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DE102006011567B4 - Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke und Halbleiterbauteil - Google Patents

Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke und Halbleiterbauteil Download PDF

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DE102006011567B4
DE102006011567B4 DE102006011567.8A DE102006011567A DE102006011567B4 DE 102006011567 B4 DE102006011567 B4 DE 102006011567B4 DE 102006011567 A DE102006011567 A DE 102006011567A DE 102006011567 B4 DE102006011567 B4 DE 102006011567B4
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Abstract

Randabschlussstruktur für ein Halbleiterbauelement mit Driftstrecke (4) in einem Halbleiterkörper (5) eines Halbleiterchips, wobei das Halbleiterbauelement (6) einen Randbereich (7) und einen innerhalb des Randbereichs (7) umgebenden Zellbereich (8) aufweist, und wobei im Randbereich (7) des Halbleiterbauelements (6) eine das Halbleiterbauelement (6) im Randbereich (7) umgebende Grabenstruktur (9) angeordnet ist, und wobei mindestens Grabenwände (10) von einem Isolationsmaterial (11) bedeckt sind, und wobei die das Halbleiterbauelement (6) umgebende Grabenstruktur (9) sich überlappende Grabenzonen (12) mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial (13) aufweist, wobei die sich überlappenden Grabenzonen (12) in einem spitzen Winkel (α) zu einer Randkante (16) angeordnet sind und wobei das Halbleitermaterial (13) zwischen den Grabenzonen (12) ebenfalls in dem spitzen Winkel (α) zu der Randkante (16) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke in einem Halbleiterkörper eines Halbleiterchips, sowie Halbleiterbauteile, die mindestens ein Halbleiterbauelement mit einer derartige Randabschlussstruktur aufweisen. Dazu weist das Halbleiterbauelement einen Randbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Zellbereich auf.
  • Zum Schutz des Zellbereichs und zur Sicherstellung einer zulässigen Sperrspannung für die im Zellbereich angeordneten Schaltstrukturen ist bei herkömmlichen Halbleiterbauelementen eine Schutzelektrode rund um den Zellbereich angeordnet, die auf dem niedrigsten Potential der Schaltung beim Betrieb des Halbleiterbauteils liegt.
  • Ein Halbleiterbauelement mit Driftstrecke und mindestens einer Ringelektrode als Randabschluss wird in der Patentanmeldung DE 10 2005 023 026 A1 beschrieben. Dazu ist als Randabschluss nicht nur eine einzelne Ringelektrode, sondern eine Vielzahl von Feldringen eines zweiten, komplementären Leitungstyps in dem Randbereich eines ersten Leitungstyps des Halbleiterkörpers angeordnet.
  • Auch die Druckschrift US 6 274 904 B1 betrifft eine Randstruktur eines Halbleiterbauelements, wobei ein Halbleiterkörper eines ersten Leitungstyps einen Randbereich mit einer Vielzahl von Bereichen des komplementären Leitungstyps, die in zwei Ebenen angeordnet sind, aufweist. Diese Bereiche sind untereinander elektrisch verbunden oder kapazitiv gekoppelt.
  • Ferner ist aus der Druckschrift US 6 621 122 B2 eine Abschlussstruktur bekannt, bei der ein Feldring, der eine Verlängerung der Sourceelektrode ist, in einem radialen Mittelpunkt des Abschlussbereichs den Abschuss bildet, wobei eine aktive Fläche von dem Abschlussbereich umgeben ist, welcher unterschiedlich gestaltete Säulen eines zur Driftstrecke komplementären Leitungstyps aufweist.
  • Derartige bekannte Randabschlussstrukturen sollen sicherstellen, dass die für das Bauelement vorgesehene Durchbruchspannung auch im Randbereich erreicht wird. Außerdem soll eine Randabschlussstruktur eine elektrische Isolation zwischen monolithisch benachbarten Bauelementen oder bei randlagigen Bauelementen eine elektrische Isolation zu einer Kante des Halbleiterchips hin gewährleisten.
  • Ein Nachteil der in den obigen Dokumenten beschriebenen Randabschlussstrukturen ist es, dass die im Randbereich angeordneten pn-Übergänge zwischen einem ersten und einem komplementären Leitungstyp Krümmungen aufweisen, die zu einer Erhöhung des elektrischen Feldes im Bereich der Krümmung und zu einer Absenkung der Durchbruchspannung führen. Darüber hinaus beanspruchen die obigen Randstrukturen in Form kapazitiv gekoppelter Feldringe, Feldplatten und/oder Randabschlüsse mit halbleitenden Schichten einen hohen Platzbedarf.
  • Der Nachteil des hohen Platzbedarfs kann durch oxidgefüllte Ringgräben, wie sie in der Patentanmeldung DE 10 2004 041 892 A1 beschrieben werden, behoben werden. Derartige, den Zellbereich der Halbleiterbauelemente umgebende Ringgräben können aufgrund der höheren Durchbruchsfeldstärke des Oxids im Vergleich zu Silizium die Sperrspannung auf einer deutlich kürzeren Strecke abbauen.
  • Jedoch zeigt 7 den Nachteil eines derartigen oxidgefüllten Ringgrabens 25, sofern er beispielsweise eine ausreichende Breite b aufweist, die hier zwischen 3 und 4 Mikrometer liegt, wobei sich der Ringgraben 25 bis zu einer Tiefe t von etwa 45 Mikrometern in die Driftstrecke 4 des Halbleiterkörpers 5 hinein erstreckt. Bei einer derartigen minimalen Breite b bildet sich bereits bei 240 V auf der vom Zellbereich 8 abgewandten Seite 23 des oxidgefüllten Ringgrabens 25 ein Löcherkanal 24, der die zum Abbau des elektrischen Feldes notwendige Durchbruchsladung enthält und somit einen weiteren Spannungsabbau im Halbleitermaterial verhindert.
  • Somit weist eine Ringgrabenstruktur den Nachteil auf, dass es erforderlich ist, die gesamte Spannung in einem ausreichend breiten oxidgefüllten ersten Ringgraben 25 abzubauen, zumal bei nicht ausreichender Breite der erste Ringgraben 25 oder der innerste Ringgraben 25 die maximal abbaubare Spannung im dem Fall der 7 auf 240 V begrenzt. Auch mehrere zum Rand hin gestaffelt angeordnete oxidgefüllte Ringgräben liefern keinen zusätzlichen Beitrag und können somit diese abbaubare Spannung nicht erhöhen.
  • Aus der DE 10 2004 052 678 B3 ist ein Leistungs-Trenchtransistor bekannt, der einen Halbleiterkörper aufweist, in dem ein Zellenfeld und ein Randbereich, der das Zellenfeld umgibt, ausgebildet sind. Innerhalb des Randbereichs sind erste Randtrenches ausgebildet, die Feldelektroden enthalten und deren Längsausrichtungen vom Zellenfeld zum Rand des Trenchtransistors hin verlaufen.
  • Aus der US 6 995 426 B2 ist ein Halbleiterbauelement bekannt, das einen Diffusionsbereich, der in einer Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, beinhaltet. Der Diffusionsbereich weist erste und zweite Störstellen-Diffusionsbereiche des ersten bzw. zweiten Leitfähigkeitstyps auf.
  • Aus der DE 103 03 335 A1 ist ein Halbleiterbauteil mit einem Driftbereich, um den herum ein peripherer Bereich aus einer Schicht mit alternierendem Leitfähigkeitstyp gebildet ist, bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Randabschlussstruktur und ein Halbleiterbauelement mit Randabschlussstruktur zu schaffen, die eine Grabenstruktur aufweisen, welche es ermöglicht, den Platzbedarf im Randbereich weiter zu vermindern, und bei verminderter Grabenstrukturbreite eine höhere zulässige Sperrspannung sicherzustellen, als es bei oxidgefüllten Ringgräben gleicher Breite möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird eine Randabschlussstruktur für Halbleiterbauelemente mit Driftstrecke in einem Halbleiterkörper eines Halbleiterchips geschaffen, wobei das Halbleiterbauelement einen Randbereich und einen von dem Randbereich umgebenen Zellbereich aufweist. Im Randbereich des Halbleiterbauelements ist eine das Halbleiterbauelement im Randbereich umgebende Grabenstruktur angeordnet, wobei mindestens die Grabenwände von einem Isolationsmaterial bedeckt sind. Dazu weist die das Halbleiterbauelement im Randbereich umgebende Grabenstruktur sich überlappende Grabenzonen mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial auf.
  • Diese Grabenzonen sind in vorteilhafter Weise im Unterschied zu Ringgräben kein geschlossener Ring, sondern die Grabenzonen weisen trotz ihrer Überlappung dazwischen Halbleitermaterial in Form von Mesagebieten auf. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Mesagebiet von Source nach Drain durch die ”Faltung” zwischen den Grabenzonen möglichst lang ist, weil somit die maximale Feldstärke reduziert werden kann, bzw. eine höhere Spannung von dem Halbleiterbauelement aufgenommen werden kann. Jedoch ist dabei zu beachten, dass die Gesamtladung in dem zwischen den Grabenzonen angeordneten Halbleitermaterial nicht größer als die Durchbruchsladung von ca. 1,5 × 1012 cm–2 ist. Der Gegenstand des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einer vorgegebenen Sperrspannung die Grabenweite reduziert werden kann, da mehrere Grabenzonen die Gesamtspannung aufnehmen können.
  • Darüber hinaus haben Grabenzonen mit geringerer Grabenbreite den Vorteil, dass die Verfüllung mit einem Isolationsmaterial kostengünstiger hergestellt werden kann, da weniger dicke Schichten auf den Wänden der Grabenzonen abzuscheiden bzw. aufzuoxidieren sind. So können beispielsweise anstelle einer Grabenbreite von 20 Mikrometer für ca. 600 V Sperrspannung nun Grabenweiten im Bereich von lediglich 1 Mikrometer Verwendung finden. Somit kann die abzuscheidende oder aufzuoxidierende Isolationsdicke um einen Faktor von ca. 20 verringert werden, was die Prozesszeiten deutlich vermindert.
  • Zudem müssen Oxidschichten, die an der Halbleiterwaferoberfläche bei dem Auffüllen der Grabenstruktur entstehen, nach dem Einbringen und Oxidieren der Grabenstruktur zusätzlich strukturiert werden. Das führt bei nasschemischer Ätzung zu Strukturbreiten und Abständen von mindestens der Dicke der Oxidschichten, so dass dicke Oxidschichten für breite Grabenzonen im deutlichen Gegensatz zur Zielsetzung der Konstruktion eines platzsparenden Randabschlusses stehen.
  • Schließlich ergibt sich ein weiterer Vorteil der geringen Grabenbreite dadurch, dass die nun erforderlichen Oxidschichten geringere mechanische Verspannungen im Halbleitermaterial verursachen, als die bei Ringgräben erforderlichen dicken isolierenden Ringgräben. Andererseits ist durch die verfügbaren Prozesse die maximale Grabenbreite von umlaufenden Ringgräben begrenzt und damit auch die maximal mögliche Sperrspannung limitiert, während mit der erfindungsgemäßen Randabschlussstruktur sich deutlich höhere Sperrspannungen bei gleicher verfügbarer Prozesstechnologie erreichen lassen, indem keine Ringgräben mehr vorgesehen werden, sondern erfindungsgemäß sich überlappende Grabenzonen mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial vorgesehen werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Grabenzonen langgestreckte Isolationsgräben im Material auf, die voneinander beabstandet sind und sich gegenseitig beabstandet derart überlappen, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben angeordnete Halbleitermaterial keine geradlinige von dem Randbereich zu dem Zellbereich des Halbleiterbauelements orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist.
  • Diese Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass der Weg aus Halbleitermaterial zwischen den Grabenzonen verlängert wird, und somit eine höhere Spannung von dem dazwischen angeordneten Halbleitermaterial aufgenommen werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die langgestreckten Isolationsgräben in ihrer Längserstreckung einen spitzen Winkel zur Randkante des Halbleiterbauelements derart auf, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben angeordnete Halbleitermaterial wiederum keine geradlinige von dem Randbereich zu dem Zellbereich des Halbleiterbauelements orthogonal sich erstrechende Verbindung aufweist. Je spitzer dieser Winkel ausgeführt wird, um so länger wird der Weg aus Halbleitermaterial, der zwischen den Grabenzonen angeordnet ist, und um so stärker kann die maximale Feldstärke zum Rand hin reduziert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden statt der langgestreckten Isolationsgräben Isolationssäulen als Grabenzonen in die Driftstrecke eingebracht, wobei die Isolationssäulen in mehreren Reihen im Randbereich angeordnet sind. Die Isolationssäulen werden in den Reihen derart versetzt zueinander angeordnet, dass das zwischen den Isolationssäulen angeordnete Halbleitermaterial keine geradlinige von dem Randbereich zu dem Zellbereich des Halbleiterbauelements orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist. Durch das versetzte Anordnen der Isolationssäulen in den Reihen ergibt sich ein Mesagebiet aus Halbleitermaterial, das mäanderförmig oder gefaltet vom Rand zum Zellbereich hin verläuft. Auch hier wird dadurch der Weg aus Halbleitermaterial deutlich verlängert, so dass auch mit Isolationssäulen bei geeigneter versetzter Anordnung eine Wirkung wie mit den versetzten langgestreckten Isolationszonen erreicht werden kann.
  • Der Abstand zwischen den Isolationssäulen kann vom Zellbereich in Richtung auf die Randkante des Halbleiterbauelements hin variiert werden. In vorteilhafter Weise nimmt dieser Abstand zwischen den Isolationssäulen vom Zellbereich in Richtung auf die Randkante des Halbleiterbauelements hin zu. Der gleiche Effekt kann erreicht werden, wenn die lichte Weite der Isolationssäulen bei gleichbleibender Schrittweite zwischen den Grabenzonen vom Zellbereich in Richtung auf die Randkante des Halbleiterbauelements hin abnimmt. Dadurch wird ebenfalls erreicht, dass der Abstand zur Randkante hin zunimmt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jedoch der Abstand zwischen den Grabenzonen bei gleichbleibender lichter Weite konstant. Dieses hat den Vorteil, dass für die Maskentechnik ein einfaches und preiswertes Design zugrunde gelegt werden kann.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die lichte Weite der Grabenzonen um bis zu einer Größenordnung geringer, als bei Grabenstrukturen herkömmlicher Randabschlüsse. Dieses hat die bereits oben geschilderten Vorteile, zumal dann auch die Dicke der Isolationsschicht deutlich abnimmt und somit bei einer Strukturierung mittels nasstechnischer Ätzung deutlich kleinere und filigranere Strukturen der Oberseite des Halbleiterbauelements im Randbereich möglich werden.
  • Ferner ist es vorgesehen, die Grabenzonen vollständig mit Isolationsmaterial aufzufüllen. Andererseits reicht es auch, lediglich die Grabenwände mit einem Isolationsmaterial aufzufüllen, während das übrige Grabenvolumen mit polykristallinem Silizium aufgefüllt wird. Dieses hat den Vorteil, dass das polykristalline Silizium auf das niedrigste elektrische Potential beim Betrieb des Halbleiterbauelements gelegt werden kann und somit eine zusätzliche Potentialschwelle in die Randstruktur eingebaut werden kann.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Grabenzonen als Isolationsmaterial ein Oxid des Halbleitermaterials aufweisen, zumal dann lediglich eine thermische Oxidation des Halbleitermaterials, insbesondere aus Silizium erforderlich ist, um diese isolierten Grabenwände herzustellen. Dieses gilt nicht für Halbleitermaterialien, die flüchtige Oxide bilden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Grabenzonen mit einem Isolationsmaterial aus einem amorphen Kohlenstoff, der mit Wasserstoff dotiert ist, aufzufüllen.
  • Als Halbleitermaterialien werden für den Halbleiterkörper bzw. das Halbleiterbauelement Silizium oder Siliziumcarbid oder ein III-V Halbleitermaterial, vorzugsweise semiisolierendes Galliumindiumarsenid, eingesetzt. Die Art des Halbleitermaterials hängt davon ab, welche Eigenschaft des Halbleitermaterials, wie Beweglichkeit der Ladungsträger sowie Diffusionslänge der Ladungsträger, für ein entsprechendes Halbleiterbauelement mit Driftstrecke von Vorteil sind. Eine derartige Randabschlussstruktur wird vorzugsweise bei Halbleiterbauelementen, wie einer PN–N-Diode, einer Schottky-Diode, einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einem Feldeffekttransistor eingesetzt. Ein Halbleiterbauteil kann auch mehrere Halbleiterbauelemente mit der erfindungsgemäßen Randabdeckungsstruktur aufweisen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements, einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Teilbereich des Halbleiterbauelements gemäß 1;
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements, einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teilbereichs des Halbleiterbauteils gemäß 1 ohne Grabenfüllung mit Äquipotenziallinien;
  • 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements gemäß 4 mit Grabenfüllung und mit Äquipotenziallinien;
  • 6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements gemäß 4 mit einer Löcherkonzentrationsverteilung;
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements gemäß einer früheren Patentanmeldung mit Ringgraben.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt entlang der Schnittebene A-A in 2 durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements mit Randabschlussstruktur 1, einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper 5 auf, der eine Driftstrecke 4 besitzt. Der Halbleiterkörper 4 weist einen Randbereich 7 auf, der einen Zellbereich 8 eines Halbleiterbauelements 6 umgibt. Innerhalb des Randbereichs 7 sind Ladungskompensationszonen 26 in der Driftstrecke 4 angeordnet, die einen Leitungstyp p komplementär zum Leitungstyp n der Driftstrecke 4 aufweisen.
  • Ferner sind in dieser Schnittebene A-A im Randbereich 7 Isolationssäulen 17 in drei Reihen 18, 20 und 22 angeordnet, wobei diese Reihen 18, 20 und 22 den Zellbereich 8 umgeben. Die Isolationssäulen 18, 20 und 22 sind in dieser Ausführungsform der Erfindung mit Siliziumoxid als Isolationsmaterial 11 aufgefüllt, wobei das Isolationsmaterial 11 auch die Grabenwände 10 der Grabenstruktur 9 bedeckt. Zwischen den Grabenzonen 12 in Form von Isolationssäulen 17 ist Halbleitermaterial 13 angeordnet, wobei der Abstand a zwischen den Isolationssäulen 17, die eine lichte Weite w aufweisen, zur Randkante 16 des Halbleiterkörpers 5 hin zunimmt. Während die Ladungskompensationszonen 26 äquidistant angeordnet sind, variiert der Abstand a zwischen den Isolationssäulen 18, 20 und 22.
  • 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf den Teilbereich des Halbleiterbauelements 1 gemäß 1. Während die Ladungskompensationszonen 26 streifenförmig angeordnet sind, sind die Isolationssäulen 17 der Grabenstruktur 9 in Reihen 18, 19, 20, 21 und 22 angeordnet, wobei die einzelnen Isolationssäulen 17 in den Reihen 18 bis 22 derart versetzt zueinander positioniert sind, so dass das dazwischen angeordnete Halbleitermaterial 13 keine geradlinige orthogonale Verbindung zwischen Randkante 16 und Zellbereich 8 aufweist. Vielmehr sind die Isolationssäulen 17 überlappend angeordnet und weisen eine Überlappung h auf, so dass das Mesagebiet zwischen den Isolationssäulen 17 mäanderförmig ist und somit ein längerer Weg und damit eine reduzierte Feldstärke zwischen dem Zellbereich 8 und der Randkante 16 möglich ist.
  • Dabei bilden die versetzt angeordneten Isolationssäulen 17 einen spitzen Winkel α zur Randkante 16, der gleichzeitig den Winkel des Halbleiterpfades zwischen den Isolationssäulen 17 ist. Während 1 den Querschnitt entlang der Schnittebenen A-A der 2 bildet, sind in 1 im Randbereich 7 sowohl die streifenförmigen Ladungskompensationszonen 26, als auch die Isolationssäulen 17 der Grabenstruktur 9 zu sehen, wobei der Abstand a in der Schnittebene A-A zwischen den Grabenzonen deutlich größer ist, als der Abstand a zwischen den Grabenzonen, wie sie in 2 dargestellt werden.
  • 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements mit einer Randabschlussstruktur 2, einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hier sind anschließend an den Zellbereich 8 im Randbereich 7 langgestreckte Isolationsgräben 14 als Grabenzonen 12 überlappend angeordnet, wobei die Überlappung 15 größer ist, als die Überlappung h in der ersten Ausführungsform gemäß 2. Auch der spitze Winkel α kann bei einer derartigen Anordnung von langgestreckten Grabenzonen 12 kleiner ausgeführt werden, als in der Ausführungsform gemäß 1 bzw. 2. Die Grabenbreite b liegt in Mikrometern im Bereich von 0,1 μm ≤ b ≤ 2 μm, während die Länge l in Mikrometern der langgestreckten Isolationsgräben 14 zwischen 1 μm ≤ l ≤ 60 μm liegen kann. Das Halbleitermaterial 13 zwischen den Grabenzonen 12 ist ebenfalls in einem spitzen Winkel α zur Randkante 16 angeordnet, wodurch der Pfad durch das Halbleitermaterial deutlich gegenüber einer direkten geradlinigen Verbindung zwischen dem Zellbereich 8 und der Randkante 16 verlängert wird.
  • 4 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teilbereichs des Halbleiterbauteils mit Randabschlussstruktur 1 gemäß 1 ohne Grabenfüllung mit Äquipotenziallinien 30. Dabei ist deutlich zu erkennen, dass sich die Äquipotenziallinien 30 in dem Halbleitermaterial 13 weiter ausdehnen können, als im Stand der Technik, gemäß der 7. Dadurch ist es möglich, deutlich höhere Sperrspannungen bei dieser Konstruktion des Randabschlusses zuzulassen.
  • 5 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements mit Randabschlussstruktur 1 gemäß 4 mit Grabenfüllung und mit Äquipotenziallinien 30. Dabei ist die Grabenfüllung ein Isolationsmaterial 11, das durch thermische Oxidation des Halbleitermaterials entstanden ist. Die Äquipotenziallinien 30 reichen weit über die Randseite 23 der Grabenzone 12, die vom Zellbereich 7 abgewandt ist, hinaus, so dass im Gegensatz zum Stand der Technik eine beliebig hohe Sperrspannung realisierbar ist, obgleich die lichte Weite w um mindestens eine Größenordnung kleiner ist, als die Grabenbreite von Ringgräben, wie sie aus der oben erwähnten Patentanmeldung bekannt sind. Bei dieser Darstellung sind auch Äquipotenziallinien 30 in der auf der Oberseite 27 des Halbleiterkörpers 4 angeordneten Oxidschicht 28 und der Feldoxidschicht 29.
  • 6 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht des Teilbereichs des Halbleiterbauelements mit der Randabschlussstruktur 1 gemäß 4 und einer Löcherkonzentrationsverteilung. Deutlich sichtbar ist in dieser Zeichnung, dass kein Löcherkanal auf der von dem Zellbereich 8 abgewandten Seite 23 der Grabenzone 12 festgestellt werden konnte. Vielmehr konzentrieren sich die Löcher mit hoher Konzentration auf die Bodyzone im Zellbereich des Halbleiterchips.
  • 7 zeigt einen schematischen Querschnitt durch einen Teilbereich eines Halbleiterbauelements mit Randabschlussstruktur 3, gemäß einer früheren Patentanmeldung mit Ringgraben 25. Die 7 wird bereits in der Beschreibungseinleitung erörtert, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen die 7 nicht erneut beschrieben wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Randabschlussstruktur (1. Ausführungsform)
    2
    Randabschlussstruktur (2. Ausführungsform)
    3
    Randabschlussstruktur (frühere Patentanmeldung)
    4
    Driftstrecke
    5
    Halbleiterkörper
    6
    Halbleiterbauelement
    7
    Randbereich
    8
    Zellbereich
    9
    Grabenstruktur
    10
    Grabenwand
    11
    Isolationsmaterial
    12
    Grabenzone
    13
    Halbleitermaterial
    14
    langgestreckter Isolationsgraben
    15
    Überlappung
    16
    Randkante
    17
    Isolationssäule
    18
    Reihe von Isolationssäulen
    19
    Reihe von Isolationssäulen
    20
    Reihe von Isolationssäulen
    21
    Reihe von Isolationssäulen
    22
    Reihe von Isolationssäulen
    23
    abgewandte Seite der Grabenzone
    24
    Löcherkanal
    25
    Ringgraben
    26
    Ladungskompensationszone
    27
    Oberseite
    28
    Oxidschicht
    29
    Feldoxidschicht
    30
    Äquipotenziallinie
    a
    Abstand zwischen Reihen von Isolationssäulen
    b
    Breite einer Grabenstruktur
    h
    Überlappung
    s
    Schrittweite
    w
    lichte Weite
    α
    spitzer Winkel

Claims (16)

  1. Randabschlussstruktur für ein Halbleiterbauelement mit Driftstrecke (4) in einem Halbleiterkörper (5) eines Halbleiterchips, wobei das Halbleiterbauelement (6) einen Randbereich (7) und einen innerhalb des Randbereichs (7) umgebenden Zellbereich (8) aufweist, und wobei im Randbereich (7) des Halbleiterbauelements (6) eine das Halbleiterbauelement (6) im Randbereich (7) umgebende Grabenstruktur (9) angeordnet ist, und wobei mindestens Grabenwände (10) von einem Isolationsmaterial (11) bedeckt sind, und wobei die das Halbleiterbauelement (6) umgebende Grabenstruktur (9) sich überlappende Grabenzonen (12) mit dazwischen angeordnetem Halbleitermaterial (13) aufweist, wobei die sich überlappenden Grabenzonen (12) in einem spitzen Winkel (α) zu einer Randkante (16) angeordnet sind und wobei das Halbleitermaterial (13) zwischen den Grabenzonen (12) ebenfalls in dem spitzen Winkel (α) zu der Randkante (16) angeordnet ist.
  2. Randabschlussstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) langgestreckte Isolationsgräben (14) im Material der Driftstrecke (4) aufweisen, die voneinander beabstandet sind und sich gegenseitig beabstandet derart überlappen, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben (14) angeordnete Halbleitermaterial (13) keine geradlinige von dem Randbereich (7) zu dem Zellbereich (8) des Halbleiterbauelements (6) orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist.
  3. Randabschlussstruktur nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) langgestreckte Isolationsgräben (14) im Material der Driftstrecke (4) aufweisen, die voneinander beabstandet sind und sich gegenseitig beabstandet überlappen, und wobei deren Längserstreckung einen spitzen Winkel (α) zur Randkante (16) des Halbleiterbauelements (6) derart aufweist, dass das zwischen den langgestreckten Isolationsgräben (14) angeordnete Halbleitermaterial (13) keine geradlinige von dem Randbereich (7) zu dem Zellbereich (8) des Halbleiterchips (6) orthogonal sich erstreckende Verbindung aufweist.
  4. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) Isolationssäulen (17) aufweisen, die in mehreren Reihen (18, 19, 20, 21, 22) im Randbereich (7) angeordnet sind, wobei die Isolationssäulen (17) der Reihen (18, 19, 20, 21, 22) derart versetzt zueinander angeordnet sind, dass das zwischen den Isolationssäulen (17) angeordnete Halbleitermaterial (13) keine geradlinige von dem Randbereich (7) zu dem Zellbereich (8) des Halbleiterbauelements (6) sich orthogonal erstreckende Verbindung aufweist.
  5. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) zwischen den Grabenzonen (12) vom Zellbereich (8) in Richtung auf die Randkante (16) des Halbleiterbauelements (6) hin zunimmt.
  6. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine lichte Weite (w) der Grabenzonen (12) bei gleichbleibender Schrittweite zwischen den Grabenzonen (12) vom Zellbereich (8) in Richtung auf die Randkante (16) des Halbleiterbauelements (6) hin abnimmt.
  7. Randabschlussstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (a) zwischen den Grabenzonen (12) bei gleichbleibender lichter Weite (w) konstant ist.
  8. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) vollständig mit Isolationsmaterial (11) gefüllt sind.
  9. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) auf dem Isolationsmaterial (11) der Grabenwände (10) eine Grabenfüllung aufweisen, die polykristallines Silizium aufweist.
  10. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) als Isolationsmaterial (11) ein Oxid des Halbleitermaterials aufweisen.
  11. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grabenzonen (12) als Isolationsmaterial (11) einen amorphen Kohlenstoff, der mit Wasserstoff dotiert ist, aufweisen.
  12. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (6) als Halbleitermaterial (13) Silizium oder Siliziumcarbid oder ein III-V Halbleitermaterial, vorzugsweise semiisolierendes Galliumindiumarsenid aufweist.
  13. Randabschlussstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Grabenzonen (12) Ladungskompensationszonen angeordnet sind.
  14. Halbleiterbauteil, das ein Halbleiterbauelement mit einer Randabschlussstruktur (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
  15. Halbleiterbauteil nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil auf einem Halbleiterchip mehrere Halbleiterbauelemente mit Randabschlussstruktur (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 aufweist.
  16. Halbleiterbauteil nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauteil als Halbleiterbauelement mit Randabschlussstruktur (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 eine PN-N-Diode, eine Schottky-Diode, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder einen Feldeffekttransistor aufweist.
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