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DE102006026943A1 - Mittels Feldeffekt steuerbarer Trench-Transistor mit zwei Steuerelektroden - Google Patents

Mittels Feldeffekt steuerbarer Trench-Transistor mit zwei Steuerelektroden Download PDF

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DE102006026943A1
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mittels Feldeffekt steuerbaren Trench-Transistor, welcher in einem Trench neben einer ersten Steuerelektrode, die an ein erstes Steuerpotenzial anschließbar ist, eine benachbart zur ersten Steuerelektrode angeordnete zweite Steuerelektrode, die an ein zweites Steuerpotenzial anschließbar ist, umfasst. Weiterhin ist eine mit dem zweiten Steuerpotenzial verbindbare erste elektrische Leitung in der Randstruktur zur elektrischen Kontaktierung von zweiten Steuerelektroden vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung liegt auf Gebiet der Halbleitertechnik und betrifft einen mittels Feldeffekt steuerbaren Trench-Transistor (FET) mit zwei Steuerelektroden.
  • Herkömmliche Feldeffekttransistoren umfassen eine, an eine erste Anschlusszone (z. B. Source-Anschlusszone) eines Halbleiterkörpers angeschlossene, erste Anschlusselektrode (z. B. Source-Elektrode) und eine, an eine zweite Anschlusszone (z. B. Drain-Anschlusszone) des Halbleiterkörpers angeschlossene, zweite Anschlusselektrode (z. B. Drain-Elektrode). Weiterhin ist zur Steuerung eines leitfähigen Kanals zwischen diesen beiden Elektroden eine gegenüber dem Halbleiterkörper isolierte Steuerelektrode ("Gate-Elektrode") vorgesehen, welche an ein Steuerpotenzial ("Gate-Potenzial") angeschlossen beziehungsweise anschließbar ist. Bei einem Trench-Transistor erstreckt sich die Steuerelektrode in einem Trench (d. h. Graben) in den Halbleiterkörper hinein. Zur Isolierung der Gate-Elektrode gegenüber dem Halbleiterkörper dient eine Gate-Isolationsschicht.
  • Zwischen den beiden Anschlusszonen kann eine komplementär zur Drain- und Source-Anschlusszone dotierte Kanalzone ("Body-Zone") angeordnet sein, um den FET selbstsperrend zu machen. In diesem Fall ist die Gate-Elektrode benachbart zur Body-Zone angeordnet, um bei Anlegen eines Steuerpotenzials geeigneten Vorzeichens einen leitfähigen Kanal ("Inversionskanal") in der Body-Zone zu erzeugen, so dass bei angelegter Versorgungsspannung zwischen der Source- und der Drain-Elektrode ein Stromfluss in dem Halbleiterkörper ermöglicht ist. Bei einem selbstleitenden FET ist keine komplementär dotierte Body-Zone vorgesehen, wobei die Steuerelektrode in diesem Fall dazu dient, einen leitfähigen Kanal durch Anlegen eines Steuerpotenzials geeigneten Vorzeichens abzuschnüren, um bei an Drain- und Source-Elektrode angelegter Versorgungsspannung einen Stromfluss im Halbleiterkörper zu unterbrechen.
  • Für die praktische Anwendung von Feldeffektransistoren ist angestrebt, dass diese eine hohe Durchbruchsspannung (Spannungsfestigkeit) und zugleich einen geringen Einschaltwiderstand aufweisen. Die Durchbruchsspannung ist hierbei als diejenige Versorgungsspannung definiert, bei welcher ein selbstsperrender FET bei nicht angesteuerter Gate-Elektrode in den Durchbruch übergeht. Der Einschaltwiderstand kann, bei angesteuerter Gate-Elektrode, rechnerisch als Quotient aus der angelegten Versorgungsspannung und dem bei dieser Spannung auftretenden Source-Drain-Strom ermittelt werden.
  • Weiterhin ist für die praktische Anwendung angestrebt, dass die Feldeffekttransistoren eine möglichst geringe parasitäre Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode aufweisen, da hierdurch in nachteiliger Weise die Schaltverluste, insbesondere bei hohen Schaltfrequenzen, erhöht werden. Schnelle Schaltflanken ermöglichen in vorteilhafter Weise beispielsweise den Betrieb eines DC/DC-Konverters mit höheren Schaltfrequenzen, so dass die Effizienz erhöht und der Systemaufwand insgesamt reduziert werden kann. Bei Trench-Transistoren nimmt die parasitäre Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode insbesondere auch mit einem zunehmenden Überlappbereich von Gate-Elektroden und Drain-Zone zu.
  • Als Maßnahme zur Erhöhung der Durchbruchsspannung ist beispielsweise das Vorsehen einer dickeren Gate-Isolationsschicht zwischen der Gate-Elektrode und dem Halbleiterkörper bekannt, was jedoch in nachteiliger Weise den Einschaltwiderstand erhöht. Weiterhin ist zu diesem Zweck das Vorsehen einer gegenüber der Drain-Anschlusszone schwächer dotierten Epi-Zone (Drift-Zone) zwischen der Body-Zone und der Drain-Anschlusszone bekannt, welche jedoch in nachteiliger Weise der Einschaltwiderstand erhöht. Die Drain-Anschlusszone und die schwächer dotierte Drift-Zone können unter dem Begriff "Drain-Zone" zusammengefasst werden.
  • Um eine möglichst hohe Durchbruchsspannung bei einem geringen Einschaltwiderstand und eine geringe parasitäre Kapazität zwischen Gate- und Drain-Elektrode und damit geringe Schaltverluste zu realisieren, ist in Trench-Transistoren der Einsatz einer im Trench benachbart zur Gate-Elektrode angeordneten, weiteren Steuerelektrode ("Feldelektrode") vorgeschlagen worden, welche isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper ist und an ein Feldelektroden-Potenzial angeschlossen werden kann. Hierbei reicht die Feldelektrode vorzugsweise durch den Großteil der Driftzone hindurch. Zur Isolierung der Feldelektrode gegenüber dem Halbleiterkörper dient eine Feldelektroden-Isolationsschicht, welche vorteilhaft dicker als die Gate-Isolationsschicht ist.
  • In solchen Trench-Transistoren mit zwei Steuerelektroden verringert die Feldelektrode bei anliegender Versorgungsspannung eine an der Gate-Isolationsschicht der Gate-Elektrode wirkende Feldstärke. Auf diese Weise kann gegenüber vergleichbaren Feldeffektransistoren ohne einer solchen Feldelektrode bei gleicher Spannungsfestigkeit die Dotierung der Driftzone erhöht werden, wodurch in vorteilhafter Weise der Einschaltwiderstand und die parasitäre Kapazität zwischen der Gate- und Drain-Elektrode verkleinert werden kann. An die Feldelektrode wird hierbei insbesondere das an der Source-Elektrode anliegende Potenzial gelegt.
  • Bei solchen Trench-Transistoren mit einer Gate-Elektrode und einer zusätzlichen, auf Source-Potenzial gelegten Feldelektrode ist es grundsätzlich möglich, die parasitäre Kapazität zwischen der Gate- und der Drain-Elektrode (d. h. die Gate-Drain-Ladung) durch die Position der Unterkante der Gate-Elektrode in Bezug auf den pn-Übergang, d. h. den Übergang der Body-Zone in die Drain-Zone (Drift-Zone), einzustellen. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn in Richtung der Trenchtiefe betrachtet, die untere Kante der Gate-Elektrode möglichst genau auf Höhe des pn-Übergangs liegt, weil hierdurch eine minimale parasitäre Kapazität zwischen der Gate- und der Drain-Elektrode erreicht werden kann.
  • Weiterhin ist aus dem US-Patent Nr. 4,941,026, anstelle von zwei separaten Steuerelektroden, die Ausbildung einer bis in die Driftzone reichenden, von einem Dünn-Dickoxid umgebenen Gate-Elektrode bekannt. Ein Vorteil einer solchen Gate-Elektrode ist vor allem ein relativ niedriger Einschaltwiderstand aufgrund der Formung eines Akkumulationskanals, wobei der Einschaltwiderstand um ca. 10 bis 30% gegenüber Transistoren mit einer nicht bis in die Drift-Zone reichenden Gate-Elektrode verringert ist. Ein Nachteil ist jedoch die damit einher gehende höhere parasitäre Kapazität zwischen der Gate- und der Drain-Elektrode, wobei die parasitäre Kapazität um ca. 50 bis 300% gegenüber Transistoren mit einer nicht bis in die Drift-Zone reichenden Gate-Elektrode erhöht ist. Zudem ist, ausgehend von einem Prozess zur Formung eines Transistors mit separaten Gate- und Feld-Elektroden, ein hoher Entwicklungsaufwand notwendig, da beispielsweise nach dem Ätzen des Feldoxids an den oberen Trenchseitenwänden und beim Aufwachsen des Gateoxides eine Oxidschicht auf der Feldelektrode gebildet wird, die diese vom Gatepozenzial isoliert. Nachfolgende Prozessschritte zum selektiven Entfernen der Oxidschicht auf der Feldelektrode kontaminieren oder Dünnen das Gateoxid und führen zu Zuverlässigkeitsproblemen.
  • Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen mittels Feldeffekt steuerbaren Trench-Transistor mit zwei Steuerelektroden in einem selben Trench, nämlich einer Gate-Elektrode und einer Feldelektrode, zur Verfügung zu stellen, welcher eine einfache Einstellung des Einschaltwiderstands und der parasitären Kapazität zwischen Gate- und Drain-Elektrode ermöglicht und in technisch einfacher Weise hergestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch einen Trench-Transistor mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist ein mittels Feldeffekt steuerbarer Trench-Transistor gezeigt, welcher einen Halbleiterkörper umfasst, der in einen Zellenfeldbereich mit wenigstens einem Zellenfeld und in eine das wenigstens eine Zellenfeld einrahmende Randstruktur unterteilbar ist. Enthält der Zellenfeldbereich mehrere Zellenfelder, so können diese beispielsweise durch so genannte Gate-Finger (Gate-Zuleitungen) voneinander getrennt sein. Hierbei werden alle trennenden Abschnitte (z. B. obige Gate-Finger) und alle nicht mit elektrisch aktiven Kanälen versehenen Bereiche des Halbleiterkörpers der Randstruktur zugeordnet. Jedes Zellenfeld wird für sich alleine von der Randstruktur umrahmt. Andererseits werden alle Abschnitte des Halbleiterkörpers, bei welchen im eingeschalteten Zustand des Transistors Strom duch den Halbleiterkörper fließt, dem Zellenfeldbereich zugeordnet.
  • Der Halbleiterkörper des Trench-Transistors ist im Zellenfeldbereich mit wenigstens einer dotierten ersten Anschlusszone und wenigstens einer dotierten zweiten Anschlusszone versehen. An die erste Anschlusszone ist eine erste Anschlusselektrode angeschlossen, an welche ein erstes Versorgungspotenzial anlegbar ist, und an die zweite Anschlusszone ist eine zweite Anschlusselektrode angeschlossen, an welche ein zweites Versorgungspotenzial anlegbar ist.
  • Weiterhin umfasst der Trench-Transistor wenigstens einen im Halbleiterkörper geformten Trench (Graben), welcher sich insbesondere vom Zellenfeld bis in die Randstruktur hinein erstrecken kann. Im Trench ist eine erste Steuerelektrode ("Gate-Elektrode") geformt, die durch eine erste Isolationsschicht gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert und an ein erstes Steuerpotenzial anschließbar ist. Weiterhin ist im selben Trench, benachbart zur ersten Steuerelektrode, eine zweite Steuerelektrode (Feld-Elektrode) angeordnet, welche durch eine zweite Isolationsschicht isoliert in dem Halbleiterkörper angeordnet und an ein zweites Steuerpotenzial anschließbar ist. Hierbei kann sich die zweite Steuerelektrode bis in die Randstruktur hinein erstrecken, falls sich der Trench bis in die Randstruktur hinein erstreckt.
  • Des Weiteren umfasst der erfindungsgemäße Trench-Transistor in seiner Randstruktur eine mit dem zweiten Steuerpotenzial verbindbare erste elektrische Leitung zur elektrischen Kontaktierung wenigstens einer der zweiten Steuerelektroden. Eine Kontaktierung einer zweiten Steuerelektroden kann hierbei beispielsweise mittels eines in einem Kontaktloch geformten elektrischen Kontakts zwischen der ersten elektrischen Leitung und der zweiten Steuerelektrode erfolgen. Dies setzt voraus, dass die zweite Steuerelektrode sich bis in die Randstruktur hinein erstreckt. Alternativ ist es möglich, dass ein mit der zweiten Steuerelektrode verbundener elektrischer Kontakt außerhalb des Trenches in die Randstruktur hinein geführt wird und dort von der ersten elektrischen Leitung kontaktiert wird.
  • Die erste elektrische Leitung kann lediglich einen Teil oder alle Feldelektroden in der Randstruktur kontaktieren. Falls die erste elektrische Leitung lediglich einen Teil der Feldelektroden in der Randstruktur kontaktiert, so kann dies dazu führen, dass nicht alle Feldelektroden an ein gleiches zweites Steuerpotenzial angeschlossen sind. Falls die erste elektrische Leitung andererseits alle Feldelektroden in der Randstruktur kontaktiert, so führt dies dazu, dass alle Feldelektroden an ein gleiches zweites Steuerpotenzial angeschlossen sind.
  • Beispielsweise können in dem letztgenannten Fall alle Feldelektroden an ein Steuerpotenzial angeschlossen sein, das zu dem ersten Steuerpotenzial der Gate-Elektroden gleich ist. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund eines Akkumulationskanals unterhalb des durch die Gate-Elektrode erzeugten leitenden Inversionskanals ein minimaler Einschaltwiderstand erreicht werden kann.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trench-Transistors, bei dem nicht alle Feldelektroden von der ersten elektrischen Leitung in der Randstruktur kontaktiert sind, dient die erste Anschlusselektrode im Zellenfeld zur Kontaktierung wenigstens einer der Feldelektroden im Zellenfeld, wobei diese Feldelektrode von der ersten elektrischen Leitung in der Randstruktur nicht kontaktiert ist. Im Allgemeinen führt dies dazu, dass die Feldelektroden, welche mit der ersten elektrischen Leitung verbunden sind, an ein anderes zweites Steuerpotenzial angeschlossen bzw. anschließbar sind, als jene Feldelektroden, welche mit der ersten Anschlusselekt rode verbunden sind. Mit anderen Worten, der Potenzialwert des zweiten Steuerpotenzials der mit der ersten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektroden und der Potenzialwert des zweiten Steuerpotenzials der mit der ersten Anschlusselektrode verbundenen Feldelektroden sind voneinander verschieden. Somit kann das zweite Steuerpotenzial verschiedener Feldelektroden voneinander verschiedene Potenzialwerte haben.
  • Bei letztgenannter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trench-Transistors ist es vorteilhaft, wenn die Feldelektroden in einer lateralen Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Trenches mit einem sich in dieser Richtung im Wesentlichen periodisch wiederholenden (wählbaren) Kontaktierungsschema durch die erste Anschlusselektrode im Zellenfeld und durch die erste elektrische Leitung in der Randstruktur kontaktiert sind. Beispielsweise können in dieser Richtung unmittelbar benachbarte Feldelektroden alternierend entweder von der ersten elektrischen Leitung oder der ersten Anschlusselektrode kontaktiert sein, so dass sich das in dieser Richtung periodisch wiederholende Kontaktierungsschema aus einer mit der ersten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektrode und einer mit der ersten Anschlusselektrode verbundenen Feldelektrode zusammensetzt. Alternativ können beispielsweise jeweils zwei benachbarte Feldelektroden mit der ersten elektrischen Leitung verbunden sein, gefolgt von einer mit der ersten Anschlusselektrode kontaktierten Feldelektrode, so dass sich das in dieser Richtung periodisch wiederholende Kontaktierungsschema aus zwei mit der ersten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektroden und einer mit der ersten Anschlusselektrode verbundenen Feldelektrode zusammensetzt. In analoger Weise sind erfindungsgemäß in dem Kontaktierungsschema beliebige Kombinationen von Kontaktierungen von Feldelektroden mit der ersten elektrischen Leitung und der ersten Anschlusselektrode möglich.
  • Bei eine weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trench-Transistors, bei dem nicht alle Feldelektroden von der ersten elektrischen Leitung in der Randstruktur kontaktiert sind, ist eine zweite elektrische Leitung in der Randstruktur zur elektrischen Kontaktierung wenigstens einer Feldelektrode vorgesehen, wobei diese Feldelektrode von der ersten elektrischen Leitung nicht kontaktiert ist. Eine Kontaktierung einer zweiten Steuerelektroden kann hierbei beispielsweise mittels eines in einem Kontaktloch geformten elektrischen Kontakts zwischen der zweiten elektrischen Leitung und der zweiten Steuerelektrode erfolgen. Dies setzt voraus, dass die zweite Steuerelektrode sich bis in die Randstruktur hinein erstreckt. Alternativ ist es möglich, dass ein mit der zweiten Steuerelektrode verbundener elektrischer Kontakt außerhalb des Trenches in die Randstruktur hinein geführt wird und dort von der zweiten elektrischen Leitung kontaktiert wird.
  • Bei letztgenannter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trench-Transistors ist es vorteilhaft, wenn die Feldelektroden in einer lateralen Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Trenches mit einem sich in dieser Richtung im Wesentlichen periodisch wiederholenden (wählbaren) Kontaktierungsschema durch die erste elektrische Leitung und durch die zweite elektrische Leitung in der Randstruktur kontaktiert sind. Beispielsweise können in dieser Richtung unmittelbar benachbarte Feldelektroden alternierend entweder von der ersten elektrischen Leitung oder der zweiten elektrischen Leitung kontaktiert sein, so dass sich das in dieser Richtung periodisch wiederholende Kontaktierungsschema aus einer mit der ersten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektrode und einer mit der zweiten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektrode zusammensetzt. Alternativ können beispielsweise jeweils zwei benachbarte Feldelektroden mit der ersten elektrischen Leitung verbunden sein, gefolgt von einer mit der zweiten elektrischen Leitung kontaktierten Feldelektrode, so dass sich das in dieser Richtung periodisch wiederholende Kontaktierungsschema aus zwei mit der ersten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektroden und einer mit der zweiten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektrode zusammensetzt. In analoger Weise sind erfindungsgemäß in dem Kontaktierungsschema beliebige Kombinationen von Kontaktierungen von Feldelektroden mit der ersten elektrischen Leitung und der zweiten elektrischen Leitung möglich.
  • Bei letztgenannter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Trench-Transistors ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die zweite elektrische Leitung mit der ersten Anschlusselektrode (Source-Elektrode) elektrisch leitend verbunden ist.
  • Bei obigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Trench-Transistors ist es vorteilhaft, wenn die erste elektrische Leitung in der Randstruktur (auch) zur Kontaktierung der ersten Steuerelektroden dient. In diesem Fall sind die von der ersten elektrischen Leitung kontaktierten Feldelektroden und die Gate-Elektroden an ein gleiches Steuerpotenzial angeschlossen bzw. anschließbar. Mit anderen Worten, erstes und zweites Steuerpotenzial sind bei den mit der ersten elektrischen Leitung verbundenen Feldelektroden und den Gate-Elektroden gleich. Falls alle Feldelektroden und alle Gate-Elektroden mit der ersten elektrischen Leitung verbunden sind, sind alle Feldelektroden und alle Gate-Elektroden an ein gleiches Steuerpotenzial (Gate-Potenzial) angeschlossen bzw. anschließbar.
  • Bei obigen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Trench-Transistors ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Kontaktierung von Feldelektroden mittels der ersten elektrischen Leitung und/oder der zweiten elektrischen Leitung in der Rand struktur jeweils durch einen in einem Kontaktloch geformten elektrischen Kontakt erfolgt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Trench-Transistor kann somit in vorteilhafter Weise auf eine Kontaktierung von Feldelektroden im Zellenfeld, welche einen aufwändigen Entwicklungsprozess erfordert, verzichtet werden. Zudem erlaubt die Kontaktierung von Feldelektroden mit einer ersten elektrischen Leitung und der ersten Anschlusselektrode bzw. einer ersten elektrischen Leitung und einer zweiten elektrischen Leitung das Anlegen von unterschiedlichen zweiten Steuerpotenzialen (anders ausgedrückt, ein zweites Steuerpotenzial mit unterschiedlichen Potenzialwerten) an die Feldelektroden.
  • Wird eine Feldelektrode beispielsweise an ein zweites Steuerpotenzial angeschlossen, welches zum ersten Steuerpotenzial der Gate-Elektroden gleich ist, so führt dies dazu, dass der Einschaltwiderstand des Trench-Transistors gesenkt wird, während gleichzeitig die parasitäre Kapazität zwischen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode ansteigt. Wird andererseits eine Feldelektrode beispielsweise an ein zweites Steuerpotenzial angeschlossen, welches zum ersten Versorgungspotenzial (Source-Potenzial) gleich ist, so führt dies in umgekehrter Weise dazu, dass der Einschaltwiderstand des Trench-Transistors ansteigt, während gleichzeitig die parasitäre Kapazität zwischen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode vermindert wird.
  • Werden alle Feldelektroden mit dem Gate-Potenzial verbunden, so nimmt der Einschaltwiderstand des Trench-Transistors einen minimalen Wert an, während die parasitäre Kapazität zwischen Gate- und Drain-Elektrode einen maximalen Wert annimmt. Werden hingegen alle Feldelektroden mit dem Source-Potenzial verbunden, so nimmt der Einschaltwiderstand einen maximalen Wert an, während die parasitäre Kapazität zwischen Gate- und Drain- Elektrode einen minimalen Wert annimmt. Wenn nun die Feldelektroden beispielsweise in einer lateralen Richtung in alternierender Folge an das Gate- und das Source-Potenzial angeschlossen sind, so nehmen der Einschaltwiderstand und die parasitäre Kapazität zwischen Gate- und Drain-Elektrode Werte an, welche in der Mitte zwischen ihren jeweiligen Minimal- und Maximalwerten liegen. In entsprechender Weise können durch eine wählbare Abfolge von Kontaktierungen in einer lateralen Richtung senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Trenches und entsprechendes Anlegen von verschiedenen zweiten Steuerpotenzialen (verschiedenen Potenzialwerten des zweiten Steuerpotenzials) beliebige relative Verhältnisse von Einschaltwiderstand und parasitärer Kapazität zwischen Gate-Elektrode und Drain-Elektrode im Trench-Transistor eingestellt werden.
  • Die Erfindung wird nun anhand von beispielhaften Ausführungsformen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Trench-Transistors;
  • 2 schematische seitliche Schnittdarstellungen gemäß der Schnittlinien I-I, II-II und III-III von 1 einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trench-Transistors;
  • 3 schematische seitliche Schnittdarstellungen gemäß der Schnittlinien I-I, II-II und III-III von 1 einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trench-Transistors.
  • Es wird nun Bezug auf die 1, sowie 2A, 2B und 2C genommen, worin eine schematische Aufsicht eines erfindungsgemäßen Trench-Transistors und jeweilige seitliche Schnittansichten des Trench-Transistors dargestellt sind. Hierbei zeigt 2A eine seitliche Schnittansicht gemäß der Schnittlinie I-I von 1, 2B eine seitliche Schnittansicht gemäß der Schnittlinie II-II von 1 und 2C eine seitliche Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III von 1.
  • Demnach umfasst ein Trench-Transistor, welcher insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnet ist, eine Mehrzahl von Trenches 2, 2', 2'', welche in einem Halbleiterkörper 3 geformt sind. Die Trenches 2, 2', 2'' erstrecken sich parallel zueinander von einem in 1 unterhalb einer strichpunktierten Linie 4 befindlichen Zellenfeld 5 bis zu einer oberhalb der strichpunktierten Linie 4 befindlichen Randstruktur 6 des Trench-Transistors 1. In 1 sind zur Veranschaulichung lediglich drei Trenches 2, 2', 2'' dargestellt. Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass ein erfindungsgemäßer Trench-Transistor mehr oder weniger als drei Trenches 2, 2', 2'' aufweisen kann.
  • In dem Trench-Transistor 1 dient eine Source-Metallisierung 7 zur elektrischen Kontaktierung von Source-Anschlusszonen 9, welche im gezeigten Beispiel stark n-dotiert (n++) dotiert sind. Die Kontaktierung erfolgt mittels in Kontaktlöchern geformter elektrischer Kontakte 8 der Source-Metallisierung 7.
  • Weiterhin umfasst der Trench-Transistor 1 eine stark n-dotierte (n+) Drain-Anschlusszone 12 als Teil einer Drain-Zone, an welche eine in den Figuren nicht dargestellte Drain-Elektrode angeschlossen ist. In der Drain-Zone ist ferner in vertikaler Richtung oberhalb der Drain-Anschlusszone 12 eine schwächer n-dotierte (n) Drift-Zone 11 angeordnet.
  • Zwischen der Source-Anschlusszone 9 und der Drift-Zone 11 befindet sich eine komplementär zu diesen beiden stark p-dotierte (p+) Kanalzone 10, durch welche ein pn-Übergang erzeugt wird, um den Trench-Transistor selbstsperrend zu machen. Die Kanalzone 10 ist durch den elektrischen Kontakt 8 der Source-Metallisierung 7 mit der Source-Anschlusszone 9 kurzgeschlossen, um das Einschalten eines parasitären Bipolartransistors zu vermeiden.
  • In den Trenches 2, 2', 2'' ist benachbart zur Kanalzone 10 eine erste Steuerelektrode (Gate-Elektrode) 13 beispielsweise aus Poly-Silizium angeordnet, welche an ein erstes (positives) Steuerpotenzial angeschlossen werden kann, um bei angelegter Versorgungspannung an die Source- und Drain-Elektrode einen leitfähigen Kanal in der Kanal-Zone 10 zu erzeugen, welcher einen Stromfluss zwischen der Source- und der Drain-Elektrode ermöglicht. Die Gate-Elektrode 13 ist durch eine Gate-Isolationsschicht 14 gegenüber dem Halbleiterkörper 3 und insbesondere gegenüber der Kanalzone 10 elektrisch isoliert. Eine weitere Isolationsschicht 15 dient zur elektrischen Isolierung der Gate-Elektrode 13 gegenüber der Source-Metallisierung 7. Die Unterkante 18 der Gate-Elektrode 13 befindet sich etwa auf Höhe des pn-Übergangs 19.
  • In den Trenches 2, 2', 2'' ist in vertikaler Richtung unterhalb der Gate-Elektrode 13 eine zweite Steuerelektrode (Feldelektrode) 16 beispielsweise aus Poly-Silizium angeordnet, welche an ein zweites Steuerpotenzial angeschlossen werden kann. Die Feldelektrode 16 ist durch die Feld-Isolationsschicht 17 gegenüber dem Halbleiterkörper 3 isoliert. Hierbei ist die Feld-Isolationsschicht 17 dünner als die Gate-Isolationsschicht 14 ausgebildet. Eine Intergate-Isolationsschicht 20 dient zur elektrischen Isolierung der Gate-Elektrode 13 gegenüber der Feldelektrode 16.
  • Die Trenches 2, 2', 2'' erstrecken sich von dem Zellenfeld 5 bis in die Randstruktur 6 des Trench-Transistors 1 hinein. In den Trenches 2, 2', 2'' sind sowohl die Gate-Elektroden 13 als auch die Feldelektroden plattenförmig ausgebildet und erstrecken sich bis in die Randstruktur 6 hinein.
  • Wie 1 entnommen werden kann, erstreckt sich die Source-Metallisierung 7 vom Zellenfeld 5 bis in die Randstruktur 6 hinein, zu welchem Zweck die Source-Metallisierung 7 über eine Verbindungsabschnitt 31 in einen Randstrukturabschnitt 32 der Source-Metallisierung 7 übergeht.
  • Wie 2B, einer seitlichen Schnittansicht gemäß der Schnittlinie II-II von 1 entnommen werden kann, kontaktiert die Source-Metallisierung 7 bzw. deren Randstrukturabschnitt 32 die in den Trenches 2 und 2'' befindlichen Feldelektroden 16 in der Randstruktur 6, so dass diese Feldelektroden an das Source-Potenzial angeschlossen bzw. anschließbar sind. Die Kontaktierung einer jeden der Feldelektroden 16 erfolgt mittels eines in einem Kontaktloch ausgebildeten elektrischen Kontakts 21 der Source-Metallisierung 7. Zu diesem Zweck wurde an der Kontaktstelle die Gate-Elektrode 13 in den Trenches 2 und 2'' nicht ausgebildet.
  • Wie weiterhin 1 entnommen werden kann, ist in der Randstruktur 6 des Trench-Transistors 1 eine Gate-Metallisierung 22 angeordnet. Die Gate-Metallisierung 22 umfasst hierbei zwei Kontaktreihen, nämlich eine erste Kontaktreihe 25 zur Kontakierung der Gate-Elektroden 13 in den Trenches 2, 2', 2'' und eine zweite Kontaktreihe 26 zur Kontaktierung der Feldelektrode 16 im Trench 2'. Die Kontaktierung der Gate-Elektroden 13 erfolgt mittels in Kontaktlöchern geformter Kontakte 23 der Gate-Metallisierung 22. Wie 2C, einer seitlichen Schnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III von 1 entnommen werden kann, erfolgt eine Kontaktierung der Feldelektrode 16 im Trench 2' durch einen in einem Kontaktloch geformten elektrischen Kontakt 24 der Gate-Metallisierung 22. Zu diesem Zweck wurde an der Kontaktstelle die Gate-Elektrode 13 im Trench 2' nicht ausgebildet.
  • Durch die unterschiedliche Kontaktierung der Feldelektroden 16 in den Trenches 2 und 2'' einerseits und im Trench 2' andererseits können die Feldelektroden 16 in den Trenches 2 und 2'' an das Source-Potenzial und die Feldelektrode 16 im Trench 2' an das Gate-Potenzial angelegt werden. Insofern ergibt sich in lateraler Richtung (x) senkrecht zur Erstreckungsrichtung (y) der Trenches eine Abfolge von Feldelektroden 16, welche alternierend an Source- bzw. Gate-Potenzial angelegt bzw. anlegbar sind.
  • Es wird nun Bezug auf 3A, 3B, 3C genommen, worin seitliche Schnittdarstellungen gemäß der Schnittlinien I-I, II-II und III-III von 1 einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trench-Transistors dargestellt sind. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, werden lediglich die Unterschiede zur Ausführungsform von 2A, 2B, 2C erläutert und ansonsten auf die dort gemachten Ausführungen Bezug genommen.
  • Demnach erfolgt die Kontaktierung der Feldelektroden 16 in den Trenches 2 und 2'' bzw. im Trench 2' nicht innerhalb sondern außerhalb der Trenches. Wie 3B entnommen werden kann, ist zu diesem Zweck ein Kontaktabschnitt 27 der Feldelektrode 16 aus dem Trench 2 herausgeführt, welcher seinerseits von einem elektrischen Kontakt 29 des Randstrukturabschnitts 32 der Source-Metallisierung 7 kontaktiert wird. Wie 3C entnommen werden kann, ist weiterhin zu diesem Zweck ein Kontaktabschnitt 28 der Feldelektrode 16 aus dem Trench 2' herausge führt, welcher seinerseits von einem elektrischen Kontakt 30 der Gate-Metallisierung 22 kontaktiert wird.
  • Die Erfindung ist nicht auf die beispielhaften und lediglich zu deren Veranschaulichung dienenden Asuführungsformen eingeschränkt. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Trench-Transistor nicht auf Transistoren mit rückseitiger Drain-Anschlusszone (Drain-Elektrode) eingeschränkt, sondern kann ebenso auf so genannte Drain-Up-Transistoren angewendet werden, bei denen das Drain-Gebiet über ein hochdotiertes Gebiet (Sinker-Kontakt) an die Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt wird. Weiterhin sind erfindungsgemäß sowohl n- als auch p-Kanaltransistoren möglich. Des Weiteren kann die Feld-Elektrode auch teilweise neben der Gate-Elektrode angeordnet oder von dieser umgeben sein.
  • In dem erfindungsgemäßen Trench-Transistor ist es in vorteilhafter Weise möglich, durch Ändern des Layouts einer Kontaktlochmaske zur Formung von Kontaktlöchern zur Kontaktierung der Feldelektroden eine gewünschte Kontaktierung der Feldelektroden zur Einstellung eines gewünschten Einschaltwiderstands und einer parasitären Kapazität zwischen Gate- und Drain-Elektrode zu erhalten.
    • 1
    Trench-Transistor
    2
    Trench
    3
    Halbleiterkörper
    4
    Linie
    5
    Zellenfeld
    6
    Randbereich
    7
    Source-Metallisierung
    8
    Kontakt
    9
    Source-Anschlusszone
    10
    Kanal-Zone
    11
    Driftzone
    12
    Drain-Anschlusszone
    13
    Gate-Elektrode
    14
    Gate-Isolationsschicht
    15
    Isolationsschicht
    16
    Feldelektrode
    17
    Feld-Isolationsschicht
    18
    Unterkante der Gate-Elektrode
    19
    pn-Übergang
    20
    Intergate-Isolationsschicht
    21
    Kontakt
    22
    Gate-Metallisierung
    23
    Kontakt
    24
    Kontakt
    25
    Erste Kontaktreihe der Gate-Metallisierung
    26
    Zweite Kontaktreihe der Gate-Metallisierung
    27
    Feldelektrodenkontaktabschnitt
    28
    Feldelektrodenkontaktabschnitt
    29
    Kontakt
    30
    Kontakt
    31
    Verbindungsabschnitt der Source-Metallisierung 7
    32
    Randstrukturabschnitt der Source-Metallisierung 7

Claims (10)

  1. Mittels Feldeffekt steuerbarer Trench-Transistor (1), welcher umfasst: – einen Halbleiterkörper (3), der in einen Zellenfeldbereich mit mindestens einem Zellenfeld (5) und in eine das Zellenfeld einrahmende Randstruktur (6) unterteilbar ist, wobei der Halbleiterkörper im Zellenfeld mit wenigstens einer dotierten ersten Anschlusszone (9) und wenigstens einer dotierten zweiten Anschlusszone (12) versehen ist; – eine an die erste Anschlusszone (9) angeschlossene erste Anschlusselektrode (7) zum Anlegen eines ersten Versorgungspotenzials und eine an die zweite Anschlusszone (12) angeschlossene zweite Anschlusselektrode zum Anlegen eines zweiten Versorgungspotenzials; – wenistens ein im Halbleiterkörper (3) geformter Trench (2, 2', 2''); – eine im Trench geformte erste Steuerelektrode (13) ("Gate-Elektrode"), die durch eine erste Isolationsschicht (14) gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert (3) und die an ein erstes Steuerpotenzial (G) anschließbar ist; – eine benachbart zur ersten Steuerelektrode (13) im Trench angeordnete zweite Steuerelektrode (16) ("Feld-Elektrode"), welche durch eine zweite Isolationsschicht (17) isoliert in dem Halbleiterkörper (3) angeordnet und die an ein zweites Steuerpotenzial (S, G) anschließbar ist; – eine mit dem zweiten Steuerpotenzial verbindbare erste elektrische Leitung (22) in der Randstruktur (6) zur elektri schen Kontaktierung wenigstens einer zweiten Steuerelektrode (16).
  2. Trench-Transistor nach Anspruch 1, bei welchem die erste Anschlusselektrode (7) im Zellenfeld (5) zur Kontaktierung wenigstens einer zweiten Steuerelektrode, welche von der ersten elektrischen Leitung (22) in der Randstruktur nicht kontaktiert ist, dient.
  3. Trench-Transistor nach Anspruch 2, bei welchem die zweiten Steuerelektroden in einer lateralen Richtung (x) senkrecht zur Erstreckungsrichtung (y) von Trenches mit einem sich in dieser Richtung im Wesentlichen periodisch wiederholenden, wählbaren Kontaktierungsschema durch die erste Anschlusselektrode (7) im Zellenfeld und durch die erste elektrische Leitung (22) in der Randstruktur kontaktiert sind.
  4. Trench-Transistor nach Anspruch 1, welcher eine zweite elektrische Leitung (32) in der Randstruktur zur elektrischen Kontaktierung wenigstens einer von der ersten elektrischen Leitung (22) nicht kontaktierten zweiten Steuerelektrode umfasst.
  5. Trench-Transistor nach Anspruch 4, bei welchem die zweiten Steuerelektroden in einer lateralen Richtung (x) senkrecht zur Erstreckungsrichtung (y) von Trenches mit einem sich in dieser Richtung im Wesentlichen periodisch wiederholenden, wählbaren Kontaktierungsschema durch die erste elektrische Leitung (22) in der Randstruktur und durch die zweite elektrische Leitung (32) in der Randstruktur (6) kontaktiert sind.
  6. Trench-Transistor nach einem der Ansprüche 4 bis 5, bei welchem die zweite elektrische Leitung (32) mit der ersten Anschlusselektrode (7) elektrisch leitend verbunden ist.
  7. Trench-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die erste elektrische Leitung (22) in der Randstruktur zur Kontaktierung der ersten Steuerelektroden (13) dient.
  8. Trench-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die Kontaktierung der wenigstens einen zweiten Steuerelektrode (16) mittels der ersten elektrischen Leitung (22) in der Randstruktur (6) durch einen in einem Kontaktloch geformten elektrischen Kontakt (24; 30) erfolgt.
  9. Trench-Transistor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei welchem die Kontaktierung der wenigstens einen zweiten Steuerelektrode (16) mittels der zweiten elektrischen Leitung (32) in der Randstruktur (6) durch einen in einem Kontaktloch geformten elektrischen Kontakt (21; 29) erfolgt.
  10. Trench-Transistor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei welchem sich der Trench bis in die Randstruktur (6) des Trench-Transistors hinein erstreckt.
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