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DE102020122264A1 - Mesa-Kontakt für MOS-gesteuerte Leistungshalbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren - Google Patents

Mesa-Kontakt für MOS-gesteuerte Leistungshalbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren Download PDF

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DE102020122264A1
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mesa
trenches
semiconductor device
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Ute Queitsch
Roman Baburske
Ingo Dirnstorfer
Hans-Juergen Thees
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung (1) umfasst: einen ersten Lastanschluss (11) an einer ersten Seite (110), einen zweiten Lastanschluss (12) und, mit dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) gekoppelt, einen Halbleiterkörper (10), der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten; mehrere Gräben (14) an der ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken. Jeder Graben (14) weist eine Grabenelektrode (141) auf, die durch einen Grabenisolator (142) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist. Zwei der mehreren Gräben (14) sind lateral nebeneinander angeordnet und begrenzen räumlich einen Mesateil (17). Ein Halbleiter-Sourcegebiet (101) befindet sich in dem Mesateil (17). Ein Halbleiterbodygebiet (102) befindet sich in dem Mesateil (17). Ein Kontaktstopfen (111) erstreckt sich von der ersten Seite in den Mesateil (17). Der Kontaktstopfen (111) ist: sowohl in Kontakt mit dem Halbleiter-Sourcegebiet (101) als auch dem Halbleiterbodygebiet (102); in Kontakt mit dem Grabenisolator (142) von einem der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen; und von dem Grabenisolator (142) des anderen der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen, beabstandet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Schrift bezieht sich auf eine 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 Teil des Halbleiterkörpers, der in der Regel als Mesa oder Mesateil bezeichnet wird. Solch eine Mesa ist in der Regel dazu konfiguriert, einen Pfad des Vorwärtslaststroms bereitzustellen, indem sie zum Beispiel ein Sourcegebiet und ein Bodygebietaufweist.
  • 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 in eine nutenartige Aussparung in einen mittleren Teil der Mesa erstreckt, um dort sowohl das Sourcegebiet als auch das Bodygebietzu 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 Mesabreite wird es jedoch auch schwieriger, dieselbe basierend auf einer Kontaktstopfenstruktur zuverlässig zu kontaktieren.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung: einen ersten Lastanschluss an einer ersten Seite, einen zweiten Lastanschluss und, mit dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss gekoppelt, einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten; mehrere Gräben an der ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstrecken. Jeder Graben weist eine Grabenelektrode auf, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist. Zwei der mehreren Gräben sind lateral nebeneinander angeordnet und begrenzen räumlich einen Mesateil. Ein Halbleiter-Sourcegebiet befindet sich in dem Mesateil. Ein Halbleiterbodygebiet befindet sich in dem Mesateil. Ein Kontaktstopfen erstreckt sich von der ersten Seite in den Mesateil. Der Kontaktstopfen ist wie folgt angeordnet: sowohl in Kontakt mit dem Halbleiter-Sourcegebiet als auch dem Halbleiterbodygebiet; in Kontakt mit dem Grabenisolator von einem der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen; und von dem Grabenisolator des anderen der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen, beabstandet.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: einen ersten Lastanschluss an einer ersten Seite, einen zweiten Lastanschluss und, mit dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss gekoppelt, einen Halbleiterkörper, der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten; mehrere Gräben an der ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung in den Halbleiterkörper erstrecken. Jeder Graben weist eine Grabenelektrode auf, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist. Zwei der mehreren Gräben sind lateral nebeneinander angeordnet und begrenzen räumlich einen Mesateil. Ein Kontaktstopfen erstreckt sich von der ersten Seite in den Mesateil. Der Kontaktstopfen ist wie folgt angeordnet: in Kontakt mit mindestens einem dotierten Halbleitergebiet des Mesateils; in Kontakt mit dem Grabenisolator von einem der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen; und von dem Grabenisolator des anderen der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen, beabstandet.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: Bilden mehrerer Gräben an einer ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung in einen Halbleiterkörper erstrecken, wobei jeder Graben eine Grabenelektrode aufweist, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist; zwei der mehreren Gräben lateral nebeneinander angeordnet sind und einen Mesateil räumlich begrenzen; Bilden eines Halbleiter-Sourcegebiets in dem Mesateil; Bilden eines Halbleiterbodygebiets in dem Mesateil; Bilden eines Kontaktstopfens, der sich von der ersten Seite in den Mesateil erstreckt, wobei der Kontaktstopfen sowohl in Kontakt mit dem Halbleiter-Sourcegebiet als auch dem Halbleiterbodygebiet; in Kontakt mit dem Grabenisolator von einem der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen; und von dem Grabenisolator des anderen der beiden Gräben, die die Mesateil räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet ist.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung Folgendes: Bilden mehrerer Gräben an einer ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung in einen Halbleiterkörper erstrecken, wobei jeder Graben eine Grabenelektrode aufweist, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist; zwei der mehreren Gräben lateral nebeneinander angeordnet sind und einen Mesateil räumlich begrenzen; Bilden eines dotierten Halbleiter-Sourcegebiets in dem Mesateil; Bilden eines Kontaktstopfens, der sich von der ersten Seite in den Mesateil erstreckt, wobei der Kontaktstopfen in Kontakt mit dem dotierten Halbleiter-Sourcegebiet; in Kontakt mit dem Grabenisolator von einem der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen; und von dem Grabenisolator des anderen der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet ist.
  • Es wird zum Beispiel vorgeschlagen, den Mesa-Kontakt von einem Inversionskanal räumlich so weit weg wie nötig zu bewegen, um einerseits eine stabile Schwellenspannung des Vertikal-Transistors (VGETH) aufrechtzuerhalten und andererseits immer noch einen guten Kontakt mit dem Bodygebietin der Mesa bereitzustellen, wenn die Mesa eine sehr kleine Breite aufweist. Die Kontaktaussparung zum Bilden des Kontaktstopfens kann lateral dezentriert platziert werden und kann zu dem benachbarten Graben selbstausgerichtet geätzt werden, was eine Kontaktaussparung ergibt (die zum Beispiel eine sublithografische Breite aufweisen und/oder eine Nadel-/Säulenform oder eine Streifenform zeigen kann), wobei dann gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen z. B. durch eine Implantation des gleichen Typs wie das Bodygebiet(z. B. eine p-Implantation im Falle eines p-dotierten Körpergebiets), zum Beispiel eine BF2-Implantation oder die Implementierung einer Bor-Poly-Spitze ohne Auswirkung auf den Inversionskanal ein guter Kontaktwiderstand mit dem Bodygebiet(z. B. einem Kontaktteil davon) ermöglicht wird.
  • 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 Veranschaulichen der Grundzüge der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszahlen einander entsprechende Teile. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1A-B schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Vertikalquerschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung;
    • 2A-B beide schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3-12 jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Vertikalquerschnitts einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 13 schematisch und beispielhaft einen Abschnitt einer horizontalen Projektion einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 14 schematisch und beispielhaft, basierend auf entsprechenden schematisch dargestellten Abschnitten einiger Vertikalquerschnitte, ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen spezielle Ausführungsformen, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann, als Veranschaulichung gezeigt werden.
  • In dieser Hinsicht kann Richtungsterminologie, wie zum Beispiel „oben“, „unten“, „unter“, „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, Abschnitten, Zonen, Bereichen 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, die eine Streifenzellenkonfiguration aufweist, z. B. eine Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Leistungswandler oder einem 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 Leistungshalbleiterzellen, 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 in 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 Abschnitt 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 Leistungszellen 1-1 aufweisen, die gemäß einer Streifenzellenkonfiguration, wie in 2B beispielhaft dargestellt ist, angeordnet sind. Dementsprechend kann sich eine Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y jeder Leistungszelle 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 Konfiguration/Nadelzellenkonfiguration aufweist, bei der die Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y jeder Leistungszelle 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 Vorderseite 110 (Bezugszahl 110 hier auch zur Bezeichnung einer „ersten Seite“ und einer „Halbleiterkörperfläche“ verwendet) und einer Rückseite 120 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 Leistungszelle(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 mit der Vorderseitenmetallisierung eine Grenzfläche bilden. An der Rückseite 120 kann der Halbleiterkörper 10 mit der Rückseitenmetallisierung eine Grenzfläche bilden.
  • Bei einer Ausführungsform überlappt sich der erste Lastanschluss 11 (zum Beispiel die Vorderseitenmetallisierung) 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 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 Teil eines Mesateils 17' erstreckt, um dort sowohl ein Sourcegebiet 101' als auch ein Bodygebiet102' 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 Leistungszelle(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 Sourcegebiet(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) Sourcegebiet(e) 101', ein Bodygebiet102', 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 der laterale Übergang zwischen dem aktiven Gebiet 1-2 und dem Randabschlussgebiet 1-3 gemäß einer Ausführungsform 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 Leistungszellen 1-1 beschrieben werden. Jede Leistungszelle 1-1 der Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann gleich konfiguriert sein. Zum Beispiel weist jede Leistungszelle 1-1 mindestens einen Graben 14 und mindestens einen Mesateil 17' auf. Bei anderen Ausführungsformen kann jede Leistungszelle 1-1 mehr als einen Graben 14 und mehr als einen Mesateil 17' aufweisen, wobei die Gräben 14 identisch oder verschieden konfiguriert sein können und wobei die Mesateile 17' identisch oder verschieden konfiguriert sein können.
  • Ein Bodygebiet102' vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist in dem Halbleiterkörper 10 enthalten. Das Bodygebiet102' kann z. B. mittels des Kontaktstopfens 111' in elektrischem Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 angeordnet sein. Bei jeder Leistungszelle 1-1 ist ferner mindestens ein Sourcegebiet 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 ein Driftgebiet 100 vom ersten Leitfähigkeitstyp, das mit dem Bodygebiet102' eine Grenzfläche und einen pn-Übergang 1021 damit bildet, gebildet.
  • Das Bodygebiet102' ist zwischen den Sourcegebieten 101' und dem Driftgebiet 100 angeordnet, und kann die Sourcegebiete 101' von dem Driftgebiet 100 isolieren.
  • Jeder Leistungszelle 1-1 ist des Weiteren eine Grabenelektrode 141 zugeordnet. Die Steuerelektroden 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 Abschnitt des Körpergebiets 102' neben der jeweiligen Grabenelektrode 141 erzeugen. Somit ist jede der Anzahl von Leistungszellen 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 Leistungszellen 1-1 einer Leistungshalbleitervorrichtung (z. B. eines MOSFETs, eines IGBTs oder RC-IGBTs) liegt die verwendete Terminologie (z. B. der Begriff „Leistungszellen“) innerhalb des Schutzumfangs 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 Leistungszellen 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 Bodygebiet102' von der Vorderseite 110 entlang der Vertikalrichtung Z, bis es eine Grenzfläche mit dem Driftgebiet 100 bildet. Das Driftgebiet 100, das sich lateral mit der gesamten lateralen Fläche, die von der Anzahl von Leistungszellen 1-1 eingenommen ist, überlappen kann, erstreckt sich über einen längeren Bereich entlang der Vertikalrichtung Z, bis es eine Grenzfläche mit einer Feldstoppschicht 108 (auch als Pufferschicht bekannt) bildet, 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 eine Grenzfläche mit dem Rückseitenemitter 103 bildet. 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 Abschnitte 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 Leistungszellen 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 Leistungszellen 1-1 im aktiven Gebiet 1-2 eingenommenen lateralen Fläche überlappen. Bei anderen Ausführungsformen überlappt sich das Emittergebiet 103, wie in 2A dargestellt ist, lateral mit weniger als 100% der durch die Anzahl von Leistungszellen 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 einem 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 die Grundkonfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen ein neues Design, das den Kontakt zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und Mesateilen 17' sowie die Mesakonfiguration hinsichtlich des Sourcegebiets 101' und des Körpergebiets 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 Körpergebiet, mit der Bezugszahl 101 auf das Sourcegebiet, mit der Bezugszahl 17 auf den Mesateil 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.
  • Aus verschiedenen Gründen kann es wünschenswert sein, die Breite WM des Mesateils, d. h. den Abstand zwischen einander gegenüberliegenden Grabenseitenwänden der benachbarten Gräben 14, die den Mesateil lateral begrenzen, klein zu halten. Mit kleiner werdender Mesabreite WM wird es jedoch auch schwieriger, den Mesateil 17 (z. B. das Sourcegebiet 101 und/oder das Bodygebiet102) mit einem Kontaktstopfen 111' auf eine in 1A-B dargestellte Weise zuverlässig zu kontaktieren. Z. B. unter Bezugnahme auf 1B erstreckt sich der Kontaktstopfen 111' durch eine Isolationsstruktur 13, 18 in einen mittleren Abschnitt des Mesateils 17', um sowohl das Sourcegebiet 101' als den Kontaktteil 1022' des Körpergebiets 102' im Mesateil 17' zu kontaktieren. In einem Teil des Körpergebiets 102, der eine Grenzfläche mit den Grabenisolatoren 142 unter dem Sourcegebiet 101 bildet, wird ein Inversionskanal erzeugt. Aus diesem Grund ist in der Regel erwünscht, dass der Kontaktteil 1022' des Körpergebiets 102' lateral von dem Grabenisolator 142 des Grabens 14, der die Grabenelektrode 141 enthält, die den Inversionskanal erzeugt, versetzt ist. Mit kleiner werdender Mesabreite WM wird das Designziel möglicherweise schwer zu erreichen.
  • Die 3-12 stellen jeweils schematisch und beispielhaft einen Abschnitt eines Vertikalquerschnitts der Leistungshalbleitervorrichtung 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar.
  • Die in 3-12 dargestellte Leistungshalbleitervorrichtung 1 kann Folgendes umfassen: den ersten Lastanschluss 11 an der ersten Seite 110 (die die durch die Halbleiterkörperfläche gebildete Vorderseite ist), den zweiten Lastanschluss 12 und, mit dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 gekoppelt, den Halbleiterkörper 10, der dazu konfiguriert ist, den Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 zu leiten; mehrere Gräben 14 an der ersten Seite 110, die sich entlang der Vertikalrichtung Z in den Halbleiterkörper 10 erstrecken. Jeder Graben 14 weist seine Grabenelektrode 141 auf, die durch seinen Grabenisolator 142 von dem Halbleiterkörper 10 isoliert ist. Zwei der mehreren Gräben 14 sind lateral nebeneinander angeordnet und begrenzen räumlich einen Mesateil 17. Der Mesateil kann ein Halbleiter-Sourcegebiet 101 und ein Halbleiterbodygebiet 102 umfassen. Ein Kontaktstopfen 111 erstreckt sich von der ersten Seite 110 in den Mesateil 17. Der Kontaktstopfen 111 kann in Kontakt sowohl mit dem Halbleiter-Sourcegebiet 101 als auch dem Halbleiterbodygebiet 102 angeordnet sein. Ferner kann der Kontaktstopfen 111 mit dem Grabenisolator 142 eines der beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 räumlich begrenzen, in Kontakt sein. Der Kontaktstopfen 111 kann von dem Grabenisolator 142 des anderen der beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet sein.
  • Die Gräben 14 können eine Streifenkonfiguration aufweisen, gemäß der jeder Graben 14 eine Grabenbreite TW (vgl. 1A) entlang einer ersten lateralen Richtung X und einen Grabenlänge TL (vgl. 2B) entlang der zweiten lateralen Richtung Y, die senkrecht zu der ersten lateralen Richtung X verläuft, aufweist, wobei sich die Grabenlänge TL auf mindestens das Fünffache der Grabenbreite TW beläuft. Der Mesateil 17 kann ein Design aufweisen, das der Konfiguration der Gräben 14 entspricht, die den Mesateil 17 lateral begrenzen. Die Gräben 14 können sich zum Beispiel entlang der zweiten lateralen Richtung Y durch das gesamte aktive Gebiet 1-2 erstrecken (vgl. 2A-B).
  • Gemäß den Ausführungsformen der 3-12 kann der Kontaktstopfen 111 bezüglich der Erstreckung des Mesateils 17 entlang der ersten lateralen Richtung X asymmetrisch angeordnet, d. h. lateral dezentriert, sein. Der gesamte Mesateil 17 kann bezüglich der ersten lateralen Richtung X ein asymmetrisches Design aufweisen. Wie z. B. in 3 dargestellt ist, kann das Sourcegebiet 101 den Abschnitt des Mesateils 17 zwischen dem Kontaktstopfen 111 und dem Grabenisolator 142 des anderen der beiden Gräben 14 (der nicht mit dem Kontaktstopfen 111 in Kontakt ist) einnehmen. Des Weiteren kann ein Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 in einem Gebiet des Mesateils 17 unter dem Kontaktstopfen 111, z. B. in einem Gebiet des Mesateils 17, der einer vertikalen Projektion des unteren Endes des Kontaktstopfens 111 entspricht, gebildet sein. Der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 kann räumlich von dem Grabenisolator 142 des anderen der beiden Gräben 14 (der nicht mit dem Kontaktstopfen 111 in Kontakt ist) versetzt sein. Es werden nunmehr Varianten und optionale Aspekte eines solchen Designs beschrieben:
  • Bei einer Ausführungsform ist der Kontaktstopfen 111 mittels des Grabenisolators 142 eines der beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 räumlich begrenzen, von der Grabenelektrode 141 elektrisch isoliert. Das heißt: Bei einer solchen Ausführungsformen ist der Kontaktstopfen, wie in 3-12 dargestellt ist, nicht in Kontakt oder elektrisch verbunden mit der Grabenelektrode 141 des Grabens 142, mit dessen Grabenisolator 142 er in Kontakt ist. Zum Beispiel isolieren der Grabenisolator 142 und die erste Isolierschicht 13 den Kontaktstopfen 111 von der Grabenelektrode 141. Bezüglich aller hier beschriebenen Ausführungsformen kann der Kontaktstopfen 111 von jeder Grabenelektrode 141, mindestens mittels des entsprechenden Grabenisolators 142 des entsprechenden Grabens 14, elektrisch isoliert sein.
  • Zum Beispiel wird der Kontakt zwischen dem Kontaktstopfen 111 und jedem von dem Halbleiter-Sourcegebiet 101, dem Halbleiterbodygebiet 102 und dem Grabenisolator 142 in dem Mesateil 17 hergestellt, wie in 3 und 4 dargestellt ist.
  • Des Weiteren kann sich in einem Gebiet über dem Mesateil 17 der Kontaktstopfen 111 lateral mit der Grabenelektrode 141 des Grabens 14, dessen Grabenisolator 142 durch den Kontaktstopfen 111 im Mesateil 17 kontaktiert wird, überlappen. Das heißt: Beim Durchdringen der Isolationsstruktur 18, 13 entlang der Vertikalrichtung Z kann der Kontaktstopfen 111 hinsichtlich seiner Breite entlang der ersten lateralen Richtung X abnehmen.
  • Der Kontaktstopfen 111 kann zum Beispiel eine erste laterale Fläche 1111, eine zweite laterale Fläche 1112 und eine untere Fläche 1113 aufweisen. Die erste laterale Fläche 1111 kann eine Grenzfläche mit dem Grabenisolator 142 bilden. Die untere Fläche 1113 kann eine Grenzfläche mit dem Halbleiterbodygebiet 102 bilden. Die zweite laterale Fläche 1112 kann eine Grenzfläche mit dem Halbleiter-Sourcegebiet 101 bilden. Ferner kann die zweite laterale Fläche 1112 eine Grenzfläche mit dem Halbleiterbodygebiet 102, zum Beispiel mit dem Kontaktteil 1022 des Halbleiterbodygebiets 102 und/oder mit dem verbleibenden Teil des Halbleiterbodygebiets 102, der nicht durch den Kontaktteil 1022 gebildet wird, bilden. Diese Flächen sind nur in den 3 und 4 mit Bezugszeichen versehen, sind aber auch bei den Ausführungsformen der 5-12 vorhanden. Ein lateraler Abstand a in der ersten lateralen Richtung X zwischen der zweiten lateralen Fläche 1112 und dem Grabenisolator 142 des anderen Grabens 14 beläuft sich bei einer Ausführungsform auf mindestens 200 nm.
  • Die Breite WM des Mesateils 17 in der ersten lateralen Richtung X beläuft sich beispielsweise auf weniger als 600 nm, 300 nm oder sogar weniger als 200 nm. Die Breite w des Kontaktstopfens 111 im Mesateil 17 kann sich auf z. B. 100 nm oder weniger als 100 nm belaufen.
  • Das Halbleiterbodygebiet 102 kann einen Kontaktteil 1022 mit einer lokal erhöhten Dotierstoffkonzentration aufweisen, wobei der Kontaktstopfen 111 den Kontaktteil 1022, z. B. mit seiner unteren Fläche 1113, berührt. Wie in 3 und 4 dargestellt ist, kann der Kontaktteil 1022 des Weiteren mit dem Grabenisolator 142 in Kontakt sein, der auch durch den Kontaktstopfen 111 kontaktiert wird. Der Kontaktteil 1022 ist gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen um einen Abstand b in der ersten lateralen Richtung X, der sich auf mindestens 200 nm und/oder auf mindestens 20% der Breite WM des Mesateils 17 in der ersten lateralen Richtung X beläuft, von dem Grabenisolator 142 des anderen Grabens 14 beabstandet. Damit wird zum Beispiel vermieden, dass sich der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 in den Abschnitt des Mesateils 17 erstreckt, in dem der Inversionskanal erzeugt wird.
  • Hier sei darauf hingewiesen, dass Erzeugen des Inversionskanals, d. h. „Einschalten“ und „Ausschalten“ eines Leitungskanals im Mesateil 17, dadurch gesteuert werden kann, dass die Grabenelektrode 141 einem definierten elektrischen Potenzial ausgesetzt wird, indem z. B. eine Spannung zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem (nicht dargestellten) Steueranschluss der Leistungshalbleitervorrichtung 1 angelegt wird. Bei einer Ausführungsform hängt eine Schwellenspannung, bei der der Leitungskanal eingeschaltet wird, d. h., bei der der Inversionskanal erzeugt wird, unter anderem von der Dotierstoffkonzentration des Kontaktteils 1022 ab. Bei einer Ausführungsform wird der Abstand b, um den der Kontaktteil 1022 von dem Grabenisolator 142 des anderen Grabens 14 in der ersten lateralen Richtung X beabstandet sein kann, so ausgewählt, dass eine Zunahme (z. B. im Vergleich zu einer Situation, in der b = 0) der Dotierstoffdosis im Kontaktteil 1022 geringer als 6% oder geringer als 4% oder geringer als 2% (z. B. geringer als 0,04*1013cm-2) sein kann bzw. eine Zunahme (z. B. im Vergleich zu einer Situation, in der b = 0) der Schwellenspannung geringer als 4% oder geringer als 2% oder geringer als 1% (z. B. geringer als 100 mV) ist, so dass die Verschiebung um den Abstand b eine effiziente Funktionalität der Leistungshalbleitervorrichtung 1 aufrechterhält.
  • Zum Beispiel kann jeder der zwischen dem Kontaktstopfen 111 und dem Sourcegebiet 101, dem Kontaktstopfen 111 und dem Kontaktteil 1022 und zwischen dem Kontaktstopfen 111 und dem Grabenisolator 142 gebildeten Kontakte ein physischer Kontakt sein.
  • Gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen ist der Kontaktstopfen 111 weder mit einer oder mehreren der Grabenelektroden 141 in Kontakt, noch damit elektrisch verbunden. Z. B. ist der Kontaktstopfen 111 kein so genannter „geteilter Kontaktstopfen“, der zum Kontaktieren sowohl einer Mesa als auch einer benachbarten Elektrode verwendet wird.
  • Der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 kann auf verschiedene Weisen gebildet werden, die zu verschiedenen räumlichen Abmessungen des Teils führen, wie in 3 und 4 schematisch dargestellt ist. Dieser Aspekt wird unten näher beschrieben. In jedem Fall kann sich der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 im Vergleich zu dem Sourcegebiet 101 entlang der Vertikalrichtung Z weiter erstrecken. Zum Beispiel ist der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 von dem Sourcegebiet 101 vertikal versetzt, z. B. um mindestens 50 nm entlang der Vertikalrichtung Z (vgl. 3). Bei einer anderen Ausführungsform gibt es keinen solchen Versatz (vgl. 4). Bei beiden Varianten kann jedoch vorgesehen sein, dass sich der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 im Vergleich zu dem Sourcegebiet 101 entlang der Vertikalrichtung Z weiter erstreckt; mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass der Kontaktteil 1022 des Körpergebiets 102 - hinsichtlich der Vertikalrichtung Z - zumindest teilweise unter dem Sourcegebiet 101 angeordnet ist.
  • Gemäß dem asymmetrischen Design des Mesateils 17 kann die erste laterale Fläche 1111 den Grabenisolator 142 eines der beiden Gräben 14, z. B. für eine vertikale Erstreckung von mindestens 100 nm oder mindestens 300 nm, kontaktieren. Die zweite laterale Fläche 1112 kann das Sourcegebiet 101, z. B. für eine vertikale Erstreckung von mindestens 50 nm oder mindestens 200 nm, kontaktieren. Die lateralen Flächen 1111, 1112 können parallel zueinander angeordnet sein und/oder können auf der gleichen vertikalen Höhe angeordnet sein.
  • Zum Beispiel wird der Abschnitt des Mesateils 17 zwischen der zweiten lateralen Fläche 1112 und dem Grabenisolator 142 des anderen Grabens 14 vollständig durch das Sourcegebiet 101 und einen Teil des Körpergebiets 102 und wahlweise (vgl. 3) einen Teil des Kontaktteils 1022 des Körpergebiets 102 eingenommen. Der Abschnitt des Mesateils 17 zwischen der zweiten lateralen Fläche 1112 und dem Grabenisolator 142 des anderen Grabens 14 kann vollständig nur durch das Sourcegebiet 101 und einen Teil des Körpergebiets 102 eingenommen sein (vgl. 4).
  • Das oben beschriebene asymmetrischen Design des Mesateils 17 kann in verschiedenen Konfigurationen der Leistungszelle 1-1 implementiert sein, die, wie oben angeführt wurde, mehr als einen Mesateil 17 und/oder mehr als zwei zugehörige Gräben 14 enthalten kann, wobei sich die Mesateile 17 und/oder die Gräben 14 hinsichtlich ihrer Konfiguration voneinander unterscheiden können.
  • Zum Beispiel sind die beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 lateral begrenzen, Steuergräben 14, und ihre Grabenelektroden 141 sind Steuerelektroden 141, die von dem ersten Lastanschluss 11 isoliert sind und dazu konfiguriert sind, den Laststrom in dem Mesateil 17 zu steuern. Solch eine Konfiguration ist zum Beispiel in 3, 4 und 5 schematisch dargestellt. Eine Variation davon ist in 10 dargestellt, gemäß der die Steuerelektroden 141, 141"' zumindest während eines Steuerbetriebs mit verschiedenen elektrischen Potenzialen G1, G2 verbunden sind. Zum Beispiel kann solch eine Konfiguration durch Verbinden einer der Steuerelektroden 141 über eine erste Verbindung, die einen ersten Ohm'schen Widerstand aufweist, mit einem Steueranschluss (nicht dargestellt) und durch Verbinden der anderen der Steuerelektroden 141"' über eine zweite Verbindung, die einen zweiten Ohm'schen Widerstand aufweist, der kleiner oder größer als der erste Ohm'sche Widerstand ist, mit einem Steueranschluss (nicht dargestellt) erreicht werden. Es sind auch Kombinationen solcher Konzepte möglich, wie in 11 dargestellt ist, wobei jede Leistungszelle 1-1 zwei Mesateile 17 und drei zugehörige Gräben 14 umfasst.
  • Des Weiteren kann jede Leistungszelle 1-1 einen Source-Graben 16 mit einer Grabenelektrode 161, die eine mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbundene Source-Elektrode 161 ist, aufweisen (vgl. 6-9 und 12). Alternativ oder zusätzlich kann mindestens einer der beiden Gräben, die den Mesateil 17 lateral begrenzen, ein Mehrfachgrabenelektrodengraben sein, vgl. 6.
  • Gemäß 6 sind zum Beispiel beide Gräben 14', 14", die den Mesateil 17 lateral begrenzen, Doppelelektrodengräben mit einer jeweiligen oberen Grabenelektrode 1411, die mit dem Steueranschluss (G) verbunden ist, und einer jeweiligen unteren Grabenelektrode 1412, 1612. Die untere Grabenelektrode 1412 des Grabens 14' kann auch mit dem Steueranschluss elektrisch verbunden oder elektrisch floatend sein, während die untere Grabenelektrode 1612 des Grabens 14" mit dem ersten Lastanschluss 11 (S) elektrisch verbunden sein kann, d. h. eine Source-Elektrode sein kann. In dem Graben 14' sind die beiden Elektroden 1411 und 1412 entlang der Vertikalrichtung Z mindestens durch den horizontalen Grabenisolator 142' voneinander getrennt, und in dem Graben 14" sind die beiden Elektroden 1411 und 1612 entlang der Vertikalrichtung Z mindestens durch den horizontalen Grabenisolator 142" voneinander getrennt.
  • Gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsform kann jede Leistungszelle 1-1 einen Mesateil 18 von einem zweiten Typ aufweisen, der z. B. auf der einen Seite lateral durch einen Steuergraben 14 und auf der anderen Seite einen Source-Graben 16 begrenzt ist. Zum Beispiel ist gemäß einer Ausführungsform der Mesateil 18 vom zweiten Typ, basierend auf einem Kontaktstopfen 111, nicht elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden, sondern der Abschnitt der Halbleiterkörperfläche 110, der durch den Mesateil 18 vom zweiten Typ gebildet wird, ist vollständig durch die erste Isolierschicht 13 bedeckt. Der andere Mesateil 17 der Leistungszelle 1-1 der 7 kann als der der 5 konstruiert sein (wobei der Kontaktstopfen 111 in Kontakt mit dem linken der beiden Steuergräben 14 statt dem rechten angeordnet ist). Es ist jedoch auch möglich, dass der Kontaktstopfen 111 in Kontakt mit dem rechten der beiden Steuergräben 14 in Kombination mit einem Mesateil 18 vom zweiten Typ, wie oben beschrieben, angeordnet ist.
  • Es sind verschiedene Konfigurationen der Leistungszellen 1-1 möglich.
  • Eine weitere Variante ist in 8 dargestellt, bei der zwei Mesateile 17 für jede Leistungszelle 1-1 vorgesehen sind, von denen einer lateral durch den Steuergraben 14 und den Source-Graben 16 begrenzt wird, wobei der andere lateral durch den Source-Graben 14 und einen anderen Steuergraben 14"' begrenzt wird, dessen Steuerelektrode 141"' zumindest während eines Steuerbetriebs, wie zum Beispiel eines Schaltbetriebs, im Vergleich zu der Steuerelektrode 141 des Grabens 14 (G) elektrisch mit einem anderen elektrischen Potenzial (G2) verbunden ist. Die zum Kontaktieren der beiden Mesateile 17 eingesetzten Kontaktstopfen 111 können lateral neben dem Grabenisolator 162 des Source-Grabens 16 angeordnet sein. Eine leichte Variation ist in 9 dargestellt, bei der einer der beiden Mesateile 17 durch einen dritten Mesateil 19 ersetzt ist. Der Mesateil 19 vom dritten Typ ist als der Mesateil 17 konfiguriert und wird auch, basierend auf dem Kontaktstopfen 111, auf die gleiche Weise kontaktiert; jedoch ist der Mesateil 19 vom dritten Typ nicht mit einem Sourcegebiet 101 versehen. Zum Beispiel kann der Mesateil 19 vom dritten Typ somit als ein Diodenmesateil wirken.
  • Die Variante der 10 ist bereits beschrieben worden; sie entspricht der Variante der 3-5, außer dass eine der Steuerelektroden 141"' zumindest während eines Steuerbetriebs im Vergleich zu der Steuerelektrode 141 (G1) mit einem anderen elektrischen Potenzial (G2) verbunden ist. Solch eine Konfiguration der Leistungszelle 1-1 kann zum Beispiel mit der Konfiguration gemäß 3-5 kombiniert sein, was eine Konfiguration der Leistungszelle 1-1 wie in 11 dargestellt ergibt; dort können zwei Mesateile 17 basierend auf den zumindest vorübergehend verschiedenen elektrischen Potenzialen G1, G2 der Steuerelektroden 141, 141"' verschieden gesteuert werden.
  • Die Konfiguration der Leistungszelle 1-1 der 10 kann auch mit der Konfiguration gemäß 6 kombiniert werden, was eine Konfiguration der Leistungszelle 1-1 wie in 12 dargestellt ergibt. Dort können zwei Mesateile 17 basierend auf den zumindest vorübergehend verschiedenen elektrischen Potenzialen G1, G2 der verschiedenen Steuerelektroden 141, 141"' und basierend auf dem elektrischen Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 (S) verschieden gesteuert werden. Zum Beispiel wird der linke der Mesateile 17 basierend auf dem elektrischen Potenzial G1 der Steuerelektrode 141 gesteuert und der rechte der Mesateile 17 wird basierend auf dem elektrischen Potenzial G2 der Steuerelektrode 141"' gesteuert.
  • Alles weitere, was unter Bezugnahme auf 1-4 beschrieben worden ist, kann analog für die Ausführungsformen der 5-12 gelten, wenn nichts Anderes angeführt ist.
  • Nunmehr auf 13 Bezug nehmend, kann das Sourcegebiet 101 gemäß einer Ausführungsform lateral in dem Mesateil 17 strukturiert sein. Des Weiteren können die Positionen und die Formen der Kontaktstopfen 111, die zum Kontaktieren des Sourcegebiete 101 in den Mesateilen 17 verwendet werden, dementsprechend ausgewählt sein. Z. B. die Sourcegebiete 101 entlang der zweiten lateralen Richtung Y räumlich voneinander getrennt und sind bezüglich der Grabenisolatoren 142, mit denen sie einen Kontakt herstellen, alternierend vorgesehen. Die Kontaktstopfen 111 sind dementsprechend positioniert. Das Sourcegebiet 101 kann jedoch auch zusammenhängend und nur neben einem der Gräben implementiert sein, und der Kontaktstopfen 111 kann ein entsprechendes nutenartiges Design aufweisen, das sich zusammenhängend entlang der zweiten lateralen Richtung Y erstreckt, wodurch sich eine Streifenkonfiguration der Form des Kontaktstopfens 111 ergibt.
  • Dementsprechend kann die Erstreckung des Kontaktstopfens 111 in der zweiten lateralen Richtung Y in Abhängigkeit von dem gewählten Graben-Mesa-Design der Leistungshalbleitervorrichtung 1 variieren. Zum Beispiel können die Erstreckung des Kontaktstopfens 111 in der ersten lateralen Richtung X und die Position des Kontaktstopfens 111 bezüglich der ersten lateralen Richtung X an die oben beschriebenen beispielhaften Designbeschränkungen gebunden sein, z. B. insofern, als die zweite laterale Fläche 1112 von dem Grabenisolator 142 des gegenüberliegenden Grabens 14 versetzt ist. Bei einer Ausführungsform ist die Erstreckung des Kontaktstopfens 111 in der zweiten lateralen Richtung Y im Wesentlichen gleich der Erstreckung des Mesateils 17 in der zweiten lateralen Richtung Y, was z. B. eine Streifenkonfiguration der Form des Kontaktstopfens 111 ergibt. Bei einer anderen Ausführungsform weist der Kontaktstopfen 111 eine Form auf, gemäß der seine Erstreckung in der ersten lateralen Richtung X und in der zweiten lateralen Richtung Y im Wesentlichen im gleichen Bereich liegen, was eine Nadel-/Säulenkonfiguration ergibt. Bei noch einer anderen Ausführungsform weist der Kontaktstopfen 111 eine Form auf, gemäß der seine Erstreckung in der ersten lateralen Richtung X ungefähr die Hälfte oder ein Drittel der Erstreckung in der zweiten lateralen Richtung Y ist, wie in 13 schematisch dargestellt ist.
  • Wie auch in 13 dargestellt ist, kann des Weiteren der gleiche Mesateil 17 an beiden lateralen Seiten des Mesateils 17 mit Kontaktstopfen 111 versehen sein. Zum Beispiel kann dies gestatten, einen jeweiligen Inversionskanal (Leitungskanal) entlang beiden benachbarten Gräben 14, die den Mesateil 17 lateral begrenzen, zu erzeugen, wobei die Inversionskanäle über das jeweilige Sourcegebiet 101 elektrisch mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sein können. Eine Konfiguration mit Kontaktstopfen 111 am beiden lateralen Seiten des Mesateils 17 kann in Kombination mit einer so genannten Doppel-Gate-Vorrichtung verwendet werden, wobei die Grabenelektroden 141 der beiden benachbarten Gräben 14, die den Mesateil 17 begrenzen, elektrisch mit verschiedenen Gate-(Steuer-)Potenzialen verbunden sind.
  • Des Weiteren können die Kontaktstopfen 111 so angeordnet sein, dass es eine Überlappung entlang der zweiten lateralen Richtung Y gibt (vgl. 13, Mesateil 17 rechts), oder so, dass keine Überlappung entlang der zweiten lateralen Richtung Y gebildet wird (vgl. 13, Mesateil 17 links). Allgemeiner kann/können der/die Kontaktstopfen 111 im Mesateil 17 gemäß der lateralen Struktur des Sourcegebiets bzw. der Sourcegebiete 101 in dem Mesateil 17 angeordnet und dimensioniert sein. Somit kann das hier vorgeschlagene neue Design des Kontaktstopfens 111 auf verschiedene Designs des Mesateils 17 und auf verschiedene Designs der Gräben 14 und auf verschiedene Designs des Grabenmusters (Source-Gräben, Dummy-Gräben, floatende Gräben usw.) angewandt werden. Somit kann das hier vorgeschlagene neue Design des Kontaktstopfens 111 zum Implementieren verschiedener Kontaktierungsschemata verwendet werden.
  • Des Weiteren wird hier ein Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung dargeboten. Das Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung umfasst Folgendes: Bilden mehrerer Gräben an einer ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung in einen Halbleiterkörper erstrecken, wobei jeder Graben eine Grabenelektrode aufweist, die durch einen Grabenisolator von dem Halbleiterkörper isoliert ist; zwei der mehreren Gräben lateral nebeneinander angeordnet sind und einen Mesateil räumlich begrenzen; Bilden eines Halbleiter-Sourcegebiets in dem Mesateil; Bilden eines Halbleiterbodygebiets in dem Mesateil; Bilden eines Kontaktstopfens, der sich von der ersten Seite in den Mesateil erstreckt, wobei der Kontaktstopfen sowohl in Kontakt mit dem Halbleiter-Sourcegebiet als auch dem Halbleiterbodygebiet; in Kontakt mit dem Grabenisolator von einem der beiden Gräben, die den Mesateil räumlich begrenzen; und von dem Grabenisolator des anderen der beiden Gräben, die die Mesateil räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet ist.
  • Beispielhafte Ausführungsformen des Verfahrens entsprechen den oben offenbarten Ausführungsformen der Leistungshalbleitervorrichtung 1. Es wird insoweit auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist in 14 dargestellt, auf die nunmehr Bezug genommen wird:
  • In Schritt 201 von Verfahren 200 kann ein elektrisch leitendes Material 145, zum Beispiel ein polykristalliner Halbleiter, so in die Gräben 14 abgeschieden werden, dass es die Grabenisolatoren 142 und die erste Seite 110 (d. h. die Halbleiterkörperfläche) bedeckt. Das heißt, in Schritt 201 können die Grabenelektroden 141 gebildet werden. Hier sei darauf hingewiesen, dass der Grabenisolator 142 gemäß seiner Darstellung auch die Mesateile 17 bedeckt, wobei es auch möglich ist, in einem weiteren Verarbeitungsschritt eine Isolierung an den Mesateilen 17, z. B. basierend auf einer Isolatoropferschicht oder dergleichen (vgl. die weiter unten erwähnte erste Isolierschicht 13), bereitzustellen.
  • Obgleich in 14 jeder Graben mit der Bezugszahl 14 bezeichnet ist und verwandte Unterbezugszahlen 141, 142... verwendet werden, sollte auf der Hand liegen, dass das dargestellte Verfahren ebenso für verschiedene Grabenkonfigurationen und/oder verschiedene Mesakonfigurationen, z. B. die in 5-13 dargestellten, verwendet werden kann.
  • In einem nächsten Schritt 203 kann ein oberer Teil des abgeschiedenen elektrisch leitenden Materials 145 entfernt werden, z. B. können die Grabenelektroden 141 unter der Fläche der Vorderseite 110, z. B. für mindestens 50 nm (z. B. entlang mindestens 50 nm) ausgespart werden. Während des Entfernungsprozesses werden die durch die Mesateile 17 bzw. Teile der Grabenisolatoren 142 gebildeten Flächen freigelegt. Dadurch können die durch die Mesateile 17 gebildeten Flächen einen Teil der Vorderseitenfläche 110 bilden. Zum Beispiel beläuft sich ein Abstand Tr entlang der Vertikalrichtung Z zwischen der Vorderseitenfläche 110 (d. h. der Halbleiterkörperfläche) und den Oberseiten der Grabenelektroden auf mindestens 50 nm oder auf mindestens 100 nm.
  • Nach dem Aussparen können das Sourcegebiet 101 und das Bodygebiet102 in den Mesateilen 17 gebildet werden, was Durchführen eines oder mehrerer Implantationsverarbeitungsschritte und verwandter Verarbeitungsschritte wie beispielsweise Temperaturtemperverarbeitungsschritte und dergleichen beinhalten kann. Des Weiteren kann in Schritt 205 mindestens eine erste Isolierschicht 13 über den Grabenelektroden 141 vorgesehen werden. Z. B. wird die erste Isolierschicht 13 durch Durchführen eines Oxidationsverarbeitungsschritts vorgesehen. Die erste Isolierschicht 13 kann als eine Verlängerung der Teile der Grabenisolatoren 142, die zuvor die Mesateile 17 bedeckten, betrachtet werden. Darüber hinaus kann über der ersten Isolierschicht 13 eine zweite Isolierschicht 18 gebildet werden. Z. B. ist die erste Isolierschicht 13 eine Oxidschicht und/oder ist die zweite Isolierschicht 18 eine Tetraethylorthosilicat(TEOS-)Schicht. Die zweite Isolierschicht 18 kann im Vergleich zu der ersten Isolierschicht 13 dicker sein. Des Weiteren kann aufgrund des Aussparungsabstands Tr eine obere Fläche der zweiten Isolierschicht 18 gemäß den Grabenelektroden 141 strukturiert sein, z. B. weist die zweite Isolierschicht 18 mehrere Wannenteile 181 auf, wobei sich die zweite Isolierschicht 18 lateral mit den Grabenelektroden 141 und den mehreren Plateauteilen 182, wo keine solche laterale Überlappung vorhanden ist, überlappt, wie schematisch dargestellt ist.
  • In Schritt 207 kann eine dritte Isolierschicht 19 über der zweiten Isolation 18 gebildet werden. Z. B. kann die dritte Isolierschicht 19 eine Borphosphosilikatglasschicht und/oder kann im Vergleich zu der zweiten Isolation 18 dicker sein. Des Weiteren kann über der dritten Isolierschicht 19 eine Maske 191 vorgesehen werden, die eine Maskenöffnung 192 aufweist. Dann wird ein erstes Kontaktloch 1110 durch die dritte Isolierschicht 19, die zweite Isolierschicht 18 und die erste Isolierschicht 13 gebildet, wobei das erste Kontaktloch 1110 einen Teil einer Oberfläche des Mesateils 17 neben dem einen der beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 lateral begrenzen, freilegt. In dem dargestellten Beispiel ist nur ein Mesateil 17 teilweise freigelegt; es wird jedoch auf die Ausführungsformen gemäß 5-13 verwiesen, die veranschaulichen, dass viele Graben-/Mesakonfigurationen möglich sind. Somit könnte die Maske 191 zum Beispiel eine oder mehrere Maskenöffnungen über anderen Mesateilen 17, die kontaktiert werden sollen, aufweisen. Das Bilden des ersten Kontaktlochs 1110 kann einen Ätzverarbeitungsschritt umfassen. Die Maske 191 kann eine Resistschicht sein.
  • In Schritt 207 kann die Position der Maskenöffnung 192 basierend auf einer zuvor durchgeführten Simulation und/oder basierend auf vorherigen Verarbeitungsschritten bestimmt werden. Mit der bestimmten Maskenöffnung 192 kann ein selektiver Ätzverarbeitungsschritt zum Bilden des ersten Kontaktlochs 1110 durchgeführt werden, während dessen z. B. nur Isoliermaterial, aber kein Halbleitermaterial geätzt wird.
  • In Schritt 209 wird die Maske 191 entfernt. Des Weiteren wird das erste Kontaktloch 1110 in mindestens der Vertikalrichtung Z verlängert, so dass in dem Mesateil 17 eine Kontaktaussparung 1119 hergestellt wird. Solch eine Lochverlängerung kann einen weiteren Ätzverarbeitungsschritt, zum Beispiel einen weiteren selektiven Ätzverarbeitungsschritt, umfassen, gemäß dem nur Halbleitermaterial, aber kein Isoliermaterial geätzt wird. Somit kann das Bilden der Kontaktaussparung 1119 gemäß einer Ausführungsform basierend auf einem Selbstausrichtungsverarbeitungsschritt durchgeführt werden. Die gebildete Kontaktaussparung 1119 bildet eine Grenzfläche sowohl mit dem Halbleiter-Sourcegebiet 101 als auch dem Halbleiterbodygebiet 102 und bildet auch eine Grenzfläche mit dem Grabenisolator 142 eines der beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 räumlich begrenzen. Die gebildete Kontaktaussparung 1119 ist von dem Grabenisolator 142 des anderen der beiden Gräben 14, die den Mesateil 17 räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet. Beim Bilden des ersten Kontaktlochs 1110 und der Kontaktaussparung 1119 wird zum Beispiel gewährleistet, dass weder der Grabenisolator 142 an einer Seitenwand der Grabenelektrode 141 des benachbarten Grabens 14 noch der Teil der ersten Isolierschicht 13 über der Grabenelektrode 141 entfernt wird. Z. B. zeigt die Kontaktaussparung 1119 eine hohe Selektivität gegenüber Oxid, und somit kann der Nutenkontakt selbstausgerichtet zu dem benachbarten Graben 14 geätzt werden, wobei ein Kontaktstopfen 111 mit geringer Breite gebildet wird, der sowohl das Sourcegebiet (z. B. n+-Gebiet) als auch den Kontaktteil 1022 (z. B. p+-Gebiet) kontaktiert.
  • Schritt 209 umfasst ferner Bilden durch das erste Kontaktloch 1110 und an der ersten Kontaktaussparung 1119 in dem Halbleiterbodygebiet 102 des Kontaktteils 1022 mit der lokal erhöhten Dotierstoffkonzentration. Dies kann zum Beispiel einen Implantationsverarbeitungsschritt; z. B. eine Implantation von BF2-Ionen, und verwandte Verarbeitungsschritte wie beispielsweise einen Temperaturtemperverarbeitungsschritt beinhalten, der eine Struktur wie in 3 veranschaulicht ergibt. Als Alternative zu dem Implantationsverarbeitungsschritt kann ein Abscheidungsverarbeitungsschritt eingesetzt werden, der eine Struktur des Kontaktteils 1022 wie in 4 veranschaulicht ergeben kann. Z. B. kann Bor oder ein anderes Material ein Dotierstoff entweder in einem zuvor vorgesehenen, z. B. abgeschiedenen, polykristallinen Siliciumgebiet oder in einem amorphen Gebiet oder in einem Oxidgebiet sein und kann zum Erzeugen des Kontaktteils 1022 aus solch einem Gebiet herausdiffundiert werden. Nach dem Diffusionsprozess kann das dotierte Gebiet, das während des Diffusionsprozesses als eine Feststoffquelle (d. h. das polykristalline Siliciumgebiet oder amorphe Gebiet oder Oxidgebiet) gedient hat, entfernt werden.
  • Hinsichtlich beispielhafter Abmessungen, z. B. jene der Kontaktaussparung 1119 und des Kontaktteils 1022 des Körpergebiets 102, wird auf die obige Beschreibung z. B. bezüglich 3-4 verwiesen.
  • Ein weiterer, nicht dargestellter Schritt des Verfahrens 200 kann Abscheiden mindestens eines elektrisch leitenden Materials in dem ersten Kontaktloch 1110 und der Kontaktaussparung 1119 zum Bilden des Kontaktstopfens 111 (vgl. 3 und 4) beinhalten. Z. B. kann dies zunächst Bilden einer Ti/TiN-Schicht und danach Abscheiden von AlCu oder einem anderen Material zum Bilden des Kontaktstopfens 111 beinhalten.
  • 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 umfassen Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid (GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid (GaN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Silicium-Siliciumkarbid (SixC1-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 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 „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“, „haben“ 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 (22)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - einen ersten Lastanschluss (11) an einer ersten Seite (110), einen zweiten Lastanschluss (12) und, mit dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) gekoppelt, einen Halbleiterkörper (10), der dazu konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) zu leiten; - mehrere Gräben (14) an der ersten Seite, die sich entlang einer Vertikalrichtung (Z) in den Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei - jeder Graben (14) eine Grabenelektrode (141) aufweist, die durch einen Grabenisolator (142) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist; - zwei der mehreren Gräben (14) lateral nebeneinander angeordnet sind und räumlich einen Mesateil (17) begrenzen; - ein Halbleiter-Sourcegebiet (101) in dem Mesateil (17); - ein Halbleiterbodygebiet (102) in dem Mesateil (17); - einen Kontaktstopfen (111), der sich von der ersten Seite in den Mesateil (17) erstreckt, wobei der Kontaktstopfen (111) - sowohl in Kontakt mit dem Halbleiter-Sourcegebiet (101) als auch dem Halbleiterbodygebiet (102); - in Kontakt mit dem Grabenisolator (142) von einem der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen; und - von dem Grabenisolator (142) des anderen der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Kontaktstopfen (111) mittels des Grabenisolators (142) von einem der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen, von der Grabenelektrode (141) elektrisch isoliert ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kontakt zwischen dem Kontaktstopfen (111) und jedem von dem Halbleiter-Sourcegebiet (101), dem Halbleiterbodygebiet (102) und dem Grabenisolator (142) innerhalb des Mesateils (17) hergestellt ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Kontaktstopfen (111) in einem Gebiet über dem Mesateil (17) lateral mit der Grabenelektrode (141) des Grabens (14), dessen Grabenisolator (142) durch den Kontaktstopfen in dem Mesateil (17) kontaktiert wird, überlappt.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kontaktstopfen (111) eine erste laterale Fläche (1111), eine zweite laterale Fläche (1112) und eine untere Fläche (1113) aufweist, wobei die erste laterale Fläche (1111) eine Grenzfläche mit dem Grabenisolator (142) bildet, die untere Fläche (1113) eine Grenzfläche mit dem Halbleiterbodygebiet (102) bildet und die zweite laterale Fläche (1112) eine Grenzfläche mit dem Halbleiter-Sourcegebiet (101) bildet.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei sich ein lateraler Abstand in einer ersten lateralen Richtung (X) zwischen der zweiten lateralen Fläche (1112) und dem Grabenisolator (142) des anderen Grabens (14) auf mindestens 200 nm beläuft.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Breite (WM) des Mesateils (17) in der ersten lateralen Richtung (X) auf weniger als 600 nm beläuft.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbleiterbodygebiet (102) einen Kontaktteil (1022) mit einer lokal erhöhten Dotierstoffkonzentration aufweist, wobei der Kontaktstopfen (111) den Kontaktteil (1022) kontaktiert.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei der Kontaktteil (1022) in Kontakt mit dem Grabenisolator (142) ist, der auch durch den Kontaktstopfen (111) kontaktiert wird.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Kontaktteil (1022) durch einen Abstand (b) in der ersten lateralen Richtung, der sich auf mindestens 20% der Breite (WM) des Mesateils (17) in der ersten lateralen Richtung (X) beläuft, von dem Grabenisolator (142) des anderen Grabens (14) beabstandet ist.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Gräben (14), die den Mesateil (17) lateral begrenzen, Steuergräben (14) sind und ihre Grabenelektroden (141) Steuerelektroden (141) sind, die von dem ersten Lastanschluss (11) isoliert sind und dazu konfiguriert sind, den Laststrom im Mesateil (17) zu steuern.
  12. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die Steuerelektroden (141, 141"') zumindest während eines Steuerbetriebs mit verschiedenen elektrischen Potenzialen (G1, G2) verbunden sind.
  13. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10, wobei einer der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) lateral begrenzen, ein Steuergraben (14) ist und seine Grabenelektrode (141) eine Steuerelektrode (141) ist, die von dem ersten Lastanschluss (11) isoliert ist und dazu konfiguriert ist, den Laststrom im Mesateil (17) zu steuern, und wobei der andere der beiden Gräben ein Source-Graben (16) ist und seine Grabenelektrode (161) eine Source-Elektrode (161) ist, die mit dem ersten Lastanschluss (11) elektrisch verbunden ist.
  14. Leistungshalbleitervorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11-13, wobei mindestens einer der beiden Gräben ein Mehrfachgrabenelektrodengraben (14', 14") ist.
  15. Verfahren (200) zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung (1), umfassend: - Bilden (201, 203) mehrerer Gräben (14) an einer ersten Seite (110), die sich entlang einer Vertikalrichtung (Z) in einen Halbleiterkörper (10) erstrecken, wobei - jeder Graben (14) eine Grabenelektrode (141) aufweist, die durch einen Grabenisolator (142) von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist; - zwei der mehreren Gräben (14) lateral nebeneinander angeordnet sind und einen Mesateil (17) räumlich begrenzen; - Bilden (205) eines Halbleiter-Sourcegebiets (101) in dem Mesateil (17); - Bilden (205) eines Halbleiterbodygebiets (102) in dem Mesateil (17); - Bilden eines Kontaktstopfens (111), der sich von der ersten Seite in den Mesateil (17) erstreckt, wobei der Kontaktstopfen (111) - sowohl in Kontakt mit dem Halbleiter-Sourcegebiet (101) als auch dem Halbleiterbodygebiet (102); - in Kontakt mit dem Grabenisolator (142) von einem der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen; und - von dem Grabenisolator (142) des anderen der beiden Gräben (14), die die Mesateil (17) räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet ist.
  16. Verfahren (200) nach Anspruch 15, ferner umfassend Aussparen (203) der Grabenelektrode (141) unter einer Fläche der ersten Seite (110), die zumindest teilweise durch den Mesateil (17) gebildet ist, für mindestens 50 nm und Bereitstellen mindestens einer ersten Isolierschicht (13) über den Grabenelektroden (141).
  17. Verfahren (200) nach Anspruch 15 oder 16, ferner umfassend, vor dem Bilden des Kontaktstopfens (13) Bereitstellen (205, 207) der ersten Isolierschicht (13), die die Grabenelektroden (141) und den Mesateil (17) bedeckt, an der ersten Seite (110), einer zweiten Isolierschicht (18) über der ersten Isolierschicht (13) und einer dritten Isolierschicht (19) über der zweiten Isolierschicht (13), und - Bilden (207, 209) eines ersten Kontaktlochs (1110) durch die dritte Isolierschicht (19), die zweite Isolierschicht (18) und die erste Isolierschicht (13), wobei das erste Kontaktloch (1110) einen Teil einer Fläche des Mesateils (17) neben dem einen der beiden Gräben (14) freilegt.
  18. Verfahren (200) nach Anspruch 17, ferner umfassend, vor dem Bilden des Kontaktstopfens (13), Verlängern des ersten Kontaktlochs (1110) in mindestens der Vertikalrichtung (Z) so, dass eine Kontaktaussparung (1119) in dem Mesateil (17) hergestellt wird, wobei die Kontaktaussparung (1119), - eine Grenzfläche sowohl mit dem Halbleiter-Sourcegebiet (101) als auch dem Halbleiterbodygebiet (102) bildet; - eine Grenzfläche mit dem Grabenisolator (142) eines der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen, bildet; und - von dem Grabenisolator (142) des anderen der beiden Gräben (14), die den Mesateil (17) räumlich begrenzen, beabstandet angeordnet ist.
  19. Verfahren (200) nach Anspruch 18, wobei das Bilden der Kontaktaussparung (1119) Durchführen eines selektiven Ätzverarbeitungsschritts beinhaltet.
  20. Verfahren (200) nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend, vor dem Bilden des Kontaktstopfens (13), Bilden durch das erste Kontaktloch (1110) und an der ersten Kontaktaussparung (1119) in dem Halbleiterbodygebiet (102) eines Kontaktteils (1022) mit einer lokal erhöhten Dotierstoffkonzentration.
  21. Verfahren (200) nach Anspruch 20, wobei das Bilden des Kontaktteils (1022) mindestens einen von einem Implantationsverarbeitungsschritt und einem Abscheidungsverarbeitungsschritt beinhaltet.
  22. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 18-21, ferner umfassend Abscheiden eines elektrisch leitenden Materials in dem ersten Kontaktloch (1110) und der Kontaktaussparung (1119) zum Bilden des Kontaktstopfens (111).
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