DE102019103899A1 - Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleiterbauelements - Google Patents

Leistungshalbleiterbauelement und Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleiterbauelements Download PDF

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Philip Christoph Brandt
Manfred Pfaffenlehner
Francisco Javier Santos Rodriguez
Steffen Schmidt
Frank Umbach
Frank Dieter Pfirsch
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Abstract

Ein Leistungshalbleiterbauelement (1) umfasst einen Halbleiterkörper (10) und weist ein aktives Gebiet (16) und ein Randabschlussgebiet (17) auf, wobei der Halbleiterkörper (10) innerhalb des aktiven Gebiets (16) ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, und wobei das Randabschlussgebiet (17) Folgendes umfasst: ein Schutzgebiet (107) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Schutzgebiet (107) an einer Vorderseite (10-1) des Halbleiterkörpers (10) in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist und das aktive Gebiet (16) umgibt; und eine Feldplattengrabenstruktur (172), die sich von der Vorderseite (10-1) vertikal in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und zumindest teilweise mit einem leitenden Material (173) gefüllt ist, wobei das leitende Material (173) mit dem Schutzgebiet (107) elektrisch verbunden ist und außerhalb des Schutzgebiets (107) durch eine Feldplattenisolationsstruktur (1725) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist, wobei sich ein erster Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172) zumindest teilweise in das Schutzgebiet (107) erstreckt und zumindest teilweise unter einer Metallschicht (174), die an der Vorderseite (10-1) angeordnet ist, angeordnet ist; und sich ein zweiter Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) außerhalb des Schutzgebiets (107) erstreckt und den aktiven Bereich (16) vollständig umgibt, wobei sich die Metallschicht (174) nicht über dem zweiten Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) erstreckt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Ausführungsformen eines Leistungshalbleiterbauelements und Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen solch eines Leistungshalbleiterbauelements. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Beschreibung auf Ausführungsformen eines Leistungshalbleiterbauelements mit einer Randabschlussstruktur, die ein Schutzgebiet und eine Feldplattenstruktur enthält, sowie auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen solch eines Leistungshalbleiterbauelements.
  • HINTERGRUND
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Kraftfahrzeug-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa die Umwandlung von elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, sind auf Leistungshalbleiterbauelemente angewiesen. Zum Beispiel sind Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs, Insulated Gate Bipolar Transistors), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet worden, einschließlich Schaltern in Stromversorgungen und Leistungswandlern, zum Beispiel in Traktionsanwendungen, aber nicht darauf beschränkt.
  • Ein Leistungshalbleiterbauelement umfasst in der Regel einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen des Bauelements zu leiten. Falls das Leistungshalbleiterbauelement eine Transistorkonfiguration hat, kann der Laststrom ferner mittels einer isolierten Elektrode, die oftmals als Gate-Elektrode bezeichnet wird, gesteuert werden. Bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals von beispielsweise einer Treibereinheit kann die Steuerelektrode zum Beispiel das Leistungshalbleiterbauelement in einen leitenden Zustand oder einen Sperrzustand zu setzen.
  • Ferner kann das Leistungshalbleiterbauelement zum Leiten des Laststroms eine oder mehrere Leistungszellen umfassen, die in einem so genannten aktiven Gebiet des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet sein können. Das Leistungshalbleiterbauelement kann durch einen Rand lateral begrenzt werden. Zwischen dem lateralen Rand und dem aktiven Gebiet, das die eine oder die mehreren Leistungszellen umfasst, kann ein Randabschlussgebiet angeordnet sein, das eine Randabschlussstruktur umfassen kann. Solch eine Randabschlussstruktur kann dem Zweck der Beeinflussung des Verlaufs eines elektrischen Felds in dem Halbleiterkörper dienen, um zum Beispiel ein zuverlässiges Sperrvermögen des Leistungshalbleiterbauelements zu gewährleisten. Die Randabschlussstruktur kann ein oder mehrere Bauteile, die in dem Halbleiterkörper angeordnet sind, und auch ein oder mehrere Bauteile, die über einer Fläche des Halbleiterkörpers angeordnet sind, umfassen.
  • Ein gängiges Beispiel für solche Randabschlusskonzepte ist eine Kombination aus p-dotierten Feldringen (auch als Schutzringe oder Schutzgebiete bezeichnet) mit Feldplatten, wobei die Feldplatten zur Bereitstellung einer effektiven Abschirmung gegen äußere Ladungen konfiguriert sein können. Die Feldplatten können zum Beispiel ein Metall, wie zum Beispiel Aluminium, umfassen. Alternativ können solche Feldplatten aus Polysilicium gebildet sein. Zum Beispiel können in einer Randabschlussstruktur, die p-dotierte Feldringe mit n-dotierten Polysilicium-Feldplatten kombiniert, immer noch Metallschichten vorhanden sein, um einen elektrischen Kontakt zwischen einer Feldplatte und einem Feldring bereitzustellen, wodurch der Einfluss eines elektrischen Felds auf die äußeren Ränder der Metallschichten reduziert wird.
  • Es ist wünschenswert, Randabschlusskonzepte bereitzustellen, die zuverlässig sind, wie zum Beispiel robust gegenüber Zerstörung durch Korrosion, und die sich leicht in Verarbeitungsabläufe eines Leistungshalbleiterbauelements integrieren lassen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Leistungshalbleiterbauelement einen Halbleiterkörper und weist ein aktives Gebiet und ein Randabschlussgebiet auf, wobei der Halbleiterkörper innerhalb des aktiven Gebiets ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, und wobei das Randabschlussgebiet Folgendes umfasst: ein Schutzgebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Schutzgebiet an einer Vorderseite des Halbleiterkörpers in dem Halbleiterkörper enthalten ist und das aktive Gebiet umgibt; und eine Feldplattengrabenstruktur, die sich von der Vorderseite vertikal in den Halbleiterkörper erstreckt und zumindest teilweise mit einem leitenden Material gefüllt ist, wobei das leitende Material mit dem Schutzgebiet elektrisch verbunden ist und außerhalb des Schutzgebiets durch eine Feldplattenisolationsstruktur von dem Halbleiterkörper isoliert ist. Ein erster Teil der Feldplattengrabenstruktur erstreckt sich zumindest teilweise in das Schutzgebiet und ist zumindest teilweise unter einer Metallschicht, die an der Vorderseite angeordnet ist, angeordnet. Ein zweiter Teil der Feldplattengrabenstruktur erstreckt sich außerhalb des Schutzgebiets und umgibt vollständig den aktiven Bereich, wobei sich die Metallschicht nicht über dem zweiten Teil der Feldplattengrabenstruktur erstreckt.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Bilden eines Leistungshalbleiterbauelements dargeboten. Das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Halbleiterkörpers; Bilden eines aktiven Gebiets und eines Randabschlussgebiets, wobei der Halbleiterkörper innerhalb des aktiven Gebiets ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, und wobei das Bilden des Randabschlussgebiets Folgendes umfasst: Bilden eines Schutzgebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Schutzgebiet an einer Vorderseite des Halbleiterkörpers in dem Halbleiterkörper enthalten ist und das aktive Gebiet umgibt; Bilden einer Feldplattengrabenstruktur, die sich von der Vorderseite vertikal in den Halbleiterkörper erstreckt und zumindest teilweise mit einem leitenden Material gefüllt ist, wobei das leitende Material mit dem Schutzgebiet elektrisch verbunden ist und außerhalb des Schutzgebiets durch eine Feldplattenisolationsstruktur von dem Halbleiterkörper isoliert ist, wobei sich ein erster Teil der Feldplattengrabenstruktur zumindest teilweise in das Schutzgebiet erstreckt und zumindest teilweise unter einer Metallschicht, die an der Vorderseite angeordnet ist, angeordnet ist; und sich ein zweiter Teil der Feldplattengrabenstruktur außerhalb des Schutzgebiets erstreckt und den aktiven Bereich vollständig umgibt, wobei sich die Metallschichten nicht über dem zweiten Teil der Feldplattengrabenstruktur erstrecken.
  • Für den Fachmann sind bei Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei Durchsicht der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf die Veranschaulichung von Grundzügen der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1A-C jeweils schematisch und beispielhaft eine Draufsicht eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Horizontalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Horizontalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Horizontalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5A schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Vertikalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5B schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Vertikalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Horizontalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 7 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Horizontalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 8 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Horizontalquerschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann, als Veranschaulichung gezeigt werden.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „vorne“, „hinten“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in mehreren verschiedenen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist keineswegs einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die nachstehende detaillierte Beschreibung soll daher nicht in einem einschränkenden Sinne verstanden werden, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche definiert.
  • Es wird nunmehr ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt werden. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise bei oder kombiniert mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Die vorliegende Erfindung soll solche Modifikationen und Variationen mit einschließen. Die Beispiele werden unter Verwendung einer speziellen Ausdrucksweise beschrieben, die nicht als den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche einschränkend ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich veranschaulichenden Zwecken. Der Übersicht halber wurden in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, sofern nichts Anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Fläche eines Halbleitersubstrats oder einer Halbleiterstruktur beschreiben. Dies kann zum Beispiel die Fläche eines Halbleiterwafers oder eines Dies sein. Zum Beispiel können sowohl die erste laterale Richtung X als auch die zweite laterale Richtung Y, die nachstehend erwähnt werden, Horizontalrichtungen sein, wobei die erste laterale Richtung X und die zweite laterale Richtung Y senkrecht zueinander sein können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der normalen Richtung der Fläche des Halbleiterwafers/-chips/-dies, angeordnet ist. Zum Beispiel kann die nachstehend erwähnte Erstreckungsrichtung Z eine Erstreckungsrichtung sein, die sowohl zu der ersten lateralen Richtung X als auch zu der zweiten lateralen Richtung Y senkrecht ist. Die Erstreckungsrichtung Z wird hier auch als „Vertikalrichtung Z“ bezeichnet.
  • In dieser Patentschrift wird n-dotiert als „erster Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet, während p-dotiert als „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bezeichnet wird. Alternativ können entgegengesetzte Dotierungsbeziehungen verwendet werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert sein kann und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift sollen die Begriffe „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Gebieten, Bereichen, Zonen, Abschnitten oder Teilen eines Halbleiterbauelements oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Abschnitt oder Teil eines Halbleiterbauelements besteht. Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Patentschrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des jeweiligen Halbleiterbauelements besteht; zum Beispiel umfasst ein Übergang zwischen zwei in Kontakt miteinander befindlichen Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Darüber hinaus wird im Rahmen der vorliegenden Patentschrift der Begriff „elektrische Isolierung“, wenn nicht anders angegeben, im Rahmen seines allgemein gültigen Verständnisses verwendet und soll somit beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten separat voneinander angeordnet sind und dass keine diese Komponenten verbindende ohmsche Verbindung besteht. Jedoch können elektrisch voneinander isolierte Komponenten nichtsdestotrotz miteinander gekoppelt, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt, sein. Um ein Beispiel zu nennen, können zwei Elektroden eines Kondensators elektrisch voneinander isoliert, und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv, zum Beispiel mit Hilfe einer Isolierung, zum Beispiel eines Dielektrikums, miteinander gekoppelt sein.
  • In dieser Patentschrift beschriebene spezielle Ausführungsformen betreffen ein Leistungshalbleiterbauelement, das eine Streifenzellen- oder Nadelzellenkonfiguration aufweist, wie zum Beispiel ein Leistungshalbleiterbauelement, das innerhalb eines Stromrichters oder eines Netzteils verwendet werden kann, ohne darauf beschränkt zu sein. Somit kann bei solch einer Ausführungsform solch ein Bauelement dazu konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll und/oder der jeweils durch eine Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Halbleiterbauelement eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen, wie zum Beispiel eine monolithisch integrierte Diodenzelle, zum Beispiel eine monolithisch integrierte Zelle von zwei antiseriell verbundenen Dioden, eine monolithisch integrierte Transistorzelle, zum Beispiel eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle, und/oder Abwandlungen davon umfassen. Solche Dioden-/Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das mit einem aktiven Gebiet des Leistungshalbleiterbauelements angeordnet ist.
  • Der Begriff „Leistungshalbleiterbauelement“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, soll ein Halbleiterbauelement auf einem einzelnen Chip mit Fähigkeiten zum Sperren einer hohen Spannung und/oder Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten ist ein solches Leistungshalbleiterbauelement für einen hohen Strom, typischerweise im Ampere-Bereich, zum Beispiel bis zu mehreren Dutzend oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise über 15 V, typischer 100 V und darüber, zum Beispiel bis zu mindestens 500V oder sogar noch mehr, z.B. bis zu mindestens 6 kV oder mehr, bestimmt.
  • Zum Beispiel kann das unten beschriebene Leistungshalbleiterbauelement ein Halbleiterbauelement sein, das eine Streifenzellenkonfiguration oder eine zellenförmige (säulenförmige/Nadel-)Zellenkonfiguration aufweist, und kann derart konfiguriert sein, dass es als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung eingesetzt wird.
  • Zum Beispiel richtet sich der Begriff „Leistungshalbleiterbauelement“, wie er in dieser Patentschrift verwendet wird, nicht auf logische Halbleiterbauelemente, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • Die 1A bis 1C veranschaulichen jeweils schematisch und beispielhaft eine Draufsicht eines Leistungshalbleiterbauelements 1 gemäß einigen Ausführungsformen. Die veranschaulichte vertikale Projektion ist in jedem Fall parallel zu einer Ebene, die durch eine erste laterale Richtung X und eine zweite laterale Richtung Y definiert ist, und orthogonal zu einer Vertikalrichtung Z. Das Leistungshalbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit lateralen Chiprändern 109. Zum Beispiel können die Chipränder 109 durch Zerteilen von Wafern entstehen.
  • Ferner weist das Leistungshalbleiterbauelement 1 ein aktives Gebiet 16, das zum Leiten eines Laststroms (zum Beispiel im Wesentlichen entlang der Vertikalrichtung Z) konfiguriert ist, und ein Randabschlussgebiet 17, das lateral zwischen dem Chiprand 109 und dem aktiven Gebiet 16 angeordnet ist, auf. Zum Beispiel kann das aktive Gebiet ein Driftgebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp (zum Beispiel n-Typ) umfassen, das zum Leiten des Laststroms konfiguriert ist, wie in der Technik wohlbekannt ist. Wie in jeder der 1A bis 1C schematisch veranschaulicht ist, kann das aktive Gebiet 16 lateral von dem Randabschlussgebiet 17 umgeben sein.
  • Zum Beispiel umfasst das aktive Gebiet 16 eine oder mehrere Leistungszellen 14, die sich jeweils zumindest teilweise in den Halbleiterkörper 10 erstrecken. Die vorliegende Patentschrift ist nicht auf eine spezielle Art einer Konfiguration der einen oder der mehreren Leistungszellen 14 beschränkt. Vielmehr können die Leistungszellen 14 eine beliebige Konfiguration aufweisen, die für ein Leistungshalbleiterbauelement üblich ist, zum Beispiel eine Diodenkonfiguration, eine Thyristorkonfiguration, eine IGBT-Konfiguration, eine RC(Reverse Conducting - eine MGD-Konfiguration (MGD - MOS gated diode), eine Transistorkonfiguration wie beispielsweise rückwärts leitende)-IGBT-Konfiguration, eine MOSFET-Konfiguration und/oder eine beliebige aus diesen abgeleitete Konfiguration. Der Fachmann ist mit diesen Arten von Konfigurationen vertraut. Dementsprechend sind in den 1A-C die Leistungszellen 14 nur schematisch veranschaulicht, da die genaue Konfiguration kein Hauptgegenstand dieser Patentschrift ist.
  • Zum Beispiel kann die in 1A gezeigte Konfiguration einer Leistungsdiodenkonfiguration entsprechen, die eine einzige Leistungszelle 14 umfasst. Im Gegensatz dazu stellen die in den 1B und 1C veranschaulichten Konfigurationen beispielsweise Halbleiterschalterkonfigurationen (wie etwa zum Beispiel eine MOSFET- und/oder IGBT-Konfiguration) dar, wobei die Leistungszellen 14 dazu konfiguriert sein können, einen Laststrom durch Schalten des Leistungshalbleiterbauelements 1 in einen Leitungszustand oder einen Sperrzustand zu steuern. Solche Leistungszellen 14 können zum Beispiel eine Steuerstruktur, wie zum Beispiel eine MOS-Steuerstruktur, umfassen. Wie beispielhaft in 1B veranschaulicht ist, können die Leistungszellen 14 eine Streifenkonfiguration aufweisen, die sich zum Beispiel entlang der zweiten lateralen Richtung Y durch das gesamte aktive Gebiet 16 hindurch erstreckt. Bei einer anderen Ausführungsform, wie in 1C veranschaulicht ist, können die Leistungszellen 14 eine zellulare Konfiguration aufweisen, zum Beispiel mit einem Horizontalquerschnitt, der eine quadratische Form, eine rechteckige Form, eine rechteckige Form mit abgerundeten Ecken, eine kreisförmige Form oder eine ellipsenförmige Form aufweist.
  • Die eine oder die mehreren Leistungszellen 14, die in dem aktiven Gebiet 16 des Leistungshalbleiterbauelements 1 enthalten sein können, können zum selektiven Leiten eines Laststroms und Sperren einer Sperrspannung in Abhängigkeit von zum Beispiel einem Schaltzustand des Leistungshalbleiterbauelements 1 und/oder von einer Richtung, in der ein Strom und/oder eine Spannung dem Leistungshalbleiterbauelement 1 zugeführt oder daran angelegt wird, konfiguriert sein.
  • Zum Beispiel kann das Leistungshalbleiterbauelement 1 mittels der mindestens einen Leistungszelle 14 zum Unterstützen einer Sperrspannung von mindestens 300 V, von mindestens 500 V, von mindestens 600 V, von mindestens 1000 V, von mindestens 1500 V oder von mindestens 3000 V oder von sogar mehr als 6000 V konfiguriert sein. Ferner kann die mindestens eine Leistungszelle 14 eine Kompensationsstruktur aufweisen, die auch als eine „Superjunction“-Struktur bezeichnet wird.
  • Zum Beispiel kann, um die eine oder die mehreren Leistungszellen 14 zu steuern, ein (nicht veranschaulichter) Steueranschluss bereitgestellt sein, der dazu konfiguriert sein kann, ein Steuersignal an eine Steuerelektrodenstruktur der einen oder der mehreren Leistungszellen 14 weiterzuleiten. Zum Beispiel kann der Steueranschluss ein Gate-Anschluss sein. Dadurch kann das Leistungshalbleiterbauelement 1 in den Leitungszustand oder den Sperrzustand gesetzt werden. Bei einer Ausführungsform kann ein solches Steuersignal mittels Anlegen einer Spannung zwischen dem Steueranschluss und einem ersten Lastanschluss (in 1A-C nicht gezeigt) bereitgestellt werden.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf das Randabschlussgebiet 17, kann das Randabschlussgebiet 17, wie in der Technik im Grunde wohlbekannt ist, eine Randabschlussstruktur umfassen, die nicht dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zu leiten, sondern dazu konfiguriert ist, ein zuverlässiges Sperrvermögen des Leistungshalbleiterbauelements 1 (in den 1A-C nicht veranschaulicht) zu gewährleisten. Solch eine Randabschlussstruktur kann dazu konfiguriert sein, ein elektrisches Feld, das in dem Halbleiterkörper 10 in einem Sperrzustand des Leistungshalbleiterbauelements 1 vorhanden ist, lateral abzuschließen. Dazu kann die Randabschlussstruktur zum Beispiel mindestens eine Übergangsabschlusserweiterungsstruktur (JTE-Struktur, JTE - Junction Termination Extension) und eine Lateraldotierungsvariationsstruktur (VLD-Struktur, VLD - Variation of Lateral Doping) und eine kombinierte VLD-DLC-Randabschlussstruktur umfassen. Der Fachmann ist mit diesen Arten von Randabschlussstrukturen vertraut.
  • Im Folgenden wird eine Kombination aus einer Feldplattengrabenstruktur 172 und mindestens einem Schutzgebiet 107, die jeweils innerhalb des Randabschlussgebiets 17 angeordnet sind, unter Bezugnahme auf die 2-8 beschrieben. Zum Beispiel kann die Kombination aus einer Feldplattengrabenstruktur 172 und einem oder mehreren Schutzgebieten (wie zum Beispiel Schutzringen) 107 eine Randabschlussstruktur oder mindestens einen Teil einer Randabschlussstruktur bilden. Mit anderen Worten kann die bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Kombination aus einer Feldplattengrabenstruktur 172 und einem oder mehreren Schutzgebieten 107 als eine besondere Art von Feldring-/Feldplattenabschlussstruktur verwendet werden. Zum Beispiel kann bei einer Ausführungsform eine Feldring-/Feldplattenabschlussstruktur vollständig durch solch eine Kombination aus einer Feldplattengrabenstruktur 172 und einem oder mehreren Schutzgebieten 107 gebildet sein.
  • 2 veranschaulicht schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines horizontalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Genauer ist in 2 ein Abschnitt eines Horizontalquerschnitts (parallel zu der xy-Ebene) des Randabschlussgebiets 17 gezeigt, wobei sich der Horizontalquerschnitt zu einer Vorderseite 10-1 (vgl. 5A-B) des Halbleiterkörpers 10 erstreckt. Zum Beispiel kann sich der Abschnitt des Randabschlussgebiets 17 in der Nähe des linken Chiprands 109 oder in der Nähe des rechten Chiprands 109 eines der in den 1A-C gezeigten Leistungshalbleiterbauelemente 1 befinden.
  • Der veranschaulichte Abschnitt des Randabschlussgebiets 17 umfasst ein Halbleiterschutzgebiet 107 vom zweiten Leitfähigkeitstyp (zum Beispiel p-Typ). In sämtlichen Figuren ist bzw. sind das eine oder die mehreren Schutzgebiete 107, das bzw. die bei den verschiedenen Ausführungsformen vorhanden sind, als schraffierte Bereiche gezeigt. Das Schutzgebiet 107 ist an der Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 im Halbleiterkörper 10 enthalten. Ferner umgibt das Schutzgebiet 107 vollständig das aktive Gebiet 16, das in 2 nicht zu sehen ist, da sie nur einen Abschnitt des Randabschlussgebiets 17 zeigt. Für den Fachmann liegt jedoch auf der Hand, dass der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 den aktiven Bereich 16, zum Beispiel wie ein p-Ring einer herkömmlichen Feldring-/Feldplattenabschlussstruktur, vollständig umgeben kann. Dementsprechend kann das Schutzgebiet 107 auch als ein Schutzring oder ein Feldring bezeichnet werden. Wenn der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Typ ist, kann das Schutzgebiet 107 auch als p-Ring bezeichnet werden. Zum Beispiel kann das Schutzgebiet 107 als solches Feldringen, die herkömmlicherweise als Teil einer Feldring-/Feldplattenabschlussstruktur verwendet werden, ähneln oder mit ihnen identisch sein.
  • Der Teil des Schutzgebiets 107, der in 2 gezeigt ist, weist eine längliche Form auf, die sich im Wesentlichen geradlinig entlang einer lateralen Haupterstreckungsrichtung Y erstreckt. Mit anderen Worten weist der Teil des Schutzgebiets 107 in einer Draufsicht, wie in 2 gezeigt ist, im Wesentlichen die Form eines länglichen Rechtecks auf. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fällt die laterale Haupterstreckungsrichtung mit der zweiten lateralen Richtung Y zusammen. Andere Teile des Schutzgebiets 107, die außerhalb des in 2 gezeigten Abschnitts liegen, können eine andere laterale Haupterstreckungsrichtung aufweisen. Zum Beispiel können Teile des Schutzgebiets 107, die sich in der Nähe von oberen und unteren Chiprändern 109 (vgl. 1A-C) befinden, jeweils eine laterale Haupterstreckungsrichtung haben, die mit der ersten lateralen Richtung X zusammenfällt. Ferner kann das Schutzgebiet 107, das das aktive Gebiet 16 umgibt, zum Beispiel in der Nähe der Chipecken, nichtlineare Teile, wie zum Beispiel abgewinkelte oder abgerundete Teile, aufweisen.
  • Darüber hinaus umfasst das Randabschlussgebiet 17 eine Feldplattengrabenstruktur 172, die sich vertikal (das heißt entlang der Vertikalrichtung Z) von der Vorderseite 10-1 in den Halbleiterkörper 10 erstreckt. Die vertikale Erstreckung der Feldplattengrabenstruktur 17 ist in der Draufsicht von 2 nicht zu sehen. Diesbezüglich wird auf die Vertikalquerschnitte der 5A-B, die unten beschrieben werden, verwiesen.
  • Die Feldplattengrabenstruktur 172 umfasst mehrere Grabenteile, die mit einem leitenden Material 173 gefüllt sind, wobei das leitende Material 173 zum Beispiel aus Polysilicium bestehen oder dieses umfassen kann. Das leitende Material 173 ist außerhalb des Schutzgebiets 107 (wie zum Beispiel von einem n-dotierten Halbleitergebiet des Halbleiterkörpers 10) durch eine Feldplattenisolationsstruktur 1725, wie zum Beispiel ein Oxid, das jeweilige Grabenseitenwände und Grabenböden der Grabenteile bildet, von dem Halbleiterkörper 10 isoliert.
  • Ein erster Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 erstreckt sich - sowohl vertikal als auch lateral - in das Schutzgebiet 107 (siehe auch 5A-C für die vertikale Dimension). Der erste Teil 1721 ist zumindest teilweise unter einer Metallschicht 174 angeordnet, die an der Vorderseite 10-1 angeordnet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in sämtlichen Figuren die Erstreckung der Metallschicht(en) 174 gestrichelt dargestellt ist, selbst wenn sich zum Beispiel der erste Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 (mit durchgezogenen Linien gezeigt) unter der Metallschicht 174 erstreckt.
  • Ein zweiter Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 erstreckt sich (lateral) außerhalb des Schutzgebiets 107 und umgibt vollständig den aktiven Bereich 16. In 2, die lediglich einen Abschnitt des Randabschlusses 17 zeigt, ist nicht veranschaulicht, dass der zweite Teil den aktiven Bereich 16 umgibt. Für den Fachmann liegt jedoch auf der Hand, dass der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 den aktiven Bereich 16, zum Beispiel wie ein p-Ring einer herkömmlichen Feldring-/Feldplattenabschlussstruktur, vollständig umgeben kann. Die Metallschicht 174 erstreckt sich nicht über dem zweiten Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172.
  • Der erste Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 umfasst einen ersten Teil 1731 des leitenden Materials 173, der mit dem Schutzgebiet 107 elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel kann der erste Teil des leitenden Materials 173 mittels der Metallschicht 174 mit dem Schutzgebiet 107 elektrisch verbunden sein. Details der elektrischen Kontaktierung des Schutzrings 107 und des leitenden Materials 107 werden weiter unten mit Bezug auf Ausführungsbeispiele erläutert.
  • Der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 umfasst einen zweiten Teil 1732 des leitenden Materials 173, wobei der zweite Teil 1732 des leitenden Materials 173 mittels des ersten Teils 1731 des leitenden Materials 173 mit dem Schutzgebiet 107 elektrisch verbunden ist. Zum Beispiel kann der zweite Teil des leitenden Materials 173 nur über den ersten Teil des leitenden Materials 173 mit dem Schutzgebiet 107 elektrisch verbunden sein.
  • Der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172, der in 2 gezeigt ist, erstreckt sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y des Schutzgebiets 107. Der erste Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172, der in 2 gezeigt ist, erstreckt sich hingegen in Querrichtung, nämlich im Wesentlichen orthogonal zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y des Schutzgebiets 107. Somit erstreckt sich der erste Teil 1721 in Querrichtung, nämlich im Wesentlichen orthogonal, zu dem zweiten Teil 1722.
  • 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, wobei der in 3 gezeigte Abschnitt des Randabschlussgebiets 107 zwei Schutzgebiete 107 umfasst, die jeweils eine zugehörige Grabenfeldplattenstruktur 172 haben. Die Grabenfeldplattenstrukturen 172 umfassen jeweils einen ersten Teil 1721, der sich orthogonal zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y der Schutzgebiete erstreckt, und zwei zweite Teile 1722, die auf jeder Seite des jeweiligen Schutzgebiets 107 angeordnet sind und die sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y der Schutzgebiete 107 erstrecken. Wie bei der Ausführungsform von 2 umfasst die Grabenfeldstruktur 172 der in 3 gezeigten Ausführungsform ein leitendes Material mit einem ersten Teil und einem zweiten Teil (vgl. Bezugszahlen 173, 1731, 1732 in 2), das jedoch in 3 nicht explizit gezeigt ist.
  • Gemäß der Ausführungsform von 3 kann ferner ein Zwischengebiet 106 vom ersten Leitfähigkeitstyp zumindest teilweise zwischen den beiden Schutzgebieten in dem Halbleiterkörper 10 enthalten sein, wobei sich der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 zumindest teilweise in dem Zwischengebiet 106 erstreckt. Ferner ist bei einer Ausführungsform der zweite Teil des leitenden Materials, der in dem zweiten Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur angeordnet ist, nicht elektrisch mit dem Zwischengebiet 106 verbunden.
  • Es ist jeweils ein Metall 174 über dem jeweiligen ersten Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 angeordnet. Zum Beispiel kann eine Isolationsschicht zwischen jeder der Metallschichten 174 und dem zugehörigen Schutzgebiet 107 angeordnet sein. Ferner wird über jeweilige Kontaktnuten 175, die in einer Isolationsschicht 108 vorgesehen sind, eine elektrische Verbindung zwischen der Metallschicht 174 und sowohl dem Schutzgebiet 107 als auch dem ersten Teil 1731 des leitenden Materials 173 (in 3 nicht gezeigt, siehe 5A-B) hergestellt. Die Kontaktnuten erstrecken sich im Wesentlichen entlang der ersten lateralen Richtung X, das heißt orthogonal zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y der Schutzgebiete 107.
  • Die Kontaktnuten 175 können zum Beispiel mit einem leitenden Material gefüllt sein, und/oder die Metallschichten 174 können sich durch die Kontaktnuten 175 erstrecken, um sowohl mit dem jeweiligen Schutzgebiet 107 als auch dem jeweiligen ersten Teil 1731 des leitenden Materials 173 einen elektrischen Kontakt herzustellen. In 3 sind das leitende Material 173 und sein erster und zweiter Teil 1731, 1732 sowie die Feldplattenisolationsstruktur 1725 nicht getrennt gezeigt, da das Hauptaugenmerk auf die räumliche Anordnung der Schutzgebiete 107, der Grabenfeldplattenstrukturen 172 und der Kontaktnuten 175 liegt.
  • 4 zeigt eine andere Ausführungsformvariante, die der Ausführungsform von 3 ähnelt. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 3 weist bei der vorliegenden Ausführungsform jedoch jede Feldplattengrabenstruktur 172 einen ersten Teil 1721 auf, der zwei Grabenteile umfasst, die sich parallel entlang der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y des Schutzgebiets 107 erstrecken. Wie zuvor unter Bezugnahme auf 3 angeführt wurde, und ferner in den 4 und den 6-8 sind das leitende Material 173 und sein erster und zweiter Teil 1731, 1732 sowie die Feldplattenisolationsstruktur 1725 nicht getrennt gezeigt (insoweit wird auf 2 Bezug genommen). Die Kontaktnuten 175, die sich entlang der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y erstrecken, sind dazu vorgesehen, einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Teil 1731 des leitenden Materials 173 und der Metallschicht 174 sowie zwischen dem Schutzgebiet 107 und der Metallschicht 174 herzustellen. Mindestens eine der Kontaktnuten 175, die das Schutzgebiet 107 und die Metallschicht 174 kontaktiert, ist zwischen den beiden Gräben des ersten Teils 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 vorgesehen. Weitere Kontaktnuten 175 kontaktieren den ersten Teil 1731 des leitenden Materials 173 und die Metallschicht 174. Bei einer anderen Ausführungsform (nicht veranschaulicht), kann eine einzige Kontaktnut 175 vorgesehen sein, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Teil 1731 des leitenden Materials 173 und der Metallschicht 174 sowie zwischen dem Schutzgebiet 107 und der Metallschicht 174 (in 4 nicht veranschaulicht, siehe 6 und 7) herzustellen.
  • 5A zeigt einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Leistungshalbleiterbauelements 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Zum Beispiel erläutert 5A ferner, wie der elektrische Kontakt zwischen dem ersten Teil 1731 und dem Schutzgebiet 107 mittels der Metallschicht 174 hergestellt wird. Die Grundanordnung der Schutzgebiets 107 und der Feldplattengrabenstruktur 172 entspricht der Ausführungsform von 4. Somit sind gemäß der Ausführungsform von 4 Kontaktnuten 175 in der Isolationsschicht 108 vorgesehen, wobei die Kontaktnut 175 zum Kontaktieren der Schutzgebiets 107 zwischen den beiden Gräben des ersten Teils der Feldplattengrabenstruktur 172 vorgesehen ist.
  • Wie ferner in 5A zu sehen ist, ist der erste Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 vollständig (das heißt einschließlich eines Grabenbodens) in dem Schutzgebiet 107 eingebettet, zumindest, wo er unter dem Metall 174 angeordnet ist. Mit anderen Worten isoliert das Schutzgebiet 107 den ersten Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172, zumindest, wo er unter der Metallschicht 174 angeordnet ist, von den umliegenden Gebieten des Halbleiterkörpers 10.
  • Das Schutzgebiet 107 kann wiederum in einem Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp 102 eingebettet sein. Das Zwischengebiet 106 kann einen Teil des Halbleitergebiets vom ersten Leitfähigkeitstyp 102 bilden. In dem in 5A gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schutzgebiet 107 durch das Halbleitergebiet 102 von den Grabenteilen, die den zweiten Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 bilden, getrennt. Bei der in 5B gezeigten Ausführungsform ist das Schutzgebiet 107 hingegen mit einer Seitenwand eines Grabens, die Teil des zweiten Teils 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 ist (siehe linken Graben in 5B) in Kontakt. Ferner gibt es ein flaches Gebiet 107-1 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das in der Nähe der Fläche des Halbleiterkörpers 10 vorgesehen ist, die sich zwischen dem Schutzgebiet 107 und dem rechten und linken Graben des zweiten Teils 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 erstreckt. Solch ein flaches Gebiet 107-1 vom zweiten Leitfähigkeitstyp kann zum Beispiel als ein Nebenprodukt einiger Verarbeitungsschritte, zum Beispiel beim Ausbilden eines oder mehrerer Körpergebiete im aktiven Gebiet 16 des Leistungshalbleiterbauelements 1, erzeugt werden.
  • Die 6-8 zeigen weitere Ausführungsformen einer räumlichen Anordnung eines oder mehrerer Schutzgebiete 107 und einer Feldplattengrabenstruktur 172 in einem Randabschlussgebiet 17 eines Leistungshalbleiterbauelements 1. Bei diesen Ausführungsformen ist die Feldplattengrabenstruktur 172 zumindest teilweise als ein Gitter ausgebildet, das mehrere Gräben oder Grabenteile, die sich quer zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y des Körpergebiets bzw. der Körpergebiete 107 erstrecken, und mehrere Gräben oder Grabenteile, die sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung Y erstrecken, umfasst.
  • In jeder der 6 und 7 ist der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 zum Beispiel jeweils weiter weg von einem lateralen Chiprand 109 des Halbleiterkörpers 10 als das Schutzgebiet 107 angeordnet. Mit anderen Worten befindet sich der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 zwischen dem Schutzgebiet 107 und dem aktiven Gebiet 16. Bei anderen Ausführungsformen (nicht gezeigt) können umgekehrte Beziehungen gelten, so dass der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 näher an einem lateralen Chiprand 109 des Halbleiterkörpers 10 als das Schutzgebiet 107 angeordnet ist, oder, anders ausgedrückt, das Schutzgebiet 107 befindet sich zwischen dem zweiten Teil 1722 und dem aktiven Gebiet 16.
  • Die Ausführungsform von 7 unterscheidet sich insofern von der von 6, als der zweite Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 eine größere Anzahl von Gräben umfasst. Zum Beispiel können funktionale Eigenschaften einer Randabschlussstruktur durch Bereitstellen einer geeigneten Anzahl von Gräben eingestellt werden.
  • Bei den in den 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen kann ein(e) größere(s) Kontaktnut/-loch 175 verwendet werden, um einen elektrischen Kontakt zwischen dem ersten Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 und dem Schutzgebiet 107 direkt herzustellen, anstatt getrennte Kontakte 175 bereitzustellen, wie bei den Ausführungsformen der 3-5B gezeigt ist. Die (das) Kontaktnut/-loch 175 kann Teil der Metallschicht 174 sein. Bei einer anderen Ausführungsform (nicht veranschaulicht) erstreckt sich die Metallschicht 174 nicht über der (dem) größeren Kontaktnut/-loch 175.
  • 8 veranschaulicht eine andere Variante beispielsweise hinsichtlich der Anordnung der Kontaktnuten 175. Zum Beispiel kann der elektrische Kontakt zwischen dem leitenden Material 173 und dem Schutzgebiet 107 über die Metallschicht 174 mittels einer versetzten Anordnung mehrerer Kontaktnuten 175 hergestellt sein, wie beispielhaft in 8 gezeigt ist.
  • Ein Verfahren zum Bilden eines Leistungshalbleiterbauelements 1 umfasst:
    • - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers 10;
    • - Bilden eines aktiven Gebiets 16 und eines Randabschlussgebiets 17, wobei der Halbleiterkörper 10 innerhalb des aktiven Gebiets 16 ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, und wobei das Bilden des Randabschlussgebiets 17 Folgendes umfasst:
    • - Bilden eines Schutzgebiets 107 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Schutzgebiet 107 an einer Vorderseite 10-1 des Halbleiterkörpers 10 in dem Halbleiterkörper 10 enthalten ist und das aktive Gebiet 16 umgibt;
    • - Bilden einer Feldplattengrabenstruktur 172, die sich von der Vorderseite 10-1 vertikal in den Halbleiterkörper 10 erstreckt und zumindest teilweise mit einem leitenden Material 173 gefüllt ist, wobei das leitende Material 173 mit dem Schutzgebiet 107 elektrisch verbunden ist und außerhalb des Schutzgebiets 107 durch eine Feldplattenisolationsstruktur 1725 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert ist,
    wobei
    • - sich ein erster Teil 1721 der Feldplattengrabenstruktur 172 zumindest teilweise in das Schutzgebiet 107 erstreckt und zumindest teilweise unter einer Metallschicht 174, die an der Vorderseite 10-1 angeordnet ist, angeordnet ist, wobei das leitende Material 173 der Feldplattengrabenstruktur 172 mit dem Schutzgebiet 107 elektrisch verbunden ist; und
    • - sich ein zweiter Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 außerhalb des Schutzgebiets 107 erstreckt und den aktiven Bereich 16 vollständig umgibt, wobei sich die Metallschicht 174 nicht über dem zweiten Teil 1722 der Feldplattengrabenstruktur 172 erstreckt.
  • Ausführungsformen des Verfahrens zum Bilden eines oben beschriebenen Leistungshalbleiterbauelements entsprechen den Ausführungsformen des Leistungshalbleiters, wie oben beschrieben, und umgekehrt. Somit können die Merkmale der Ausführungsformen des oben beschriebenen Leistungshalbleiterbauelements durch Durchführen entsprechender Verarbeitungsverfahrensschritte erreicht werden.
  • Oben wurden Ausführungsformen, die sich auf Leistungshalbleiterschalter beziehen, und entsprechende Verarbeitungsverfahren erläutert. Zum Beispiel basieren diese Halbleiterbauelemente auf Silicium (Si). Demgemäß kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, zum Beispiel der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, zum Beispiel das Gebiet 107 usw., ein(e) monokristalline(s) Si-Gebiet oder Si-Schicht sein. Bei anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
  • Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen aus einem beliebigen Halbleitermaterial hergestellt sein können, das zur Herstellung eines Halbleiterbauelements geeignet ist. Beispiele für solche Materialien umfassen elementare Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie zum Beispiel Siliciumkarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaPa), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI-Halbleitermaterialien, wie zum Beispiel Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um nur wenige zu nennen, ohne darauf beschränkt zu sein. Die vorstehend erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homoübergangshalbleitermaterialien“ bezeichnet. Beim Kombinieren zweier verschiedener Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien umfassen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silicium-Siliciumkarbid (SixCl-x) und Silicium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien, ohne darauf beschränkt zu sein. Für Anwendungen mit Leistungshalbleiterbauelementen werden zur Zeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Sich auf Raum beziehende Begriffe, wie zum Beispiel „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „oberer“, und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber dazu verwendet, die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Diese Begriffe sollen zusätzlich zu Ausrichtungen, die von jenen, die in den Figuren veranschaulicht sind, verschieden sind, verschiedene Ausrichtungen des jeweiligen Bauelements mit einschließen. Ferner werden Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen auch zum Beschreiben verschiedener Elemente, Gebiete, Abschnitte usw. verwendet und sollen ebenfalls nicht einschränkend sein. Gleiche Begriffe beziehen sich in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „haben“, „beinhalten“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus.
  • Unter Berücksichtigung der vorstehenden Abwandlungen und Anwendungen versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt wird, noch wird sie durch die beigefügten Zeichnungen eingeschränkt. Stattdessen wird die vorliegende Erfindung lediglich durch die folgenden Ansprüche und ihre legalen Äquivalente eingeschränkt.

Claims (20)

  1. Leistungshalbleiterbauelement (1), das einen Halbleiterkörper (10) umfasst und ein aktives Gebiet (16) und ein Randabschlussgebiet (17) aufweist, wobei der Halbleiterkörper (10) innerhalb des aktiven Gebiets (16) ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, und wobei das Randabschlussgebiet (17) Folgendes umfasst: - ein Schutzgebiet (107) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das Schutzgebiet (107) an einer Vorderseite (10-1) des Halbleiterkörpers (10) in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist und das aktive Gebiet (16) umgibt; und - eine Feldplattengrabenstruktur (172), die sich von der Vorderseite (10-1) vertikal in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und zumindest teilweise mit einem leitenden Material (173) gefüllt ist, wobei das leitende Material (173) mit dem Schutzgebiet (107) elektrisch verbunden ist und außerhalb des Schutzgebiets (107) durch eine Feldplattenisolationsstruktur (1725) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist, wobei - sich ein erster Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172) zumindest teilweise in das Schutzgebiet (107) erstreckt und zumindest teilweise unter einer Metallschicht (174), die an der Vorderseite (10-1) angeordnet ist, angeordnet ist; und - sich ein zweiter Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) außerhalb des Schutzgebiets (107) erstreckt und den aktiven Bereich (16) vollständig umgibt, wobei sich die Metallschicht (174) nicht über dem zweiten Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) erstreckt.
  2. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172) einen ersten Teil (1731) des leitenden Materials (173) umfasst, das mit dem Schutzgebiet (107) elektrisch verbunden ist, und der zweite Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) einen zweiten Teil (1732) des leitenden Materials (173) umfasst, der mittels des ersten Teils (1731) des leitenden Materials (173) mit dem Schutzgebiet (107) elektrisch verbunden ist.
  3. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 2, wobei das leitende Material (173) mittels der Metallschicht (174) mit dem Schutzgebiet (107) elektrisch verbunden ist.
  4. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine elektrische Verbindung zwischen der Metallschicht (174) und sowohl dem Schutzgebiet (107) als auch dem ersten Teil (1731) des leitenden Materials (173) über jeweilige Kontaktlöcher oder Kontaktnuten (175), die in einer zwischen der Metallschicht (174) und dem Schutzgebiet (107) vorgesehenen Isolationsschicht (108) vorgesehen sind, hergestellt wird.
  5. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das leitende Material Polysilicium ist oder umfasst.
  6. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil (1722) näher an einem lateralen Chiprand (109) des Halbleiterkörpers (10) als das Schutzgebiet (107) angeordnet ist.
  7. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) weiter weg von einem lateralen Chiprand (109) des Halbleiterkörpers (10) als das Schutzgebiet (107) angeordnet ist.
  8. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172), zumindest wo er unter dem Metall (174) angeordnet ist, vollständig in dem Schutzgebiet (107) eingebettet ist.
  9. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Teil des Schutzgebiets (107) eine längliche Form aufweist, die sich im Wesentlichen geradlinig entlang einer lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstreckt.
  10. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 9, wobei die Feldplattengrabenstruktur (172) einen oder mehrere Gräben oder Grabenteile umfasst, die sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken.
  11. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 10, wobei der erste Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172) einen oder mehrere Gräben oder Grabenteile umfasst, die sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken.
  12. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei der zweite Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) einen oder mehrere Gräben oder Grabenteile umfasst, die sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken.
  13. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach den Ansprüchen 9 bis 12, wobei die Feldplattengrabenstruktur (172) einen oder mehrere Gräben oder Grabenteile umfasst, die sich quer zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken.
  14. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 13, wobei der erste Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172) einen oder mehrere Gräben oder Grabenteile umfasst, die sich quer zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken.
  15. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach Anspruch 13 oder 14, wobei der zweite Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) einen oder mehrere Gräben oder Grabenteile umfasst, die sich quer zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken.
  16. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei die Feldplattengrabenstruktur (172) zumindest teilweise als ein Gitter ausgebildet ist, das mehrere Gräben oder Grabenteile, die sich quer zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken, und mehrere Gräben oder Grabenteile, die sich parallel zu der lateralen Haupterstreckungsrichtung (Y) erstrecken, umfasst.
  17. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Randabschlussgebiet (17) Folgendes umfasst: - mindestens ein weiteres Schutzgebiet (107) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei das mindestens eine weitere Schutzgebiet (107) an einer Vorderseite (10-1) des Halbleiterkörpers (10) in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist und das aktive Gebiet (16) umgibt; und - ein Zwischengebiet (106) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das zumindest teilweise zwischen den mindestens zwei Schutzgebieten (107) in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist; wobei sich der zweite Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) zumindest teilweise in dem Zwischengebiet (106) erstreckt.
  18. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 2 und 17, wobei der zweite Teil (1732) des leitenden Materials (173) mit dem Zwischengebiet (106) nicht elektrisch verbunden ist.
  19. Leistungshalbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Leistungshalbleiterbauelement (1) mindestens eines von einem IGBT, einem MOSFET und einer Diode ist oder umfasst.
  20. Verfahren zum Verarbeiten eines Leistungshalbleiterbauelements (1), umfassend: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10); - Bilden eines aktiven Gebiets (16) und eines Randabschlussgebiets (17), wobei der Halbleiterkörper (10) innerhalb des aktiven Gebiets (16) ein Driftgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp umfasst, und wobei das Bilden des Randabschlussgebiets (17) Folgendes umfasst: - Bilden eines Schutzgebiets (107) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei der Schutzgebiet (107) an einer Vorderseite (10-1) des Halbleiterkörpers (10) in dem Halbleiterkörper (10) enthalten ist und das aktive Gebiet (16) umgibt; - Bilden einer Feldplattengrabenstruktur (172), die sich von der Vorderseite (10-1) vertikal in den Halbleiterkörper (10) erstreckt und zumindest teilweise mit einem leitenden Material (173) gefüllt ist, wobei das leitende Material (173) mit dem Schutzgebiet (107) elektrisch verbunden ist und außerhalb des Schutzgebiets (107) durch eine Feldplattenisolationsstruktur (1725) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist, wobei - sich ein erster Teil (1721) der Feldplattengrabenstruktur (172) zumindest teilweise in das Schutzgebiet (107) erstreckt und zumindest teilweise unter einer Metallschicht (174), die an der Vorderseite (10-1) angeordnet ist, angeordnet ist; und - sich ein zweiter Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) außerhalb des Schutzgebiets (107) erstreckt und den aktiven Bereich (16) vollständig umgibt, wobei sich die Metallschicht (174) nicht über dem zweiten Teil (1722) der Feldplattengrabenstruktur (172) erstreckt.
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