DE102021104532A1 - Mesa-Kontakt für MOS-gesteuerte Leistungshalbleitervorrichtung Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) umfasst: mindestens zwei Gräben (14), die sich von einer ersten Oberfläche (110) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei jeder der beiden Gräben (14) eine Grabenelektrode (141) und einen Grabenisolator (142) umfasst, und wobei der Mesaabschnitt (17) durch die beiden Gräben (14) in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang einer ersten lateralen Richtung (X) lateral begrenzt ist; einen Kontaktstopfen (111), der mit dem Body-Gebiet (102) in Kontakt ist, wobei sich der Kontaktstopfen (111) und die Grabenelektrode (141) eines ersten Grabens (14) der beiden Gräben (14) zumindest teilweise im ersten Vertikalquerschnitt lateral überlappen; und eine Schutzstruktur (145). Die Schutzstruktur weist einen in dem ersten Graben (14) angeordneten Abschnitt auf. Die Schutzstruktur ist zwischen dem Kontaktstopfen (111) und der Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) angeordnet. Die Schutzstruktur kann eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur sein. Zum Beispiel erstreckt sich die Schutzstruktur entlang der Vertikalrichtung (Z) tiefer als sowohl der Oberflächenteil (175) des Mesaabschnitts (17) als auch eine Grabenabdeckung (1423) eines zweiten Grabens (14) der beiden Gräben (14).

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen einer Leistungshalbleitervorrichtung und auf Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung. Insbesondere betrifft diese Schrift Ausführungsformen, bei denen ein Kontaktstopfen eine schmale Mesa der Leistungshalbleitervorrichtung kontaktiert.
  • 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 Leistungshalbleiterschalter 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, aber nicht darauf beschränkt.
  • Eine Leistungshalbleitervorrichtung umfasst in der Regel einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Vorwärtslaststrom entlang einem Laststrompfad zwischen zwei Lastanschlüssen der Vorrichtung zu leiten.
  • Ferner kann im Fall einer steuerbaren Leistungshalbleitervorrichtung, zum Beispiel eines Transistors, der Laststrompfad mittels einer isolierten Elektrode, die gemeinhin als Gate-Elektrode bezeichnet wird, gesteuert werden. Zum Beispiel kann die Steuerelektrode bei Empfangen eines entsprechenden Steuersignals, zum Beispiel von einer Treibereinheit, die Leistungshalbleitervorrichtung in einen vorwärts leitenden Zustand oder einen sperrenden Zustand versetzen.
  • Oftmals kann die Gate-Elektrode innerhalb eines Grabens des Leistungshalbleiterschalters enthalten sein, wobei der Graben eine Streifenkonfiguration aufweisen kann.
  • Zwei benachbarte Gräben begrenzen lateral einen Abschnitt des Halbleiterkörpers, der in der Regel als Mesa oder Mesaabschnitt bezeichnet wird. Solch eine Mesa ist in der Regel dazu konfiguriert, einen Pfad des Vorwärtslaststroms bereitzustellen, indem sie zum Beispiel ein Source-Gebiet und ein Body-Gebiet aufweist.
  • Um einen Pfad des Vorwärtslaststroms bereitzustellen, muss die Mesa mit einem der Lastanschlüsse der Leistungshalbleitervorrichtung elektrisch kontaktiert werden. Solch ein Kontakt kann zum Beispiel mittels einer Kontaktstopfenstruktur hergestellt werden, gemäß der sich ein elektrisch leitendes Material eines Kontaktstopfens in eine nutenartige Aussparung in einen mittleren Abschnitt der Mesa erstreckt, um dort sowohl das Source-Gebiet als auch das Body-Gebiet zu kontaktieren. Alternativ ist der Kontaktstopfen über und in Kontakt mit einer Oberfläche der Mesa angeordnet, um dort sowohl das Source-Gebiet als auch das Body-Gebiet zu kontaktieren.
  • Aus verschiedenen Gründen kann es wünschenswert sein, die Breite solch einer Mesa, d. h. den Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Grabenseitenwänden der benachbarten Gräben, die die Mesa lateral begrenzen, klein zu halten.
  • Mit kleiner werdender Breite der Mesa wird es jedoch auch schwieriger, sie basierend auf einer Kontaktstopfenstruktur zuverlässig zu kontaktieren.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: einen Halbleiterkörper, der eine erste Oberfläche und einen Mesaabschnitt umfasst, wobei der Mesaabschnitt einen Oberflächenteil der ersten Oberfläche und ein Body-Gebiet umfasst; mindestens zwei Gräben, die sich von der ersten Oberfläche entlang einer Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstrecken, wobei jeder der beiden Gräben eine Grabenelektrode und einen die Grabenelektrode von dem Halbleiterkörper isolierenden Grabenisolator umfasst, und wobei der Mesaabschnitt durch die beiden Gräben in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang einer ersten lateralen Richtung lateral begrenzt ist, einen Kontaktstopfen, der mit dem Body-Gebiet in Kontakt ist, wobei sich der Kontaktstopfen und die Grabenelektrode eines ersten Grabens der beiden Gräben zumindest teilweise im ersten Vertikalquerschnitt lateral überlappen; und eine Schutzstruktur. Die Schutzstruktur weist einen in dem ersten Graben angeordneten Abschnitt auf. Die Schutzstruktur ist zwischen dem Kontaktstopfen und der Grabenelektrode des ersten Grabens angeordnet. Die Schutzstruktur kann eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur sein. Zum Beispiel erstreckt sich die Schutzstruktur entlang der Vertikalrichtung tiefer als sowohl der Oberflächenteil des Mesaabschnitts als auch eine Grabenabdeckung eines zweiten Grabens der beiden Gräben. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Schutzstruktur an oder über dem Oberflächenteil des Mesaabschnitts und/oder an oder über der Grabenabdeckung des zweiten Grabens angeordnet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung Bilden: eines Halbleiterkörpers, der eine erste Oberfläche und einen Mesaabschnitt umfasst, wobei der Mesaabschnitt einen Oberflächenteil der ersten Oberfläche und ein Body-Gebiet umfasst; mindestens zweier Gräben, die sich von der ersten Oberfläche entlang einer Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstrecken, wobei jeder der beiden Gräben eine Grabenelektrode und einen die Grabenelektrode von dem Halbleiterkörper isolierenden Grabenisolator umfasst; und wobei der Mesaabschnitt durch die beiden Gräben in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang einer ersten lateralen Richtung lateral begrenzt ist; eines Kontaktstopfens, der mit dem Body-Gebiet in Kontakt ist, wobei sich der Kontaktstopfen und die Grabenelektrode eines ersten Grabens der beiden Gräben zumindest teilweise im ersten Vertikalquerschnitt lateral überlappen; und einer Schutzstruktur. Die Schutzstruktur weist einen in dem ersten Graben angeordneten Abschnitt auf. Die Schutzstruktur ist zwischen dem Kontaktstopfen und der Grabenelektrode des ersten Grabens angeordnet. Die Schutzstruktur kann eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur sein. Zum Beispiel erstreckt sich die Schutzstruktur entlang der Vertikalrichtung tiefer als sowohl der Oberflächenteil des Mesaabschnitts als auch eine Grabenabdeckung eines zweiten Grabens der beiden Gräben. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Schutzstruktur an oder über dem Oberflächenteil des Mesaabschnitts und/oder an oder über der Grabenabdeckung des zweiten Grabens angeordnet.
  • Nachfolgend wird sowohl auf das Verfahren als auch die Halbleitervorrichtung verwiesen, falls nicht anders angegeben.
  • Gemäß hier dargebotenen Ausführungsformen ermöglicht die Schutzstruktur die Verwendung eines einer Mesa benachbarten geteilten Grabenkontakts für eine Vorrichtung wie beispielsweise eines IGBTs, wobei ein Kontaktschema eingesetzt wird, gemäß dem die Elektrode des dem Mesaabschnitt benachbarten Grabens nicht mit dem Emitter-Potenzial der Vorrichtung verbunden werden darf, sondern mit einem anderen Potenzial wie beispielsweise einem Gate-Potenzial. Mit anderen Worten weist ein Mesa-Kontaktfenster (z. B. einer IGBT-Mesa oder einer Diodenmesa) mindestens an einigen Stellen mit dem benachbarten Graben, der eine Grabenelektrode aufweist, die nicht auf dem Emitter-/Source-Potenzial liegt, eine Überlappung auf. Zum Beispiel ist die Mesaverbindungselektrode, d. h. der Kontaktstopfen, von der der Mesa benachbarten Grabenelektrode elektrisch isoliert, z. B. mindestens an den Stellen, an denen die Mesa-Kontakte eine Überlappung mit dem benachbarten Graben haben, wobei die elektrische Isolierung mindestens basierend auf der Schutzstruktur hergestellt werden kann. Da eine laterale Überlappung mit dem Kontaktstopfen und der Grabenelektrode möglich ist, kann des Weiteren die Breite des Mesaabschnitts vergleichsweise klein sein. Darüber hinaus kann ein kostengünstiges Metallisierungsmaterial wie beispielsweise ein Gemisch aus Aluminium, Silicium und Kupfer (AlSiCu) zum Bilden des Kontaktstopfens eingesetzt werden.
  • Im Folgenden werden einige Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Merkmale dieser Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu bilden, wenn nicht ausdrücklich etwas Anderes angegeben ist.
  • Bei einer Ausführungsform weist die Leistungshalbleitervorrichtung einen ersten Lastanschluss an der ersten Seite und einen zweiten Lastanschluss auf, wobei der Halbleiterkörper dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten und wobei die Gräben und der Kontaktstopfen nahe oder an der ersten Seite angeordnet sind. Einer oder beide der beiden Gräben kann bzw. können Steuergräben sein, und sein bzw. ihre Grabenelektrode(n) können eine Steuerelektrode sein, die von dem ersten Lastanschluss isoliert ist und dazu konfiguriert ist, den Laststrom in dem Mesaabschnitt zu steuern. Zum Beispiel ist die Leistungshalbleitervorrichtung ein IGBT (oder ein RC-IGBT) oder ein MOSFET. Der erste Lastanschluss kann somit ein Emitter-Anschluss (auch als Source-Anschluss bezeichnet) sein, und der zweite Lastanschluss kann ein Kollektoranschluss (auch als Drain-Anschluss bezeichnet) sein. Ein weiterer Anschluss wie beispielsweise ein Steuer-/Gate-Anschluss kann an der ersten Seite angeordnet sein. Der Gate-Anschluss kann mit der (den) Steuergrabenelektrode(n) elektrisch verbunden sein. Der zweite Lastanschluss kann an einer zweiten Seite, die eine Rückseite sein kann, angeordnet sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung können der erste Graben und der zweite Graben ähnlich oder sogar identisch konfiguriert sein. Zum Beispiel weisen sowohl der erste Graben als auch der zweite Graben (entlang der Vertikalrichtung) die gleiche Grabentiefe und/oder (entlang der ersten lateralen Richtung) die gleiche Grabenbreite auf. Ferner kann der zweite Graben eine Grabenelektrode aufnehmen. Die Grabenelektrode des ersten und zweiten Grabens kann das gleiche elektrische Potenzial haben oder voneinander verschiedene elektrische Potenziale aufweisen.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung ist der erste Graben ein Steuergraben und ist seine Grabenelektrode eine Steuerelektrode, die von dem ersten Lastanschluss (z. B. einem Emitter-Anschluss) der Vorrichtung isoliert ist und dazu konfiguriert ist, den Laststrom in dem Mesaabschnitt zu steuern. Der zweite Graben kann auch ein Steuergraben sein. Oder der zweite Graben ist ein Source-Graben, und seine Grabenelektrode ist eine Source-Elektrode, die mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist.
  • Da die Grabenelektrode des ersten Grabens von dem Kontaktstopfen elektrisch isoliert sein kann, kann die Grabenelektrode mit irgendeinem anderen Potenzial verbunden sein oder elektrisch floatend sein. Zum Beispiel kann die Grabenelektrode mit einem von einem Gate-Potenzial eines Gate-Anschlusses, mit einem anderen Gate-Potenzial oder mit einem Messpotenzial verbunden sein. Zum Beispiel kann die Grabenelektrode auch als ein Gate-Widerstand oder als ein Temperaturwiderstand fungieren
  • Ferner sollte auf der Hand liegen, dass die Leistungshalbleitervorrichtung mehr als nur zwei Gräben und dementsprechend mehr als nur einen Mesaabschnitt aufweisen kann. Zum Beispiel weist die Leistungshalbleitervorrichtung ein aktives Gebiet auf, in dem basierend auf mehreren Gräben und Mesaabschnitten, die z. B. entlang der ersten lateralen Richtung nebeneinander angeordnet sind, mehrere (z. B. mehr als 100 oder mehr als 1000) Leistungseinheitszellen gebildet sind. Die Gräben und die Mesa können gemäß einem Muster angeordnet sein, gemäß dem z. B. jede Leistungseinheitszelle einen oder mehrere Steuergräben, null oder mehr Source-Gräben, null oder mehr zweite Steuergräben, null oder mehr floatende Gräben, einen oder mehrere IGBT-Mesaabschnitte, null oder mehr Diodenmesaabschnitte, null oder mehr Dummy-Mesaabschnitte, die in einer speziellen Reihenfolge entlang der ersten lateralen Richtung angeordnet sind, aufweist. Die in diesem Abschnitt verwendeten Begriffe werden unten weiter beschrieben. In einer, in einigen oder in jeder der Leistungseinheitszellen können die hier beschriebenen beispielhaften Vorkehrungen hinsichtlich der Schutzstruktur für mindestens einen Mesaabschnitt und mindestens einen ersten Graben der jeweiligen Leistungseinheitszelle vorgenommen werden des Weiteren kann eine weitere Schutzstruktur für den zweiten Graben vorgesehen sein.
  • Ferner kann eine weitere Schutzstruktur für den zweiten Graben vorgesehen sein. Somit kann alles hinsichtlich der Schutzstruktur und des ersten Grabens Beschriebene gleichermaßen auch für eine optionale weitere Schutzstruktur und den zweiten Graben gelten.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung erstreckt sich die Schutzstruktur entlang der Vertikalrichtung tiefer als eine Grabenabdeckung des ersten Grabens. Zum Beispiel kann die Schutzstruktur somit unter, z. B. vollständig unter, der Grabenabdeckung des ersten Grabens angeordnet sein. Zum Beispiel sind sowohl die Grabenabdeckung des ersten Grabens als auch die Grabenabdeckung des zweiten Grabens zwischen der Grabenelektrode des jeweiligen Grabens und dem ersten Lastanschluss (z. B. einem Emitter-Anschluss) der Vorrichtung angeordnet.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung steht der Kontaktstopfen in den ersten Graben hervor. Dadurch kann die laterale Überlappung mit der Grabenelektrode des ersten Grabens hergestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung kann die Grabenelektrode des ersten Grabens in der ersten lateralen Richtung eine Breite aufweisen, die entlang der Vertikalrichtung variiert. Zum Beispiel kann in einem Abschnitt des ersten Grabens, in den sich die Schutzstruktur und/oder der Kontaktstopfen erstreckt/erstrecken, die Breite der Grabenelektrode im Vergleich zu einem anderen Abschnitt des ersten Grabens kleiner sein. Zum Beispiel ist der Abschnitt des ersten Grabens, in den sich die Schutzstruktur und/oder der Kontaktstopfen erstreckt/erstrecken und wo die Grabenelektrodenbreite reduziert sein kann, ein oberer Abschnitt des ersten Grabens.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung beträgt die Breite des Mesaabschnitts in der ersten lateralen Richtung höchstens 1,5 µm oder höchstens 600 nm oder höchstens 200 nm.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung bildet der Grabenisolator Grabenseitenwände (die sich zum Beispiel zumindest teilweise senkrecht sowohl zu dem Vertikalquerschnitt als auch der ersten lateralen Richtung erstrecken) und einen Grabenboden (der sich zum Beispiel zumindest teilweise senkrecht zu dem Vertikalquerschnitt und parallel zu der ersten lateralen Richtung erstreckt). Die Grabenabdeckung kann auch durch das gleiche Material wie der Grabenisolator und/oder durch eine andere Isolationsstruktur und/oder ein anderes Material gebildet sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung ist der Kontaktstopfen vollständig über der Grabenelektrode des ersten Grabens angeordnet.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung umfasst der Mesaabschnitt ein Source-Gebiet und ist der Kontaktstopfen auch in Kontakt mit dem Source-Gebiet. Das Source-Gebiet kann durch das Body-Gebiet von einem Driftgebiet isoliert sein. Zum Beispiel ist die Grabenelektrode des ersten Grabens dazu konfiguriert, bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, z. B. von einer Treibereinheit, einen Inversionskanal in dem Body-Gebiet zu erzeugen. Das Source-Gebiet und das Driftgebiet können beide Gebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp sein, während das Body-Gebiet ein Gebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp komplementär zu dem ersten Leitfähigkeitstyp sein kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung erstreckt sich der Kontaktstopfen weiter entlang der Vertikalrichtung als das Source-Gebiet. Hier sei darauf hingewiesen, dass der Kontaktstopfen entweder als ein flacher Kontakt konfiguriert sein kann, der im Wesentlichen am Oberflächenteil des Mesaabschnitts abschließt, oder sich der Kontaktstopfen unter dem Oberflächenteil des Mesaabschnitts erstrecken kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung umfasst die Schutzstruktur eine dielektrische Schicht oder ist eine dielektrische Schicht. Zum Beispiel kann solch eine dielektrischen Schicht so konfiguriert sein, dass das elektrische Potenzial der Grabenelektrode im Vergleich zu dem elektrischen Potenzial des Kontaktstopfens verschieden sein kann. Zum Beispiel kann der Kontaktstopfen mindestens basierend auf der Schutzstruktur (z. B. in Form der dielektrischen Schicht) von der Grabenelektrode elektrisch isoliert sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung ist die Schutzstruktur eine Schutzvorrichtungsstruktur und bildet einen Teil einer npn-Struktur, einer pnp-Struktur, von antiparallel geschalteten Zenerdioden, einer Schottky-Dioden-Struktur oder einer Punchthrough-Struktur. Basierend auf der Schutzvorrichtungsstruktur kann zum Beispiel gewährleistet werden, dass eine Spannung zwischen dem Kontaktstopfen und der Grabenelektrode auf eine Maximalspannung begrenzt ist, die zumindest teilweise durch die Schutzvorrichtungsstruktur definiert wird. Die beispielhaften Strukturen (npn-Struktur, pnp-Struktur, antiparallel geschaltete Zenerdioden, Schottky-Dioden-Struktur, Punchthrough-Struktur) können darüber hinaus durch den Kontaktstopfen und/oder der Grabenelektrode selbst gebildet werden. Wenn die Grabenelektrode des ersten Grabens zum Beispiel durch ein polykristallines Halbleitermaterial vom p-Typ gebildet wird, kann eine pnp-Struktur zum Bilden von antiparallel geschalteten Zenerdioden oder einer Punchthrough-Struktur verwendet werden. Zum Bilden der Schutzvorrichtungsstruktur verwendete Materialien können eines oder mehrere von einem polykristallinen Halbleitermaterial und einem dünnen dielektrischen Material beinhalten.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung weist der Kontaktstopfen eine erste Seitenfläche, eine zweite Seitenfläche und eine untere Fläche auf, wobei die erste Seitenfläche an den ersten Graben angrenzt, die untere Fläche an das Body-Gebiet angrenzt und die zweite Seitenfläche an das Source-Gebiet angrenzt. Die beiden Seitenflächen können in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel sowohl zu der Vertikalrichtung als auch der zweiten lateralen Richtung (die senkrecht zu der ersten lateralen Richtung sein kann) ist. Die untere Fläche kann in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel sowohl zu der zweiten lateralen Richtung als auch der ersten lateralen Richtung ist. Zum Beispiel stellt der Kontaktstopfen somit einen Kontakt mit jedem von dem Body-Gebiet, dem Source-Gebiet und dem inneren Abschnitt des ersten Grabens her, ohne jedoch mit der Grabenelektrode des ersten Grabens in Kontakt zu sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung überlappt sich der Kontaktstopfen lateral mit der gesamten Grabenelektrode des ersten Grabens im ersten Vertikalquerschnitt, und wobei sich der Kontaktstopfen im ersten Vertikalquerschnitt nur teilweise lateral mit dem Mesaabschnitt überlappt. Bei solch einer Ausführungsform kann der Kontaktstopfen darüber hinaus z. B. einen Kontakt mit einem Body-Gebiet eines anderen Mesaabschnitts neben dem ersten Graben herstellen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung mindestens zwei erste Gräben, wobei sich der Kontaktstopfen im Vertikalquerschnitt lateral mit den mindestens zwei ersten Gräben überlappt. Zum Beispiel ist zwischen den beiden ersten Gräben möglicherweise kein weiterer Graben angeordnet (z. B. kann nur ein Teil des Halbleiterkörpers, zum Beispiel ein Mesaabschnitt, lateral zwischen den beiden ersten Gräben angeordnet sein). Alternativ kann zwischen den beiden ersten Gräben mindestens ein weiterer Graben (z. B. ein zweiter Graben) angeordnet sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Leistungshalbleitervorrichtung mehrere Mesaabschnitte, mehrere erste Gräben und mehrere zweite Gräben umfassen, wobei jeder der Mesaabschnitte im ersten Vertikalquerschnitt durch zwei der Gräben (z. B. durch zwei erste Gräben oder durch einen ersten Graben und einen zweiten Graben) lateral begrenzt wird, wobei sich der Kontaktstopfen im ersten Vertikalquerschnitt lateral vollständig mit den ersten Gräben überlappt.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung ist der Kontaktstopfen im ersten Vertikalquerschnitt entlang der ersten lateralen Richtung von dem zweiten Graben lateral beabstandet. Der Kontaktstopfen überlappt sich zum Beispiel nicht lateral mit dem anderen der beiden Gräben, die den Mesaabschnitt lateral begrenzen.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung grenzt der Kontaktstopfen an einen Teil einer Grabenseitenwand des ersten Grabens an. Zum Beispiel kann sich der Kontaktstopfen von dem Mesaabschnitt in den ersten Graben erstrecken, indem er einen unteren Teil der Grabenseitenwand überquert.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung befindet sich ein Teil des Grabenisolators des ersten Grabens zwischen dem Kontaktstopfen und der Grabenelektrode des ersten Grabens. Zum Beispiel kann der Kontaktstopfen basierend auf mindestens einem von dem Grabenisolator und der Schutzstruktur somit von der Grabenelektrode isoliert sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung beträgt ein lateraler Abstand in der ersten lateralen Richtung zwischen dem Kontaktstopfen und dem Grabenisolator des anderen Grabens höchstens 1 µm und/oder mindestens 150 nm. In einigen Beispielen beträgt der laterale Abstand höchsten 250 nm, z. B. höchstens 200 nm. Wie oben beschrieben, gestattet die hier vorgeschlagene Konfiguration des Kontaktstopfens und der Gräben die Gestaltung des Mesaabschnitts mit einer vergleichsweise kleinen Mesabreite, während gleichzeitig der Mesaabschnitt basierend auf dem Kontaktstopfen zuverlässig kontaktiert werden kann.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung weist das Body-Gebiet einen Kontaktabschnitt mit einer lokal verstärkten Dotierstoffkonzentration auf, wobei der Kontaktstopfen an den Kontaktabschnitt des Body-Gebiets angrenzt. Ferner kann der Kontaktabschnitt an einen Abschnitt des Grabenisolators angrenzen, wobei der Abschnitt des Grabenisolators auch durch den Kontaktstopfen kontaktiert sein kann. Ferner kann der Kontaktabschnitt in der ersten lateralen Richtung in einem Abstand von dem Grabenisolator des zweiten Grabens angeordnet sein, der mindestens 20% der Breite des Mesaabschnitts in der ersten lateralen Richtung beträgt. Wenn auch das Source-Gebiet in dem Mesaabschnitt vorhanden ist, kann somit gewährleistet werden, dass das Source-Gebiet an einen Abschnitt des Body-Gebiets angrenzt, der von seinem Kontaktabschnitt verschieden ist, d. h. an einen Abschnitt, der nicht die lokal verstärkte Dotierstoffkonzentration, sondern die geringere regelmäßige Dotierstoffkonzentration des Body-Gebiets aufweist, so dass das Erzeugen eines Inversionskanals in dem Body-Gebiet für Laststromleitung möglich ist.
  • Bei einer Ausführungsform der Leistungshalbleitervorrichtung ist der erste Graben ein Mehrfachgraben-Elektrodengraben. Basierend auf der Schutzstruktur und/oder einer zusätzlichen Isolationsstruktur in dem ersten Graben kann der erste Graben zum Beispiel mit mehr als einer Grabenelektrode, z. B. zwei oder mehr Grabenelektroden, ausgestattet sein, wobei die zwei oder mehr Grabenelektroden entlang mindestens einer von der ersten lateralen Richtung, der zweiten lateralen Richtung und der Vertikalrichtung räumlich voneinander getrennt sein können. Ferner können die zwei oder mehr Grabenelektroden das gleiche elektrische Potenzial aufweisen oder elektrische Potenziale, die sich voneinander unterscheiden, z. B. zwei verschiedene Gate-Potenziale oder ein Gate-Potenzial und ein floatendes Potenzial oder ein Gate-Potenzial und ein Source-Potenzial, um nur einige wenige Beispiele anzuführen.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung ferner einen Grabenkontaktstopfen, der in elektrischem Kontakt mit der Grabenelektrode des ersten Grabens angeordnet ist, wobei der erste Graben entlang der zweiten lateralen Richtung so lateral strukturiert ist, dass sowohl die Schutzstruktur als auch der Kontaktstopfen entlang der zweiten lateralen Richtung von dem Grabenkontaktstopfen lateral beabstandet sind. Der Grabenkontaktstopfen stellt zum Beispiel eine elektrische Verbindung zwischen der Grabenelektrode des ersten Grabens und einer Gate-Runner-Struktur oder einer Gate-Fingerstruktur der Vorrichtung her, wobei die Gate-Runner-Struktur oder eine Gate-Fingerstruktur mit dem Gate-/Steueranschluss der Vorrichtung elektrisch verbunden sind und sich in das Randabschlussgebiet und/oder das aktive Gebiet der Vorrichtung erstrecken. Zum Beispiel kann die Grabenelektrode des ersten Grabens eine Steuergrabenelektrode sein, die z. B. basierend auf dem Grabenkontaktstopfen und/oder der Gate-Runner-/-Fingerstruktur mit einem Gate-Potenzial elektrisch verbunden ist.
  • Der Fachmann wird bei Lektüre der folgenden detaillierten Beschreibung und bei Durchsicht der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht zwangsweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf Veranschaulichung der Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1A-B beide schematisch und beispielhaft einen Bereich eines Vertikalquerschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung;
    • 2A-B beide schematisch und beispielhaft einen Bereich einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 3-5 jeweils schematisch und beispielhaft einen Bereich eines Vertikalquerschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen;
    • 6-7 beide schematisch und beispielhaft einen Bereich einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen; und
    • 8 schematisch und beispielhaft, basierend auf Bereichen eines Vertikalquerschnitts, ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einigen 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“, „vor“, „hinter“, „zurück“, „führender“, „nachlaufender“, „oberhalb“ usw., mit Bezug auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren verwendet werden. Da Teile von Ausführungsformen in einer Anzahl von 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 folgende 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 veranschaulicht 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 Schrift 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 oder eines Chips 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 Schrift verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Fläche, das heißt, parallel zu der Normalrichtung 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 Schrift 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 Schrift 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 einer Halbleitervorrichtung oder zwischen verschiedenen Anschlüssen einer oder mehrerer Vorrichtungen oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Bereich oder Teil einer Halbleitervorrichtung besteht, wobei „niederohmig“ bedeuten kann, dass die Eigenschaften des jeweiligen Kontakts durch den Ohm'schen Widerstand im Wesentlichen nicht beeinflusst werden. Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Schrift der Begriff „in Kontakt“ beschreiben, dass eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen der jeweiligen Halbleitervorrichtung 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 Schrift 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 Schrift beschriebene spezielle Ausführungsformen betreffen, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Leistungshalbleitervorrichtung, z. B. eine Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Leistungswandler oder Netzteil verwendet werden kann. Somit kann bei einer Ausführungsform solch eine Vorrichtung dazu konfiguriert sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zugeführt werden soll bzw. der jeweils durch eine Energiequelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Leistungshalbleitervorrichtung eine oder mehrere aktive Leistungshalbleitereinheitszellen, wie zum Beispiel eine monolithisch integrierte Diodenzelle, eine Ableitung einer monolithisch integrierten Diodenzelle, (z. B. eine monolithisch integrierte Zelle von zwei antiseriell verbundenen Dioden), eine monolithisch integrierte Transistorzelle, z. B. eine monolithisch integrierte MOSFET- oder IGBT-Zelle und/oder Ableitungen davon umfassen. Solche Dioden-/Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein. Mehrere solcher Zellen können ein Zellenfeld bilden, das mit einem aktiven Gebiet der Leistungshalbleitervorrichtung angeordnet ist.
  • Der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, soll eine Halbleitervorrichtung auf einem einzelnen Chip mit Fähigkeiten zum Sperren einer hohen Spannung und/oder Führen eines hohen Stroms beschreiben. Mit anderen Worten ist eine solche Leistungshalbleitervorrichtung für einen hohen Strom, in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung typischerweise im Ampere-Bereich, z. B. bis zu mehreren Dutzend oder hundert Ampere, und/oder hohe Spannungen, typischerweise über 15 V, typischer 100 V und darüber, z. B. bis zu mindestens 400 V oder sogar noch mehr, z. B. bis zu mindestens 3 kV oder sogar bis zu 10 kV oder mehr, bestimmt.
  • Zum Beispiel richtet sich der Begriff „Leistungshalbleitervorrichtung“, wie er in dieser Schrift verwendet wird, nicht auf logische Halbleitervorrichtungen, die zum Beispiel zum Speichern von Daten, Berechnen von Daten und/oder für andere Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.
  • Die vorliegende Schrift betrifft insbesondere Leistungshalbleitervorrichtungen, die als jeweilige MOSFETs oder IGBTs, d. h. unipolare oder bipolare Leistungshalbleitertransistoren, die durch isolierte Elektroden (Gates) gesteuert werden, ausgestaltet sind, oder eine Ableitung davon.
  • Die unten beschriebene Leistungshalbleitervorrichtung kann ein Einzelhalbleiterchip sein, der eine Streifenzellenkonfiguration (statt einer zellularen Konfiguration/Nadelzellenkonfiguration) aufweist, und kann dazu konfiguriert sein kann, als eine Leistungskomponente in einer Anwendung mit einer niedrigen, mittleren und/oder hohen Spannung eingesetzt zu werden. Die hier vorgeschlagene technische Lehre kann auch auf eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einer zellularen Konfiguration/Nadelzellenkonfiguration angewandt werden.
  • 1A-B stellen schematisch und beispielhaft einen Bereich eines Vertikalquerschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung 1 dar. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann auf einem Einzelchip basieren bzw. darin implementiert sein.
  • Unter Bezugnahme auf 2A kann die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ein aktives Gebiet 1-2 mit einer Anzahl von Leistungseinheitszellen 1-1 aufweisen, die gemäß einer Streifenzellenkonfiguration, wie in 2B schematisch dargestellt ist, angeordnet sind. Dementsprechend kann sich eine Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y jeder Leistungseinheitszelle 1-1 auf ein Vielfaches der Erstreckung in der ersten lateralen Richtung X belaufen. Wie oben angegeben wurde, kann die hier vorgeschlagene technische Lehre jedoch auch auf eine Leistungshalbleitervorrichtung angewandt werden, die eine zellulare Zellenkonfiguration (auch als zellulare Zellenkonfiguration oder säulenförmige Zellenkonfiguration bezeichnet) aufweist, bei der die Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y jeder Leistungseinheitszelle in einem ähnlichen Bereich wie die Erstreckung in der ersten lateralen Richtung X liegen würde.
  • Ein Randabschlussgebiet 1-3, der Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann das aktive Gebiet 1-2 umgeben. Somit kann das Randabschlussgebiet 1-3 außerhalb des aktiven Gebiets 1-2 angeordnet sein und/oder an das aktive Gebiet 1-2 angrenzen. Das Randabschlussgebiet 1-3 ist lateral durch einen Rand 1-4 abgeschlossen. Der Rand 1-4 kann den Chiprand der Leistungshalbleitervorrichtung 1 bilden.
  • Wie hier verwendet, ist den Begriffen „Randabschlussgebiet“ und „aktives Gebiet“ die jeweilige technische Bedeutung zugeordnet, die ihnen der Fachmann im Zusammenhang mit Leistungshalbleitervorrichtungen typischerweise beimisst. Das heißt, das aktive Gebiet 1-2 ist in erster Linie zur Laststromleitung und (falls zutreffend) zu Schaltzwecken konfiguriert, während das Randabschlussgebiet 1-3 in erster Linie Funktionen hinsichtlich zuverlässiger Blockierfähigkeiten, geeigneter Führung des elektrischen Felds, manchmal auch Ladungsträgerableitungsfunktionen und/oder weiteren Funktionen bezüglich Schutz und geeigneten Abschlusses des aktiven Gebiets 1-2 dient.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1A weist die Leistungshalbleitervorrichtung 1 einen Halbleiterkörper 10 mit einer ersten Seite 110, die eine Vorderseite sein kann und z. B. durch eine Halbleiterkörperfläche gebildet wird (und hier somit auch als erste Oberfläche 110 bezeichnet wird), und einer zweiten Seite 120, die eine Rückseite sein kann, auf. Die Vorderseite 110 und die Rückseite 120 können den Halbleiterkörper 10 vertikal abschließen. Das heißt, der Halbleiterkörper 10 kann eine Gesamtdicke d entlang der Vertikalrichtung Z zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 aufweisen. In den lateralen Richtungen kann der Halbleiterkörper 10 durch den (in 1A nicht dargestellten) Rand 1-4 abgeschlossen werden. Des Weiteren können sich sowohl die Vorderseite 110 als auch die Rückseite 120 sowohl entlang der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y lateral erstrecken. Zum Beispiel können sowohl die Vorderseite 110 als auch die Rückseite 120 eine jeweilige horizontale Fläche des Halbleiterkörpers 10 bilden. Die Dicke d des Halbleiterkörpers 10 kann der Abstand zwischen der Vorderseite 110 und der Rückseite 120 entlang der Vertikalrichtung Z im aktiven Gebiet 1-2, zum Beispiel an der Mitte des aktiven Gebiets 1-2 gemessen, sein.
  • Der Halbleiterkörper 10 bildet einen Teil sowohl des aktiven Gebiets 1-2 als auch des Randabschlussgebiets 1-3. Z. B. sind die unten beschriebenen möglichen Konfigurationen der Leistungseinheitszelle(n) 1-1 in erster Linie in dem Halbleiterkörper 10 implementiert. Der Halbleiterkörper 10 ist in dem aktiven Gebiet 1-2 dahingehend konfiguriert, einen Vorwärtslaststrom zwischen einem ersten Lastanschluss 11 und einem zweiten Lastanschluss 12 zu leiten.
  • Zum Beispiel ist ein erster Lastanschluss 11 an der Halbleiterkörpervorderseite 110 angeordnet, und ein zweiter Lastanschluss 12 ist an der Halbleiterkörperrückseite 120 angeordnet. Z. B. umfasst der erste Lastanschluss 11 eine Vorderseitenmetallisierung und/oder umfasst der zweite Lastanschluss 12 eine Rückseitenmetallisierung. Zum Beispiel ist der erste Lastanschluss 11 ein Emitter-Anschluss und ist der zweite Lastanschluss 12 ein Kollektoranschluss. An der Vorderseite 110 kann der Halbleiterkörper 10 an die Vorderseitenmetallisierung angrenzen. An der Rückseite 120 kann der Halbleiterkörper 10 an die Rückseitenmetallisierung angrenzen.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt sich der erste Lastanschluss 11 (zum Beispiel die Vorderseitenmetallisierung) lateral, das heißt entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder Kombinationen davon, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es sei darauf hingewiesen, dass der erste Lastanschluss 11 lateral strukturiert sein kann, um z. B. lokale Kontakte mit dem Halbleiterkörper 10 an der Vorderseite 110 herzustellen. Wie z. B. in 1A beispielhaft dargestellt ist, können die lokalen Kontakte mittels eines eine erste Isolierschicht 13 durchdringenden Kontaktstopfens 111' hergestellt werden, z. B. gemäß dem sich ein elektrisch leitendes Material in eine nutenartige Aussparung in einem mittleren Abschnitt eines Mesaabschnitts 17' erstreckt, um dort sowohl ein Source-Gebiet 101' als auch ein Body-Gebiet 102' zu kontaktieren.
  • Analog dazu überlappt sich bei einer Ausführungsform der zweite Lastanschluss 12 (z. B. die Rückseitenmetallisierung) lateral, d. h. entlang der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y und/oder Kombinationen davon, mit dem aktiven Gebiet 1-2. Es sei darauf hingewiesen, dass der zweite Lastanschluss 12 in der Regel nicht strukturiert ist, sondern an der Halbleiterkörperrückseite 120 homogen und monolithisch gebildet ist, um zum Beispiel an der Rückseite 120 einen lateral homogenen Kontakt mit dem Halbleiterkörper 10 herzustellen. Solch eine homogene Struktur kann auch in Gebieten, in denen sich der zweite Lastanschluss 12 lateral mit dem Randabschlussgebiet 1-3 überlappt, implementiert sein.
  • Zum Beispiel ist die laterale Grenze des aktiven Gebiets 1-2 durch die laterale Grenze der am weitesten außen liegenden Leistungseinheitszelle(n) 1-1 definiert. Somit kann die laterale Grenze des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein. Diese laterale Grenze kann durch ein oder mehrere am weitesten außen liegende(s) Source-Gebiet(e) 101' definiert sein (vgl. die nachfolgende ausführlichere Erläuterung). Zum Beispiel sind alle funktionalen Elemente zum Ermöglichen des Leitens des Laststroms in einer vertikalen Projektion des aktiven Gebiets 1-2 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 vorhanden, wobei sie zum Beispiel mindestens den ersten Lastanschluss 11 (zum Beispiel einen Vorderseitenmetallkontakt davon, zum Beispiel einen oder mehrere der Kontaktstopfen 111'), das (die) Source-Gebiet(e) 101', das Body-Gebiet 102', ein Driftgebiet 100, einen Rückseitenemitter 103 und den zweiten Lastanschluss 12 (zum Beispiel eine Rückseitenmetallisierung davon) beinhalten.
  • Bei einer Ausführungsform können das Randabschlussgebiet 1-3 und das aktive Gebiet 1-2 zum Beispiel bezüglich einer mittleren vertikalen Achse der Leistungshalbleitervorrichtung 1 symmetrisch zueinander angeordnet sein, wie in 2A beispielhaft dargestellt ist.
  • Des Weiteren kann sich gemäß einer Ausführungsform der laterale Übergang zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3 ausschließlich entlang der Vertikalrichtung Z erstrecken. Wie oben erläutert wurde, kann die laterale Grenze des aktiven Gebiets 1-2 an der Vorderseite 110 definiert sein, und eine vertikale Projektion entlang der Vertikalrichtung Z solch einer definierten lateralen Grenze kann somit an der Rückseite 120 beobachtet werden.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 1A soll eine beispielhafte Konfiguration einer der Leistungseinheitszellen 1-1 beschrieben werden. Jede Leistungseinheitszelle 1-1 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann gleich konfiguriert sein. Zum Beispiel weist jede Leistungseinheitszelle 1-1 mindestens einen Graben 14 und mindestens einen Mesaabschnitt 17' auf. Bei anderen Ausführungsformen kann jede Leistungseinheitszelle 1-1 mehr als einen Graben 14 und mehr als einen Mesaabschnitt 17' aufweisen, wobei die Gräben 14 identisch oder verschieden konfiguriert sein können und wobei die Mesaabschnitte 17' identisch oder verschieden konfiguriert sein können.
  • Das Body-Gebiet 102' vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in dem Halbleiterkörper 10 enthalten. Das Body-Gebiet 102' kann z. B. mittels des Kontaktstopfens 111' in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet sein. Bei jeder Leistungseinheitszelle 1-1 ist ferner mindestens ein Source-Gebiet 101' vom ersten Leitfähigkeitstyp vorgesehen, das z. B. auch mittels des Kontaktstopfens 111' in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet ist.
  • Ein Hauptteil des Halbleiterkörpers 10 ist als das Driftgebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp, das teilweise an das Body-Gebiet 102' angrenzt und einen pn-Übergang 1021 damit bildet, gebildet.
  • Das Body-Gebiet 102' kann zwischen den Source-Gebieten 101' und/oder der ersten Oberfläche 110 und dem Driftgebiet 100 angeordnet sein und kann die Source-Gebiete 101' von dem Driftgebiet 100 isolieren.
  • Jeder Leistungseinheitszelle 1-1 ist des Weiteren eine Grabenelektrode 141 zugeordnet. Die Grabenelektroden 141 können in einem jeweiligen Graben 14 angeordnet sein und können mittels eines jeweiligen Grabenisolators 142 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert sein. Bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, das z. B. durch eine nicht veranschaulichte Gate-Treibereinheit bereitgestellt wird, kann jede Grabenelektrode 141 einen Inversionskanal in einem Bereich des Body-Gebiets 102' neben der jeweiligen Grabenelektrode 141 erzeugen. Somit ist jede der Anzahl von Leistungseinheitszellen 1-1 dazu konfiguriert, mindestens einen Teil des Laststroms zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 zu steuern.
  • Bei der oben beschriebenen Grundkonfiguration der Leistungseinheitszellen 1-1 einer Leistungshalbleitervorrichtung (z. B. eines MOSFETs, eines IGBTs oder RC-IGBTs) liegt die verwendete Terminologie (z. B. der Begriff „Leistungseinheitszellen“) innerhalb des Umfangs der technischen Bedeutung, die der Fachmann in der Regel damit assoziiert.
  • Des Weiteren könnten zusätzlich zu der Konfiguration als Steuerelektroden andere Grabenelektroden 141 in einigen oder jeder der Leistungseinheitszellen 1-1 vorgesehen sein, die eine andere Funktion erfüllen, wie beispielsweise Dummy-Grabenelektroden, Source-Grabenelektroden, floatende Grabenelektroden und dergleichen.
  • Wie in 1A dargestellt ist, erstreckt sich das Body-Gebiet 102' von der Vorderseite 110 entlang der Vertikalrichtung Z, bis es an das Driftgebiet 100 angrenzt. Das Driftgebiet 100, das sich lateral mit der gesamten lateralen Fläche, die von der Anzahl von Leistungseinheitszellen 1-1 eingenommen ist, überlappen kann, erstreckt sich über einen längeren Bereich entlang der Vertikalrichtung Z, bis es an eine Feldstoppschicht 108 (auch als Pufferschicht bekannt) angrenzt, wobei die Feldstoppschicht 108 auch vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, aber verglichen mit dem Driftgebiet 100 eine höhere Dotierstoffdosis aufweist. Die Feldstoppschicht 108 weist in der Regel eine wesentlich kleinere Dicke als das Driftgebiet 100 auf. Des Weiteren erstreckt sie sich entlang der Vertikalrichtung Z, bis sie an den Rückseitenemitter 103 angrenzt. Das Rückseitenemittergebiet 103 ist in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet, wie in 1A dargestellt ist.
  • Bei einem IGBT wirkt das Rückseitenemittergebiet 103 als ein Emitter vom zweiten Leitfähigkeitstyp. Wenn die Leistungshalbleitervorrichtung 1 als ein RC-IGBT implementiert ist, kann das Rückseitenemittergebiet 103 des Weiteren einige Bereiche vom ersten Leitfähigkeitstyp umfassen, die eine ziemlich hohe Dotierstoffkonzentration (z. B. höher im Vergleich zu der Dotierstoffkonzentration des Driftgebiets 100), z. B. im Bereich von 1016 cm-3 bis 1020 cm-3 zeigen. Bei einem MOSFET wirkt das Rückseitenemittergebiet 103 als Emitter vom ersten Leitfähigkeitstyp.
  • Bezüglich der lateralen Erstreckung des Rückseitenemitters 103 kann sich das Emittergebiet 103 bei einer Ausführungsform lateral mit mindestens 80% oder mindestens 90% einer durch die Anzahl von Leistungseinheitszellen 1-1 im aktiven Gebiet 1-2 eingenommenen lateralen Fläche überlappen. Bei einer Ausführungsform kann sich das Emittergebiet 103 wie das Driftgebiet 100 mit der gesamten (100% der) durch die Anzahl von Leistungseinheitszellen 1-1 im aktiven Gebiet 1-2 eingenommenen lateralen Fläche lateral überlappen. Bei anderen Ausführungsformen überlappt sich das Emittergebiet 103, wie in 2A dargestellt ist, lateral mit weniger als 100% der durch die Anzahl von Leistungseinheitszellen 1-1 im aktiven Gebiet 1-2 eingenommenen lateralen Fläche, zum Beispiel mit ca. 80% bis 90%.
  • Ein am weitesten außen liegender Teil des aktiven Gebiets 1-2 an der Rückseite 120, der in solch einem Fall lateral „zwischen“ (vgl. nachfolgende Erläuterung) dem Randabschlussgebiet 1-3 und dem Rückseitenemittergebiet 103 (hier auch als „Emittergebiet 103“ oder „Rückseitenemitter 103“ bezeichnet) angeordnet ist, kann durch ein in dem Halbleiterkörper 10 an der Rückseite 120 gebildetes Abschlussrahmengebiet 105 eingenommenen sein.
  • Das Abschlussrahmengebiet 105 kann vom zweiten Leitfähigkeitstyp (zum Beispiel p-Typ) sein und kann in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Lastanschluss 12 angeordnet sein. Das Abschlussrahmengebiet 105 ist in 1A nicht dargestellt, kann aber eine Dicke entlang der Vertikalrichtung Z haben, die ungefähr so groß wie die Dicke des Rückseitenemitters 103 ist. Das Abschlussrahmengebiet 105 erstreckt sich möglicherweise nicht nur in das aktive Gebiet 1-2, sondern auch in das Randabschlussgebiet 1-3. Das Randabschlussgebiet 1-3 kann sich zu dem Chiprand 1-4 erstrecken. Wie oben erläutert wurde, kann sich das Abschlussrahmengebiet 105 in Abhängigkeit von der lateralen Erstreckung des Rückseitenemitters 103 an der Rückseite 120 entweder in das aktive Gebiet 1-2 oder das Randabschlussgebiet 1-3 oder sowohl in das aktive Gebiet 1-2 als auch das Randabschlussgebiet 1-3 erstrecken. Bei einer Ausführungsform beläuft sich der Prozentanteil der lateralen Fläche des aktiven Gebiets 1-2 an der Rückseite 120, die durch das Abschlussrahmengebiet 105 eingenommen ist, gemäß einer Ausführungsform jedoch auf höchstens 20% oder höchstens 10% bei einer Ausführungsform.
  • Des Weiteren kann das Abschlussrahmengebiet 105 ein VLD-Profil (VLD, variation of the lateral doping - Variation der lateralen Dotierung) mit abnehmender Dotierstoffkonzentration in der Richtung zum Randabschlussgebiet 1-3 und/oder ein VLD-Profil mit einer zunehmenden Dotierstoffkonzentration in der Richtung zu dem Emittergebiet 103 aufweisen.
  • Das Abschlussrahmengebiet 105 wird gelegentlich auch als HDR-Gebiet (HDR, High Dynamic Robustness - hohe dynamische Robustheit) bezeichnet und kann als ein Grenzflächengebiet zwischen dem Rückseitenemitter 103 und dem Halbleiterkörperteil in dem Randabschlussgebiet 1-3 konstruiert sein, um zum Beispiel in der Lage zu sein, zu den angemessenen elektrischen Feldstärken in dem Halbleiterkörper 10, die hinsichtlich der Robustheit der Leistungshalbleitervorrichtung 1 günstig sind, beizutragen.
  • Es sei betont, dass die Leistungshalbleitervorrichtung 1 auch als ein MOSFET, mit den entsprechenden Folgen hinsichtlich der Konfiguration der Halbleitergebiete 103 und 108, oder als eine von einer MOSFET-Konfiguration oder einer IGBT-Konfiguration abweichende Vorrichtung ausgestaltet sein kann.
  • Die oben beschriebenen Aspekte der Leistungshalbleitervorrichtung 1 betreffen eine beispielhafte Grundkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen ein neues Design, das den Kontakt zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und den Mesaabschnitten 17' sowie wahlweise auch die Mesakonfiguration hinsichtlich des Source-Gebiets 101' und des Body-Gebiets 102' betrifft. Da diese Aspekte insbesondere gemäß den hier offenbarten Ausführungsformen modifiziert werden können, wird in der nachfolgenden Beschreibung mit der Bezugszahl 102 auf das Body-Gebiet, mit der Bezugszahl 101 auf das Source-Gebiet, mit der Bezugszahl 17 auf den Mesaabschnitt und mit der Bezugszahl 111 auf den Kontaktstopfen verwiesen, während die vorstehend eingeführten anderen Bezugszahlen keine Komponenten bezeichnen, die sich zwangsweise von den unter Bezugnahme auf 1A-2B vorgestellten unterscheiden, und nachfolgend dementsprechend auf die gleiche Weise verwendet werden. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird, kann sich die Konfiguration der Gräben 14 im Vergleich zu der in 1A-B dargestellten Konfiguration auch ändern.
  • Aus verschiedenen Gründen kann es wünschenswert sein, die Breite WM des Mesaabschnitts, d. h. den Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Grabenseitenwänden der benachbarten Gräben 14, die den Mesaabschnitt lateral begrenzen, klein zu halten. Mit kleiner werdender Mesabreite WM wird es jedoch auch schwieriger, den Mesaabschnitt 17 (z. B. das Source-Gebiet 101 und/oder das Body-Gebiet 102) mit einem Kontaktstopfen 111' auf eine in 1A-B dargestellte Weise zuverlässig zu kontaktieren. Unter Bezugnahme auf 1B erstreckt sich der Kontaktstopfen 111' zum Beispiel durch eine Isolationsstruktur 13, 18 in einen mittleren Bereich des Mesaabschnitts 17', um sowohl das Source-Gebiet 101' als auch einen Kontaktteil 1022' des Body-Gebiets 102' im Mesaabschnitt 17' zu kontaktieren. In einem Teil des Body-Gebiets 102', der an die Grabenisolatoren 142 unter dem Source-Gebiet 101 angrenzt, wird ein Inversionskanal erzeugt. Aus diesem Grund ist in der Regel erwünscht, dass der Kontaktteil 1022' des Body-Gebiets 102' lateral von dem Grabenisolator 142 des Grabens 14, der die Grabenelektrode 141 aufweist, die den Inversionskanal erzeugt, versetzt ist. Mit kleiner werdender Mesabreite WM wird das Designziel möglicherweise schwer zu erreichen.
  • Jede der Varianten (a)-(f) von 3 stellt schematisch und beispielhaft einen Bereich eines Vertikalquerschnitts der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar.
  • Zum Beispiel umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1: den Halbleiterkörper 10, der die erste Oberfläche 110 und den Mesaabschnitt 17 umfasst. Der Mesaabschnitt 17 umfasst einen Oberflächenteil 175 der ersten Oberfläche 110 und das Body-Gebiet 102. Mindestens zwei Gräben 14 erstrecken sich von der ersten Oberfläche 110 entlang der Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper 10, wobei jeder der beiden Gräben 14 die Grabenelektrode 141 und den die Grabenelektrode 141 von dem Halbleiterkörper 10 isolierenden Grabenisolator 142 umfasst. Der Mesaabschnitt 17 ist durch die beiden Gräben 14 in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang der ersten lateralen Richtung X lateral begrenzt. Ein Kontaktstopfen 111 ist mit dem Body-Gebiet 102 in Kontakt. Der Kontaktstopfen 111 und die Grabenelektrode 141 eines ersten Grabens (14) der beiden Gräben 14 (hier kann der erste Graben 14 der Graben 14 auf der rechten Seite des in 3 dargestellten Mesaabschnitts 17 sein) überlappen sich zumindest teilweise im ersten Vertikalquerschnitt lateral. Die Leistungshalbleitervorrichtung 1 weist eine Schutzstruktur 145 auf. Die Schutzstruktur weist einen in dem ersten Graben 14 angeordneten Abschnitt auf. Die Schutzstruktur 145 ist zwischen dem Kontaktstopfen 111 und der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 angeordnet. Die Schutzstruktur 145 ist eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur (wobei Beispiele dafür weiter unten beschrieben werden). Zum Beispiel erstreckt sich die Schutzstruktur 145 entlang der Vertikalrichtung Z tiefer als sowohl der Oberflächenteil 175 des Mesaabschnitts 17 als auch eine Grabenabdeckung 1423 eines zweiten Grabens (14) der beiden Gräben (hier kann der zweite Graben 14 der Graben 14 auf der linken Seite des in 3 dargestellten Mesaabschnitts 17 sein).
  • Nachfolgend wird auf jede der Varianten (a) bis (f) von 3 verwiesen. Gemäß jeder Variante (a) bis (f) von 3 bildet das Body-Gebiet 102 einen pn-Übergang 1021 mit einem Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp (z. B. einem Bereich des Driftgebiets 100) in dem Mesaabschnitt 17.
  • Ferner können beide Gräben 14, die den Mesaabschnitt 17 lateral begrenzen, Steuergräben 14 sein, wobei die Grabenelektroden 141 mit einem (nicht dargestellten) Gate-/Steueranschluss der Vorrichtung 1 elektrisch verbunden sind; d. h., die Grabenelektroden 141 der beiden Gräben 14 können von dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch isoliert sein.
  • Hinsichtlich beider Gräben 14 kann der Grabenisolator ferner zumindest teilweise Grabenseitenwände 1421 und/oder einen Grabenboden 1422 des jeweiligen Grabens 14 bilden. Eine Grabenabdeckung 1423 des jeweiligen Grabens 14 kann durch das gleiche Material wie der Grabenisolator und/oder durch eine andere Isolationsstruktur gebildet sein und/oder kann ein anderes Material als der Grabenisolator umfassen.
  • Ferner kann der Mesaabschnitt 17 das Source-Gebiet 101 umfassen, und der Kontaktstopfen 111 kann auch mit dem Source-Gebiet 101 in Kontakt sein. Das Source-Gebiet 101 kann durch das Body-Gebiet 102 von dem Driftgebiet 100 isoliert sein. Zum Beispiel ist die Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 dazu konfiguriert, bei Empfang eines entsprechenden Steuersignals, z. B. von der Treibereinheit, einen Inversionskanal in dem Body-Gebiet 102 zu erzeugen.
  • Ferner kann das Body-Gebiet 102 einen Kontaktabschnitt 1022 mit einer lokal verstärkten Dotierstoffkonzentration aufweisen, wobei der Kontaktstopfen 111 an den Kontaktabschnitt 1022 angrenzt. Ferner kann der Kontaktabschnitt 1022 an einen Abschnitt des Grabenisolators 142 angrenzen, wobei der Abschnitt des Grabenisolators 142 auch durch den Kontaktstopfen 111 kontaktiert sein kann. Ferner kann der Kontaktabschnitt 1022 in der ersten lateralen Richtung in einem Abstand b von dem Grabenisolator 142 des zweiten Grabens 142 angeordnet sein, der mindestens 20% der Breite des Mesaabschnitts 17 in der ersten lateralen Richtung X beträgt. Wenn auch das Source-Gebiet 101 auch in dem Mesaabschnitt 17 vorhanden ist, kann somit gewährleistet werden, dass das Source-Gebiet 101 an einen Abschnitt des Body-Gebiets 102 angrenzt, der von seinem Kontaktabschnitt 1022 verschieden ist, d. h. an einen Abschnitt, der nicht die lokal verstärkte Dotierstoffkonzentration, sondern die geringere regelmäßige Dotierstoffkonzentration des Body-Gebiets 102 aufweist, so dass das Erzeugen eines Inversionskanals in dem Body-Gebiet 102 für Laststromleitung möglich ist.
  • Ebenso kann der Kontaktstopfen 111 im Vertikalquerschnitt entlang der ersten lateralen Richtung X von dem zweiten Graben 14 lateral versetzt sein. Somit überlappt sich der Kontaktstopfen 111 bei einer Ausführungsform lateral mit nur einem der beiden Gräben 14, die den Mesaabschnitt 17 lateral begrenzen.
  • Bei einer Ausführungsform weist der Kontaktstopfen 111 ferner eine erste Seitenfläche 1011, eine zweite Seitenfläche 1012 und eine untere Fläche 1013 auf. Die erste Seitenfläche 1011 kann an den ersten Graben 14 angrenzen (vgl. Varianten (a)-(c)), die untere Fläche 1113 kann an das Body-Gebiet 102 (z. B. seinen Kontaktabschnitt 1022) angrenzen, und die zweite Seitenfläche 1112 kann an das Source-Gebiet 101 angrenzen (vgl. Varianten (a)-(c)). Die beiden Seitenflächen 1111, 1112 können in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel sowohl zu der Vertikalrichtung Z als auch der zweiten lateralen Richtung Y ist. Die untere Fläche 1113 kann in einer Ebene angeordnet sein, die im Wesentlichen parallel sowohl zu der zweiten lateralen Richtung Y als auch der ersten lateralen Richtung X ist. Zum Beispiel kann der Kontaktstopfen 111 somit einen Kontakt mit jedem von dem Body-Gebiet 102 (z. B. seinem Kontaktabschnitt 1022), dem Source-Gebiet 101 und wahlweise einem inneren Abschnitt des ersten Grabens 14 herstellen (d. h. daran angrenzen), ohne jedoch mit der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 in Kontakt zu sein.
  • Wie oben gezeigt kann der Kontaktstopfen 111 ferner im Vertikalquerschnitt entlang der ersten lateralen Richtung X lateral von dem zweiten Graben 14 beabstandet sein. Zum Beispiel kann durch die erste Isolationsschicht 13, die über der Grabenabdeckung 1423 des zweiten Grabens 14 angeordnet ist, eine laterale Grenze des Kontaktstopfens 111 definiert werden.
  • Ferner kann sich ein Teil des Grabenisolators 142 des ersten Grabens 14 zwischen dem Kontaktstopfen 111 und der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 befinden. Somit kann der Grabenisolator dazu beitragen, den Kontaktstopfen 111 von der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 elektrisch zu isolieren.
  • Nunmehr die Varianten (a)-(c) von 3 betrachtend, kann sich der Kontaktstopfen entlang der Vertikalrichtung Z tiefer als sowohl der Oberflächenteil 175 des Mesaabschnitts 17 als auch die Grabenabdeckung 1423 des zweiten Grabens 14 der beiden Gräben 14 erstrecken. Der Kontaktstopfen 111 kann sich sogar entlang der Vertikalrichtung Z weiter als das Source-Gebiet 101 erstrecken.
  • Bei weiterer Betrachtung der Varianten (a)-(c) von 3 kann der Kontaktstopfen 111 an einem Teil der Grabenseitenwand 1421 des ersten Grabens 14 angrenzen. Ein Teil des Grabenisolators 142, nämlich ein Teil der Grabenseitenwand 1421 des ersten Grabens 14, kann sich somit zwischen dem Kontaktstopfen 111 und der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 befinden. Zum Beispiel kann sich ein Abschnitt der Grabenseitenwand 1421 somit lateral mit einem Abschnitt des Kontaktstopfens 111 überlappen. Sowohl der Abschnitt der Grabenseitenwand 1421 als auch der Abschnitt des Kontaktstopfens 111 (die sich lateral überlappen) können unter dem Oberflächenteil 175 (vgl. Varianten (a)-(c)) angeordnet sein. Oder bei Betrachtung der Varianten (d)-(f) kann der Kontaktstopfen 111 vollständig über dem Oberflächenteil 175 angeordnet sein, so dass auch der Abschnitt des Abschnittkontaktstopfens 111, der die laterale Überlappung mit dem Abschnitt der Grabenseitenwand 1421 bildet, über dem Oberflächenteil 175 angeordnet ist.
  • Bei Betrachtung der Varianten (d) - (f) kann der Kontaktstopfen 111 als ein flacher Kontaktstopfen konfiguriert sein, der an dem Oberflächenteil 175 abschließt. Der Oberflächenteil kann bei diesen Varianten mindestens durch das Source-Gebiet 101 und den Kontaktabschnitt 1022 des Body-Gebiets 102 gebildet sein.
  • Die Schutzstruktur 145 kann eine von mehreren möglichen Konfigurationen aufweisen. Allgemein kann die Schutzstruktur 145 dazu konfiguriert sein, zur elektrischen Isolierung des Kontaktstopfens 111 von der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 beizutragen, wobei die Grabenelektrode 141 die Steuerelektrode (Gate-Elektrode) sein kann. Somit können das elektrische Potenzial des Kontaktstopfens 111 und das elektrische Potenzial der Grabenelektrode 141 voneinander verschieden sein. Dazu ist die Schutzstruktur 145 eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur. Die Schutzvorrichtungsstruktur kann zum Beispiel Teil einer npn-Struktur, einer pnp-Struktur, von antiparallel geschalteten Zenerdioden, einer Schottky-Dioden-Struktur oder einer Punchthrough-Struktur bilden. Die beispielhaften Strukturen (npn-Struktur, pnp-Struktur, antiparallel geschaltete Zenerdioden, Schottky-Dioden-Struktur, Punchthrough-Struktur) können darüber hinaus durch den Kontaktstopfen 111 und/oder die Grabenelektrode 141 selbst gebildet sein. Wenn zum Beispiel die Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 durch ein polykristallines Halbleitermaterial vom p-Typ gebildet ist, kann die pnp-Struktur zur Bildung von antiparallel geschalteten Zenerdioden oder einer Punchthrough-Struktur verwendet werden. Zum Bilden der Schutzvorrichtungsstruktur verwendete Materialien können eines oder mehrere von einem polykristallinen Halbleitermaterial und einem dünnen dielektrischen Material beinhalten.
  • Im letzteren Fall (Schutzvorrichtungsstruktur) kann basierend auf der Schutzstruktur 145 zum Beispiel gewährleistet werden, dass eine Spannung zwischen dem elektrischen Potenzial des Kontaktstopfens 111 und dem elektrischen Potenzial der Grabenelektrode 141 unter einer zumindest teilweise durch die Schutzvorrichtungsstruktur definierten Höhe bleibt.
  • Im ersten Fall (gemäß dem die Schutzstruktur eine Isolationsstruktur ist) kann die Schutzstruktur 145 eine dielektrische Schicht umfassen oder eine dielektrische Schicht sein.
  • Die Schutzstruktur 145 kann ferner eine von mehreren möglichen Positionen und eine von mehreren möglichen räumlichen Gestaltungen haben. Auf 3 Bezug nehmend, Variante (a) und Variante (d), kann die Schutzstruktur 145 einen oberen Abschnitt 143 des ersten Grabens 14 von der Grabenelektrode 141 isolieren. Der obere Abschnitt 143 kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein. Zum Beispiel ist der obere Abschnitt 143 ein Isoliermaterial oder ein elektrisch leitendes Material. Der obere Abschnitt 143 kann in Kontakt mit dem Kontaktstopfen 111 angeordnet sein. Der Kontaktstopfen 111 kann somit an den oberen Abschnitt 143 des ersten Grabens 14 angrenzen. In Abhängigkeit von der Gestaltung/Position der Schutzstruktur 145 kann sich der obere Grabenabschnitt 143 entlang der gesamten Breite des ersten Grabens 14 (vgl. Varianten (b) und (e)) oder teilweise (vgl. Varianten (a) und (d) in 3) erstrecken. Oder die Schutzstruktur 145 selbst bildet den oberen Abschnitt 143 des ersten Grabens 14, entweder nur teilweise entlang der Grabenbreite, wie dargestellt (vgl. Varianten (c) und (f) in 3) oder entlang der gesamten Grabenbreite.
  • Wie oben erläutert wurde, können, falls die Schutzstruktur 145 als die Schutzvorrichtungsstruktur implementiert ist, eine npn-Struktur, eine pnp-Struktur, antiparallel geschaltete Zenerdioden, eine Schottky-Dioden-Struktur oder eine Punchthrough-Struktur basierend auf der Schutzvorrichtungsstruktur gebildet werden, wobei darüber hinaus der Kontaktstopfen 111 und/oder die Grabenelektrode 141 selbst zum Bilden solch einer Struktur beitragen kann/können. Darüber hinaus kann der obere Abschnitt 143 des ersten Grabens 14 auch zum Bilden solch einer npn-Struktur, pnp-Struktur, von antiparallel geschalteten Zenerdioden, einer Schottky-Dioden-Struktur oder einer Punchthrough-Struktur beitragen.
  • In Abhängigkeit von der Position/räumlichen Gestaltung der Schutzstruktur 145 kann somit die Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 eine Breite in der ersten lateralen Richtung X aufweisen, die entlang der Vertikalrichtung Z variiert (vgl. Varianten (a), (c), (d) und (f) in 3). Zum Beispiel kann in einem Abschnitt des ersten Grabens 14, in den sich die Schutzstruktur 145 und/oder der Kontaktstopfen 111 erstreckt/erstrecken, die Breite der Grabenelektrode 141 verglichen mit einem anderen (z. B. unteren) Abschnitt des ersten Grabens 14 kleiner sein. Zum Beispiel ist der Abschnitt des ersten Grabens, in den sich die Schutzstruktur 145 und/oder der Kontaktstopfen 111 erstreckt/erstrecken, und wo die Grabenelektrodenbreite reduziert sein kann, ein oberer Abschnitt des ersten Grabens 14 sein.
  • Bei Betrachtung der Varianten (a) - (f) von 3 kann ferner ein lateraler Abstand in der ersten lateralen Richtung X zwischen dem Kontaktstopfen 111 und dem Grabenisolator 142 des zweiten Grabens 14 in einem bestimmten Bereich liegen, indem er zum Beispiel höchstens 1 µm und/oder mindestens 150 nm beträgt. In einigen Beispielen beträgt der laterale Abstand höchsten 250 nm, z. B. höchstens 200 nm. Zum Beispiel grenzt der Kontaktstopfen 111 weder an den zweiten Graben 14 an, noch überlappt er sich lateral mit dem zweiten Graben 14, sondern ist lateral davon versetzt.
  • Weitere Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf 4 erläutert. Gemäß Variante (a) kann der erste Graben 14, der bezüglich seines oberen Teils wie in Variante (a) von 3 konfiguriert ist, darüber hinaus eine weitere Isolationsstruktur 147 aufweisen, so dass eine zusätzliche Grabenelektrode 149 in dem ersten Graben 14 gebildet sein kann. Der erste Graben 14 kann somit ein Mehrfachgraben-Elektrodengraben sein. Zum Beispiel isoliert die weitere Isolationsstruktur 147 die Grabenelektrode 141 von der zusätzlichen Grabenelektrode 149 elektrisch. Das gleiche gilt für den zweiten Graben 14. Die zusätzliche Grabenelektrode 149, die zum Beispiel in einem unteren Abschnitt des ersten Grabens 14 angeordnet ist, kann mit dem gleichen elektrischen Potenzial wie die Grabenelektrode 141 (die das Gate-/Steuerpotenzial sein kann) verbunden sein, elektrisch floatend sein bzw. mit einem anderen elektrischen Potenzial, wie beispielsweise mit dem elektrischen Potenzial des ersten Lastanschlusses 11, verbunden sein.
  • Gemäß Varianten (b) bis (e) von 4 kann der Kontaktstopfen 111 (nicht dargestellt) als ein flacher Kontakt konfiguriert sein, der vollständig über dem Oberflächenteil 175 und in Kontakt damit angeordnet ist. Zum Beispiel kann sich der Kontaktstopfen 111 lateral sowohl mit dem ersten Graben 14 als auch dem zweiten Graben 14 überlappen und kann sogar die Grabenabdeckungen sowohl des ersten Grabens 14 als auch des zweiten Grabens 14 bilden. Um die elektrische Isolierung zwischen den Grabenelektroden 141 des ersten und zweiten Grabens 14 zu gewährleisten, ist die Schutzstruktur 145 sowohl in dem ersten Graben 14 als auch dem zweiten Graben 14 vorgesehen. Die Erläuterungen hinsichtlich möglicher Positionen und räumlicher Konfigurationen der Schutzstruktur sowie der Möglichkeit einer weiteren Isolationsstruktur 147, wie bezüglich 3 und 4, Variante (a), bereitgestellt, gelten ebenfalls für die Varianten (b)-(e) von 4.
  • 5 stellt schematisch und beispielhaft einen Bereich eines Vertikalquerschnitts der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform dar. Gemäß dieser Ausführungsform bedeckt die Schutzstruktur 145 vollständig die in dem ersten Graben 14 enthaltene Grabenelektrode 141 und bildet dadurch die Grabenabdeckung. Der Kontaktstopfen 111 überlappt sich entlang der ersten lateralen Richtung X vollständig mit dem ersten Graben 14 und grenzt an die Mesaabschnitte 17 neben dem ersten Graben 14 an, um dort die Source-Gebiete 101 und die Body-Kontaktgebiete 1022 zu kontaktieren. Der Kontaktstopfen 111 überlappt sich zum Beispiel im ersten Vertikalquerschnitt lateral mit der gesamten Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14, aber nur teilweise mit einem oder beiden der Mesaabschnitte 17, die sich lateral daneben befinden. Der Kontaktstopfen 111 kann sich unter den durch die Mesaabschnitte 17 gebildeten Oberflächenteilen 175 erstrecken.
  • Ferner kann die Leistungseinheitszelle 1-1 gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform einen weiteren Graben 16 aufweisen, der zum Beispiel ein Source-Graben, dessen Grabenelektrode 161 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist, oder ein Dummy-Graben, bei dem die Grabenelektrode 161 elektrisch floatend sein würde, sein kann. Neben dem unterschiedlichen elektrischen Potenzial der Grabenelektrode 161 kann der weitere Graben 16 als die ersten Gräben 14 (die Steuergräben sein können) neben dem ersten Graben 14 konfiguriert sein, der durch den Kontaktstopfen 111 bedeckt ist, z. B. durch Aufnehmen eines entsprechenden Grabenisolators 162 und durch Abdecken durch die Grabenabdeckung 1623. Ferner kann die Leistungseinheitszelle 1-1 gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform einen weiteren Mesaabschnitt 15 aufweisen, der ein Dummy-Mesaabschnitt sein kann, der nicht elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 (z. B. durch einen Stopfen oder dergleichen) verbunden ist, sondern wo ein Übergang zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem Dummy-Mesaabschnitt 15 entlang der Vertikalrichtung Z elektrisch isolierend ist. Oder der weitere Mesaabschnitt 15 kann ein Diodenmesaabschnitt sein, dessen Body-Gebiet 102 (aber nicht Source-Gebiet) mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden ist.
  • 6 und 7 stellen beide schematisch und beispielhaft einen Bereich einer horizontalen Projektion der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar. Gemäß den dargestellten Varianten sind in jeder Leistungseinheitszelle 1-1 drei erste/zweite Gräben 14 in Form von Steuergräben lateral nebeneinander angeordnet und begrenzen lateral zwei oder drei Mesaabschnitte 17. Neben den drei Steuergräben 14 befinden sich zwei weitere Gräben 16 in Form von Source-Gräben, die lateral einen oder zwei weitere Mesaabschnitte 15 begrenzen.
  • Gemäß den in 6-7 dargestellten Varianten sind die Grabenelektroden 161 der Source-Gräben 16 basierend auf Source-Kontaktstopfen 116 mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden. Diese Source-Kontaktstopfen 116 können in dem aktiven Gebiet 1-2 angeordnet sein. Wie in 6 (b) dargestellt ist, kann alternativ die Grabenelektrode 161 des Source-Grabens 16 durch den Kontaktstopfen 111 kontaktiert werden, der auch die benachbarte Mesa 17 kontaktiert; in solch einem Fall kann das Bereitstellen der Schutzstruktur 145 im Graben 16 weggelassen werden, da sowohl die Mesa 17 als auch die Grabenelektrode 161 des Source-Grabens 16 das gleiche elektrische Potenzial aufweisen können.
  • Gemäß den in 6-7 dargestellten Varianten umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung 1 ferner einen Grabenkontaktstopfen 113, der in elektrischem Kontakt mit der Grabenelektrode 141 des ersten Grabens 14 angeordnet ist. Ferner kann der erste Graben 14 entlang einer zweiten lateralen Richtung Y lateral strukturiert sein, so dass sowohl die Schutzstruktur 145 als auch der Kontaktstopfen 111 (der zum Kontaktieren der Mesaabschnitte 17 verwendet wird) entlang der zweiten lateralen Richtung Y lateral von dem Grabenkontaktstopfen 113 beabstandet sind. Wie dargestellt, kann/können der/die Grabenkontaktstopfen 113 im Randabschlussgebiet 1-3 angeordnet sein, um dort zum Beispiel sowohl an die Grabenelektroden 141 als auch eine Gate-Runner-Struktur anzugrenzen.
  • Gemäß den in 6-7 dargestellten Varianten sind die Kontaktstopfen 111 zum Kontaktieren der Mesaabschnitte 17 in ausgesparten Bereichen 112 vorgesehen. Zum Beispiel entspricht die Gestaltung der Kontaktstopfen 111 der in 3, Varianten (a) und (c), dargestellten Gestaltung.
  • Gemäß den in 6-7 dargestellten Varianten sind die Source-Gebiete 101 in den Mesaabschnitten 17 lateral entlang der zweiten lateralen Richtung Y strukturiert, wie in 6, Variante (a), beispielhaft dargestellt ist. Dementsprechend ist in einem jeweiligen der Mesaabschnitte 17 das Source-Gebiet 101 nur lokal entlang der Länge des Mesaabschnitts 17 in der zweiten lateralen Richtung Y vorgesehen. Der Kontaktstopfen 111 kann sich durchgehend entlang der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann/können, wie am besten in 7 (b) dargestellt ist, der Kontaktstopfen 111 und/oder die Schutzstruktur 145 und/oder die Grabenelektrode 141 auch entlang der zweiten lateralen Richtung Y strukturiert sein (vgl. Unterbrechungen des ausgesparten Bereichs 112 in 7 (b)) . Zum Beispiel können entlang der zweiten lateralen Richtung Y Abschnitte vorliegen, wo die Schutzstruktur nicht vorgesehen ist und wo ein Abschnitt des Kontaktstopfens 111 somit an einen Abschnitt der Grabenelektrode 141 angrenzen kann; dann können sowohl der Abschnitt des Kontaktstopfens 111 als auch der Abschnitt der Grabenelektrode 141 das gleiche elektrische Potenzial aufweisen. Somit kann gemäß einer Ausführungsform das Graben-Mesa-Muster entlang der zweiten lateralen Richtung Y variieren. Zum Beispiel ist basierend auf der Schutzstruktur 145 der durch den Kontaktstopfen 111 kontaktierte Abschnitt der Grabenelektrode 141 von dem/den Abschnitt(en) der Grabenelektrode 141, der/die von dem Kontaktstopfen 111 getrennt ist/sind, isoliert.
  • Die Gestaltung der Leistungseinheitszelle 1-1 hinsichtlich des Graben-Mesa-Musters kann variieren. Zum Beispiel ist es durch Vergleichen der Varianten (a) und (b) von 6 möglich, die Leistungseinheitszelle 1-1 mit zwei Mesaabschnitten 17 und zwei weiteren Mesaabschnitten 15 (z. B. Dummy-Mesaabschnitten) oder mit drei Mesaabschnitten 17 und einem weiteren Mesaabschnitt 15 zu versehen. Jeder der drei Mesaabschnitte 17 wird durch einen jeweiligen Kontaktstopfen 111 kontaktiert. Wie für die Variante (b) von 6 dargestellt ist, kann einer der Mesaabschnitte 17 lateral durch einen der Source-Gräben 16 und einen der Steuergräben 14 begrenzt sein.
  • Hinsichtlich 7 kann bei beiden Varianten (a) und (b) das Graben-Mesa-Muster mit der in 6 dargestellten Variante (a) identisch sein. Hinsichtlich des Kontaktierens der Mesaabschnitte 17 und der weiteren Mesaabschnitte 15 sowie der Grabenelektroden 141 der Steuergräben 14 und der Grabenelektroden 161 der Source-Gräben 16 gilt analog die obige Beschreibung. Variante (a) in 7 stellt sowohl einen Bereich des Randabschlussgebiets 1-3 als auch des aktiven Gebiets 1-2 dar, während Variante (b) nur das aktive Gebiet 1-2 betrifft.
  • 7 stellt eine der oben genannten möglichen Konfigurationen der Schutzstruktur 145 dar, die entlang der zweiten lateralen Richtung Y strukturiert ist, so dass basierend auf der Schutzstruktur 145 Abschnitte der Grabenelektrode 141 durch den Kontaktstopfen 111 kontaktiert werden und andere Abschnitte von dem Kontaktstopfen 111 getrennt sein können. Um zu gewährleisten, dass die verschiedenen Abschnitte der Grabenelektrode 141 entsprechend verschiedene elektrische Potenziale aufweisen können, kann die Grabenelektrode 141 durch (bezüglich der zweiten lateralen Richtung Y) abwechselnd angeordnete Abschnitte 1452 eines polykristallinen Materials vom p-Typ und Abschnitte 1451 eines polykristallinen Materials vom n-Typ gebildet werden, zum Beispiel, so dass basierend darauf, dass einer der Abschnitte 1452 des polykristallinen Materials vom p-Typ zwischen den beiden Abschnitten 1451 angeordnet ist, jeweils zwei Abschnitte 1451 des polykristallinen Materials vom n-Typ voneinander getrennt sind.
  • Ferner ist hier auch ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung dargeboten. Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren Bilden eines Halbleiterkörpers, der eine erste Oberfläche und einen Mesaabschnitt umfasst, wobei der Mesaabschnitt einen Oberflächenteil der ersten Oberfläche und ein Body-Gebiet umfasst; mindestens zweier Gräben, die sich von der ersten Oberfläche entlang einer Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstrecken, wobei jeder der beiden Gräben eine Grabenelektrode und einen die Grabenelektrode von dem Halbleiterkörper isolierenden Grabenisolator umfasst; und wobei der Mesaabschnitt durch die beiden Gräben in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang einer ersten lateralen Richtung lateral begrenzt ist; eines Kontaktstopfens, der mit dem Body-Gebiet in Kontakt ist, wobei sich der Kontaktstopfen und die Grabenelektrode eines ersten Grabens der beiden Gräben zumindest teilweise im ersten Vertikalquerschnitt lateral überlappen; und einer Schutzstruktur. Die Schutzstruktur weist einen in dem ersten Graben angeordneten Abschnitt auf. Die Schutzstruktur ist zwischen dem Kontaktstopfen und der Grabenelektrode des ersten Grabens angeordnet. Die Schutzstruktur ist eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur. Zum Beispiel erstreckt sich die Schutzstruktur entlang der Vertikalrichtung tiefer als sowohl der Oberflächenteil des Mesaabschnitts als auch eine Grabenabdeckung eines zweiten Grabens der beiden Gräben. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Schutzstruktur an oder über dem Oberflächenteil des Mesaabschnitts und/oder an oder über der Grabenabdeckung des zweiten Grabens angeordnet.
  • Ausführungsbeispiele für das Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung entsprechen den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Leistungshalbleitervorrichtung 1.
  • 8 stellt eine Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung (Bezugszahl 200) gemäß zwei Varianten, Variante (a) mit den Schritten 201 bis 205 und Variante (b) mit den Schritten 201, 202 und 206 bis 208, dar.
  • Gemäß beiden Varianten (a) und (b) werden in Schritt 201 die Grabenelektroden 141 in dem ersten Graben 14 und in dem zweiten Graben 14, z. B. durch Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials wie beispielsweise Polysilicium, gebildet.
  • Weiter auf die beiden Varianten Bezug nehmend, werden in Schritt 202 Aussparungen 1415, z. B. basierend auf einem Ätzverarbeitungsschritt, in dem elektrisch leitenden Material an Stellen, an denen die Schutzstruktur 145 anschließend implementiert werden soll, gebildet.
  • Gemäß Variante (a) beinhaltet Schritt 203 Bilden sowohl der Schutzstruktur 145, z. B. als eine dielektrische Schicht oder eine Schutzvorrichtungsstruktur, und über der Schutzstruktur 145 des oberen Grabenabschnitts 143, der ein Isoliermaterial oder ein elektrisch leitendes Material aufweisen kann. Basierend auf Schritt 203 können zum Beispiel Strukturen wie beispielhaft in 3, Varianten (a), (b), (d) und (e), dargestellt gebildet werden. Gemäß Variante (b) beinhaltet Schritt 206 nur Bilden der Schutzstruktur 145. Dort ist die Schutzstruktur 145 eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur und bildet gleichzeitig einen oberen Grabenabschnitt. Basierend auf Schritt 206 können zum Beispiel Strukturen wie beispielhaft in 3, Varianten (c) und (f), dargestellt gebildet werden.
  • Hinsichtlich optionaler Aspekte der als die Schutzvorrichtungsstruktur implementierten Schutzstruktur 145 und/oder optionaler Aspekte der Grabenelektrode 141 wird auf die obige Beschreibung verwiesen, die analog auch für das Verfahren gilt. Bei einer als eine Zenerdiodenstruktur implementierten Schutzvorrichtungsstruktur kann zum Beispiel eine hochdotierte npn-Struktur abgeschieden werden, die zwei antiparallel geschaltete Zenerdioden bildet. Jede Zenerdiode kann am pn-Übergang ein Übergangsgebiet mit einer geringeren effektiven Dotierung bezüglich n- und p-Gebieten aufweisen.
  • Gemäß beiden Varianten (a) und (b) beinhaltet Schritt 204 bzw. Schritt 207 einen Planarisierungsverarbeitungsschritt und/oder einen Grabenabdeckungsbildungsschritt wie einen Oxidationsverarbeitungsschritt, so dass basierend mindestens auf Grabenabdeckungen 1423 eine im Wesentlichen planare Oberfläche über dem Oberflächenteil 175 des Mesaabschnitts 17 erreicht wird. In dem Planarisierungsverarbeitungsschritt können ein hervorstehender Teil der Grabenelektrode 141, ein hervorstehender Teil des Grabenisolators 142 und ein hervorstehender Teil der Schutzstruktur 145 entfernt werden. Der hervorstehende Teil kann der Teil der Grabenelektrode 141, des Grabenisolators 142 bzw. der Schutzstruktur 145 sein, der über dem Oberflächenteil 175 des Mesaabschnitts 17 gegen die Vertikalrichtung Z hervorsteht.
  • Gemäß beiden Varianten (a) und (b) beinhaltet Schritt 205 bzw. Schritt 208 mehrere Verarbeitungsschritte wie beispielsweise einen oder mehrere Implantationsverarbeitungsschritte und einen oder mehrere Diffusionsverarbeitungsschritte, die dazu ausgeführt werden, jeweils das Body-Gebiet 102, den Kontaktabschnitt 1022 des Body-Gebiets 102 und das Source-Gebiet 101 zu bilden.
  • Ferner kann ein Abscheidungsverarbeitungsschritt zum Bilden der ersten Isolierschicht 13 enthalten sein. Ferner kann ein Ätzverarbeitungsschritt zum Bilden des ausgesparten Bereichs 112 (z. B. Kontaktnut 112), in den ein elektrisch leitendes Material, das zum Beispiel ein Metall beinhaltet, zum Bilden des Kontaktstopfens 111 abgeschieden werden kann, ausgeführt werden.
  • Vorstehend wurden Ausführungsformen, die Leistungshalbleitervorrichtungen wie beispielsweise MOSFETs, IGBTs, RC-IGBTs und Ableitungen davon betreffen, und entsprechende Verarbeitungsverfahren erläutert. Diese Leistungshalbleitervorrichtungen basieren zum Beispiel auf Silicium (Si). Dementsprechend kann ein(e) monokristalline(s) Halbleitergebiet oder -schicht, z. B. der Halbleiterkörper 10 und seine Gebiete/Zonen, z. B. Gebiete 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 einer Halbleitervorrichtung 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 beinhalten 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 Leistungshalbleiterschaltern 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 verschiedenen Ausrichtungen, die von jenen, die in den Figuren dargestellt sind, verschieden sind, verschiedene Ausrichtungen der jeweiligen Vorrichtung 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“, „enthalten“, „beinhalten“, „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. Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - einen Halbleiterkörper (10), der eine erste Oberfläche (110) und einen Mesaabschnitt (17) umfasst, wobei der Mesaabschnitt (17) einen Oberflächenteil (175) der ersten Oberfläche (110) und ein Body-Gebiet (102) umfasst; - mindestens zwei Gräben (14), die sich von der ersten Oberfläche (110) entlang einer Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei jeder der beiden Gräben (14) eine Grabenelektrode (141) und einen die Grabenelektrode (141) von dem Halbleiterkörper (10) isolierenden Grabenisolator (142) umfasst, und wobei der Mesaabschnitt (17) durch die beiden Gräben (14) in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang einer ersten lateralen Richtung (X) lateral begrenzt ist; - einen Kontaktstopfen (111), der mit dem Body-Gebiet (102) in Kontakt ist, wobei sich der Kontaktstopfen (111) und die Grabenelektrode (141) eines ersten Grabens (14) der beiden Gräben (14) zumindest teilweise im ersten Vertikalquerschnitt lateral überlappen; und - eine Schutzstruktur (145), wobei die Schutzstruktur - einen in dem ersten Graben (14) angeordneten Abschnitt aufweist; - zwischen dem Kontaktstopfen (111) und der Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) angeordnet ist; - sich entlang der Vertikalrichtung (Z) tiefer als sowohl der Oberflächenteil (175) des Mesaabschnitts (17) als auch eine Grabenabdeckung (1423) eines zweiten Grabens (14) der beiden Gräben (14) erstreckt; und - eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Mesaabschnitt (17) ein Source-Gebiet (101) umfasst und wobei der Kontaktstopfen (111) auch mit dem Source-Gebiet (101) in Kontakt ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei sich der Kontaktstopfen (111) entlang der Vertikalrichtung (Z) weiter als das Sourcegebiet (101) erstreckt.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzstruktur (145) eine dielektrische Schicht umfasst oder eine dielektrische Schicht ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzstruktur (145) die Schutzvorrichtungsstruktur ist und einen Teil - einer npn-Struktur; - einer pnp-Struktur; - von antiparallel geschalteten Zenerdioden; - einer Schottky-Dioden-Struktur; oder - einer Punchthrough-Struktur bildet.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 2 und wahlweise einem zusätzlichen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktstopfen (111) eine erste Seitenfläche (1111), eine zweite Seitenfläche (1112) und eine untere Fläche (1113) aufweist, wobei die erste Seitenfläche (1111) an den ersten Graben (14) angrenzt, die untere Fläche (1113) an das Body-Gebiet (102) angrenzt und die zweite Seitenfläche (1112) an das Source-Gebiet (101) angrenzt.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Kontaktstopfen (111) im ersten Vertikalquerschnitt lateral mit der gesamten Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) überlappt und wobei sich der Kontaktstopfen (111) in dem ersten Vertikalquerschnitt nur teilweise mit dem Mesaabschnitt (17) überlappt.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, die mindestens zwei erste Gräben (14) umfasst, wobei sich der Kontaktstopfen (111) im Vertikalquerschnitt lateral mit den mindestens zwei ersten Gräben (14) überlappt.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktstopfen (111) im Vertikalquerschnitt entlang der ersten lateralen Richtung (X) lateral von dem zweiten Graben (14) beabstandet ist.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktstopfen (111) an einen Teil der Grabenseitenwand (1421) des ersten Grabens (14) angrenzt.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich ein Teil (1421) des Grabenisolators (142) des ersten Grabens (14) zwischen dem Kontaktstopfen (111) und der Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) befindet.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein lateraler Abstand in der ersten lateralen Richtung (X) zwischen dem Kontaktstopfen (111) und dem Grabenisolator (142) des zweiten Grabens (14) höchstens 1 µm und/oder mindestens 150 nm beträgt.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Body-Gebiet (102) einen Kontaktabschnitt (1022) mit einer lokal erhöhten Dotierstoffkonzentration aufweist, wobei der Kontaktstopfen (111) an den Kontaktabschnitt (1022) angrenzt.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Graben (14) ein Mehrfachgraben-Elektrodengraben (141, 143, 149) ist.
  15. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Grabenkontaktstopfen (113), der in elektrischem Kontakt mit der Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) angeordnet ist, wobei der erste Graben (14) entlang einer zweiten lateralen Richtung (Y) lateral strukturiert ist, so dass entlang der zweiten lateralen Richtung (Y) sowohl die Schutzstruktur (145) als auch der Kontaktstopfen (111) von dem Grabenkontaktstopfen (113) lateral beabstandet sind.
  16. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktstopfen (111) mindestens basierend auf der Schutzstruktur (145) von der Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) elektrisch isoliert ist.
  17. Verfahren (200) zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - Bilden von mindestens zwei Gräben (14) in einem Halbleiterkörper (10) mit einer ersten Oberfläche (110), so dass - sich die beiden Gräben (14) von der ersten Oberfläche (110) entlang einer Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, - die beiden Gräben (14) einen Mesaabschnitt (17) des Halbleiterkörpers (10) in einem ersten Vertikalquerschnitt entlang einer ersten lateralen Richtung (X) lateral begrenzen, wobei der Mesaabschnitt (17) einen Oberflächenteil (175) der ersten Oberfläche (110) und ein Body-Gebiet (102) umfasst, und - Bilden in den mindestens zwei Gräben (14) einer Grabenelektrode (141) und eines die Grabenelektrode (141) von dem Halbleiterkörper (10) isolierenden Grabenisolators (142) ; - Bilden einer Schutzstruktur (145), wobei die Schutzstruktur - einen in dem ersten Graben (14) angeordneten Teil aufweist; - sich entlang der Vertikalrichtung (Z) tiefer sowohl als der Oberflächenteil (175) des Mesaabschnitts (17) als auch eine Grabenabdeckung (1423) eines zweiten Grabens (14) der beiden Gräben (14) erstreckt; und - eine elektrisch isolierende Struktur oder eine Schutzvorrichtungsstruktur ist; - Bilden eines Kontaktstopfens (111), der mit dem Body-Gebiet (102) in Kontakt ist, - wobei sich der Kontaktstopfen (111) und die Grabenelektrode (141) eines ersten Grabens (14) der beiden Gräben (14) im ersten Vertikalquerschnitt zumindest teilweise lateral überlappen; und - wobei der Kontaktstopfen (111) und die Schutzstruktur (145) so gebildet werden, dass die Schutzstruktur (145) zwischen dem Kontaktstopfen (111) und der Grabenelektrode des ersten Grabens (14) angeordnet wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Bilden der Schutzstruktur (145) Folgendes umfasst: - Entfernen mindestens eines Teils der Grabenelektrode (141) des ersten Grabens (14) zum Bilden einer Aussparung (1415) in dem ersten Graben (14) und - Bilden mindestens eines Abschnitts der Schutzstruktur (145) in der Aussparung (1415).
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei das Bilden des Kontaktstopfens (111) Folgendes umfasst: - Entfernen mindestens eines Teils des Mesaabschnitts (17) und der Schutzstruktur (145) zum Bilden eines ausgesparten Bereichs (112) und - Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials in dem ausgesparten Bereich (112).
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 19, das nach dem Bilden der Schutzstruktur (145) und vor dem Bilden des Kontaktstopfens (111) einen Planarisierungsverarbeitungsschritt und/oder einen Grabenabdeckungsbildungsschritt umfasst, so dass basierend mindestens auf der Grabenabdeckung (1423) der Gräben (14) eine im Wesentlichen planare Oberfläche über dem Oberflächenteil (175) des Mesaabschnitts (17) gebildet wird.
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