), Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Gallium-Nitrid (GaN), Indium-Gallium-Nitrid (InGaN), Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN), Silizium-Silizium-Carbid (SixC1-x) und Silizium-SiGe-Heteroübergangs-Halbleitermaterialien. Für Leistungshalbleitervorrichtungsanwendungen werden derzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „unterer“, „über“, „oberhalb“ und dergleichen, werden zur Vereinfachung der Beschreibung zum Erläutern der Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element verwendet. Diese Begriffe sind so zu verstehen, dass sie auch andere Ausrichtungen des Bauelements umfassen als die Ausrichtungen, die in den Figuren gezeigt sind. Des Weiteren werden auch Begriffe wie zum Beispiel „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben, und sind ebenfalls nicht in einem einschränkenden Sinn zu verstehen. Gleiche Begriffe bezeichnen in der Beschreibung stets gleiche Elemente.
  • Im Sinne des vorliegenden Textes sind die Begriffe „mit“, „aufweisen“, „enthalten“, „umfassen“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein von genannten Elementen oder Merkmalen anzeigen, aber nicht das Vorhandensein weiterer Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel „ein/eine/einer“ oder „der/die/das“ sind so zu verstehen, dass sie die Mehrzahlbedeutung und die Einzahlbedeutung beinhalten, sofern der Kontext nicht eindeutig ein anderes Verständnis nahelegt.

Claims (19)

  1. Halbleitervorrichtung (1), die einen ersten Lastkontakt (11), einen zweiten Lastkontakt (13) und eine Halbleiterregion (12) umfasst, die dafür konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt (11) und dem zweiten Lastkontakt (13) mindestens in Vorwärtsrichtung zu leiten, wobei die Halbleiterregion (12) Folgendes enthält: - eine erste Halbleiterkontaktzone (121), die eine Halbleiter-Body-Region (121-1) und eine Halbleiter-Source-Region (121-3) umfasst, wobei die Halbleiter-Source-Region (121-3) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden ist und mit der Halbleiter-Body-Region (121-1) in Kontakt steht; - eine zweite Halbleiterkontaktzone (123), die elektrisch mit dem zweiten Lastkontakt (13) verbunden ist; - eine Halbleiterdriftzone (122), die die erste Halbleiterkontaktzone (121) mit der zweiten Halbleiterkontaktzone (123) koppelt, wobei die Halbleiter-Body-Region (121-1) die Halbleiter-Source-Region (121-3) von der Halbleiterdriftzone (122) isoliert; wobei die Halbleitervorrichtung (1) des Weiteren in einem vertikalen Querschnitt Folgendes umfasst: - mindestens zwei Gräben (14a, 14b), die sich in die Halbleiterregion (12) entlang einer Erstreckungsrichtung (Z) erstrecken, die von der ersten Halbleiterkontaktzone (121) zu der zweiten Halbleiterkontaktzone (123) weist, wobei jeder Graben eine Grabenelektrode (141a, 141b) und einen Isolator (142a, 142b) umfasst, der die jeweilige Grabenelektrode (141a, 141b) von der Halbleiterregion (12) isoliert, wobei die Halbleiterregion (12) eine Mesazone (124) umfasst, die zwischen den mindestens zwei Gräben (14a, 14b) angeordnet ist, wobei die Mesazone (124) die erste Halbleiterkontaktzone (121) enthält; wobei die Halbleitervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, einen Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung herzustellen, wobei der Laststrompfad, in einem vertikalen Querschnitt der Mesazone (124), nur einen einzelnen Inversionskanal umfasst, wobei der einzelne Inversionskanal in der Halbleiter-Body-Region (121-1) enthalten ist; wobei die Halbleitervorrichtung (1) des Weiteren eine Steuerelektrode (15, 15a-15o) umfasst, die über der ersten Halbleiterkontaktzone (121) angeordnet ist, wobei die Halbleitervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, den Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial der Steuerelektrode (15, 15a-15o) und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts (11) herzustellen; und wobei die Halbleitervorrichtung (1) des Weiteren eine Source-Elektrode (10) umfasst, die über der Mesazone (124) und separat von der Steuerelektrode (15, 15a-15o) angeordnet ist, wobei die Source-Elektrode (10) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden und von der Steuerelektrode (15, 15a-15o) isoliert ist.
  2. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Vorwärtsrichtung innerhalb des vertikalen Querschnitts der Mesazone (124) nur einen einzigen Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang (11-1) innerhalb der Mesazone (124) umfasst, wobei der Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang (11-1) durch einen Übergang zwischen der Halbleiter-Source-Region (121-3) und dem ersten Lastkontakt (11) gebildet wird.
  3. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang (11-1) einen Bereich parallel zu der Erstreckungsrichtung (Z) aufweist, so dass der Laststrom, wenn er den Erster-Lastkontakt-zu-Halbleiter-Übergang (11-1) kreuzt, in einer Richtung senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (Z) fließt.
  4. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterregion (12) eine dritte Halbleiterkontaktzone (125) umfasst, die in der Mesazone (124) enthalten ist, wobei die dritte Halbleiterkontaktzone (125) unter der Source-Elektrode (10) angeordnet ist und in Kontakt mit dem ersten Lastkontakt (11) steht.
  5. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei: - die Halbleiterregion (12) ebenfalls dafür konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastkontakt (11) und dem zweiten Lastkontakt (13) in einer Sperrrichtung zu leiten, die der Vorwärtsrichtung entgegengesetzt ist; - die Halbleitervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, einen weiteren Laststrompfad zum Leiten des Laststroms in der Sperrrichtung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem elektrischen Potenzial des zweiten Lastkontakts (13) und einem elektrischen Potenzial des ersten Lastkontakts (11) herzustellen, wobei der weitere Laststrompfad, in einem vertikalen Querschnitt der Mesazone (124), einen Inversionskanal und/oder einen Akkumulationskanal enthält, die in der dritten Halbleiterkontaktzone (125) enthalten sind.
  6. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jede der Grabenelektroden (141a, 141b) eine Feldplattenelektrode umfasst.
  7. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jede der Grabenelektroden (141a, 141b) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden ist.
  8. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei jede der Grabenelektroden (141a, 141b) einen ersten Elektrodenteil (141a-1) und einen zweiten Elektrodenteil (141a-2), der elektrisch von dem ersten Elektrodenteil (141a-1) durch den Isolator (142a, 142b) isoliert ist, umfasst, wobei der erste Elektrodenteil (141a-1) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden ist.
  9. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei eine Distanz (P) zwischen den mindestens zwei Gräben (14a, 14b) in einer ersten lateralen Richtung (Y) senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (Z) weniger als 1,5 µm beträgt.
  10. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterdriftzone (122) des Weiteren innerhalb der Mesazone (124) eine Halbleiter-Stromspreizungsregion (121-4a, 121-4b) umfasst, die dafür konfiguriert ist, den Laststrompfad zu spreizen, wobei die Halbleiter-Stromspreizungsregion (121-4a, 121-4b) in Kontakt mit der Halbleiter-Body-Region (121-1) positioniert ist.
  11. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei sich die Halbleiter-Stromspreizungsregion (121-4a, 121-4b) in einer ersten lateralen Richtung (Y) senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (Z) von dem Isolator (142a, 142b) eines ersten der mindestens zwei Gräben (14a, 14b) zu dem Isolator (142a, 142b) eines zweiten der mindestens zwei Gräben (14a, 14b) erstreckt.
  12. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei mindestens einer der mindestens zwei Gräben (14a, 14b) eine innere Region (143a, 143b) aus einem nichtleitenden Material aufweist, wobei die innere Region (143a, 143b) von der Grabenelektrode (141a, 141b) des mindestens einen Grabens (14a, 14b) umgeben ist.
  13. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: - eine Oberflächenregion (101), die über der Halbleiterregion (12) angeordnet ist und mit der Halbleiterregion (12) gekoppelt ist, wobei die Steuerelektrode (15, 15a-15o) innerhalb der Oberflächenregion (101) angeordnet ist; - mindestens einen Verbindungsgraben (16a-16h), der sich in der Halbleiterregion (12) entlang der Erstreckungsrichtung (Z) erstreckt, wobei der mindestens eine Verbindungsgraben (16a-16h) eine Verbindungselektrode enthält; - eine Kontaktinsel (15-1), die innerhalb der Oberflächenregion (101) angeordnet ist; und - eine Kontaktschiene (15-2), die innerhalb der Oberflächenregion (101) angeordnet ist und separat sowohl von der Kontaktinsel (15-1) als auch von der Steuerelektrode (15, 15a-15o) angeordnet ist, wobei die Kontaktinsel (15-1), die Kontaktschiene (15-2) und die Steuerelektrode (15, 15a-15o) elektrisch miteinander gekoppelt sind, wobei entweder sowohl die Kontaktinsel (15-1) als auch die Kontaktschiene (15-2) oder sowohl die Kontaktschiene (15-2) als auch die Steuerelektrode (15, 15a-15o) elektrisch mit der Verbindungselektrode des mindestens einen Verbindungsgrabens (16a-16h) verbunden sind.
  14. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei die mindestens eine Steuerelektrode (15, 15a-15o) eine planare Streifenstruktur aufweist, die senkrecht zu der Erstreckungsrichtung (Z) angeordnet ist.
  15. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 13, die mehrere Gräben (14a, 14b) umfasst, die sich in die Halbleiterregion (12) entlang der Erstreckungsrichtung (Z) erstrecken, wobei die Halbleiterregion (12) mehrere Mesazonen (124) enthält, wobei jede der Mesazonen (124) zwischen jeweiligen zwei benachbarten Gräben (14a, 14b) der mehreren Gräben (14a, 14b) angeordnet ist, und wobei die mindestens eine Steuerelektrode (15, 15a-15o) über einer der Mesazonen (124) angeordnet ist.
  16. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 15, wobei die Mesazone (124) eine erste Halbleiterkontaktzone (121) enthält, die elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden ist, wobei die mindestens eine Steuerelektrode (15, 15a-15o) eine planare Struktur aufweist, die auf die erste Halbleiterkontaktzone (121) mit Bezug auf die Erstreckungsrichtung (Z) ausgerichtet ist, um mindestens einen Teil der ersten Halbleiterkontaktzone (121) zu bedecken.
  17. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 13, wobei die Verbindungselektrode eine Widerstandsregion umfasst, die einen lokal erhöhten ohmschen Widerstand aufweist, um einen ohmschen Gesamtwiderstand in einem Pfad zu erhöhen, der die Kontaktinsel (15-1) mit der Steuerelektrode (15, 15a-15o) koppelt, bzw. in einem Pfad, der die Kontaktschiene (15-2) mit der mindestens einen Steuerelektrode (15, 15a-15o) koppelt.
  18. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: - eine Oberflächenregion (101), die über der Halbleiterregion (12) angeordnet ist und mit der Halbleiterregion (12) gekoppelt ist, wobei die Steuerelektrode (15, 15a-15o), die dafür konfiguriert ist, den Laststrom zu steuern, innerhalb der Oberflächenregion (101) angeordnet ist; - eine Verbindungsschicht (15-4), die innerhalb der Oberflächenregion (101) angeordnet ist; - eine Kontaktinsel (15-1), die innerhalb der Oberflächenregion (101) und über der Verbindungsschicht (15-4) angeordnet ist; - eine Kontaktschiene (15-2), die innerhalb der Oberflächenregion (101) und über der Verbindungsschicht (15-4) angeordnet ist, wobei die Kontaktschiene (15-2) separat von der Kontaktinsel (15-1) angeordnet ist und elektrisch mit der Steuerelektrode (15, 15a-15o) gekoppelt ist; - mindestens einen ersten Kontaktstecker (15-11), der sich entlang der Erstreckungsrichtung (Z) erstreckt und die Kontaktinsel (15-1) elektrisch mit der Verbindungsschicht (15-4) verbindet; und - mindestens einen zweiten Kontaktstecker (15-21), der sich entlang der Erstreckungsrichtung (Z) erstreckt und die Kontaktschiene (15-2) elektrisch mit der Verbindungsschicht (15-4) verbindet.
  19. Halbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 18, wobei die Halbleiterregion (12) zwischen dem ersten Lastkontakt (11) und dem zweiten Lastkontakt (13) angeordnet ist, wobei: - jede Grabenelektrode (141a, 141b) elektrisch mit dem ersten Lastkontakt (11) verbunden ist; und - die Steuerelektrode (15, 15a-15o) elektrisch von der Halbleiterregion (12), dem ersten Lastkontakt (11) und dem zweiten Lastkontakt (13) isoliert ist.
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