-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die eine
Mehrzahl von doppelseitigen Elektrodenelementen aufweist, die in
einem einzigen Halbleitersubstrat gebildet sind, und ferner ein Verfahren
zur Fertigung der Vorrichtung.
-
Es
sind Halbleitervorrichtungen bekannt, die ein doppelseitiges Elektrodenelement
aufweisen (z. B. ein vertikales MOS-Transistorelement), das ein auf
einer Vorderseite und einer Rückseite eines Halbleitersubstrats
gebildetes Elektrodenpaar aufweist und derart aufgebaut ist, dass
ein Strom zwischen dem Elektrodenpaar fließt. Es ist bekannt,
dass eine Super-Junction-(SJ)-Struktur solch ein doppelseitiges
Elektrodenelement bezüglich der Durchbruchspannung und
des Durchlasswiderstandes verbessern kann. Die Super-Junction-Struktur
weist beispielsweise einen p-n-Säulenbereich auf, der als Driftbereich
dient. Der p-n-Säulenbereich weist eine Mehrzahl von n-leitenden
Halbleiterteilen und eine Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen
auf, die abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet sind.
-
Die
JP-A-2007-13003 offenbart
eine Halbleitervorrichtung, die mehrere doppelseitige Elektrodenelementen
aufweist, die in einem Halbleitersubstrat mit einem p-n-Säulenbereich
angeordnet sind. Die obige Halbleitervorrichtung weist ein n-Kanal-MOS-Transistorelement
mit n-leitenden Halbleiterteilen für einen Driftbereich
und ein p-Kanal-MOS-Transistorelement mit p-leitenden Halbleiterteilen
für einen Driftbereich auf. Das n-Kanal-MOS-Transistorelement
und das p-Kanal-MOS-Transistorelement sind in demselben Halbleitersubstrat
angeordnet.
-
Bei
der in der
JP-A-2007-13003 offenbarten Halbleitervorrichtung
werden benachbarte Elemente durch eine p-n-Übergangstrennung
voneinander isoliert und getrennt (siehe
2 und
14 in
der
JP-A-2007-13003 ).
Die Erfindern haben jedoch herausgefunden, dass mit einer Verbesserung
der Durchbruchspannung eines doppelseitigen Elektrodenelements die
folgenden Schwierigkeiten verbunden sind. Aufgrund der p-n- Übergangstrennung
ist es schwierig, eine Fläche oder eine Breite eines Elementetrennbereichs
zu verringern. Folglich ist es mit Schwierigkeiten verbunden, solche
eine Halbleitervorrichtung in ihrer Größe zu verringern
und die mit der Fertigung der Halbleitervorrichtung verbundenen Kosten
zu reduzieren.
-
Ferner
dient ein Teil des p-n-Säulenbereichs als Elementetrennbereich
der p-n-Übergangstrennung. Folglich kann es dann, wenn
ein Störsignal (z. B. Rauschen oder eine Überspannung)
angelegt wird, passieren, dass ein Ladungsausgleich im p-n-Säulenbereich
fehlerhaft wird, d. h., dass es in einer p-n-p-n-Struktur zu einem
Latch-Up kommt. Durch den Störeffekt kann es um eine Source-Elektrode
herum zu einem Kurzschluss kommen.
-
Es
ist angesichts der obigen und weiterer Schwierigkeiten Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zur
Fertigung einer Halbleitervorrichtung bereitzustellen.
-
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt,
die aufweist: ein Halbleitersubstrat, das eine erste Oberfläche,
eine der ersten Oberfläche gegenüberliegende zweite
Oberfläche und eine Mehrzahl von Elementebildungsbereichen
aufweist; einen Isoliergraben, der jeden der Mehrzahl von Elementebildungsbereichen
umgibt und die Mehrzahl von Elementebildungsbereichen voneinander
isoliert und trennt; und eine Mehrzahl von Elementen, die entsprechend
in der Mehrzahl von Elementebildungsbereichen angeordnet sind. Die
Mehrzahl von Elementen weist wenigstens zwei doppelseitige Elektrodenelemente
auf, von denen jedes aufweist: eine erste Elektrode, die auf der
ersten Oberfläche oder auf der zweiten Oberfläche
des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine zweite Elektrode, die
auf der anderen Oberfläche der ersten und der zweiten Oberfläche
des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei das doppelseitige
Elektrodenelement dazu ausgelegt ist, dass ein Strom zwischen der
ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fließt; einen p-n-Säulenbereich,
der in dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und eine Mehrzahl von
p-leitenden Halbleiterteilen und eine Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen
aufweist, wobei die Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen und
die Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen in einer Richtung,
die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Halbleiter substrats verläuft, abwechselnd
und benachbart zueinander angeordnet sind; und einen Driftbereich,
der durch die Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen oder die
Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen des p-n-Säulenbereichs
(13) bereitgestellt wird.
-
Gemäß der
obigen Halbleitervorrichtung kann die Halbleitervorrichtung in ihrer
Größe verringert werden, da der Isoliergraben
als Elementetrennbereich dienen kann. Ferner kann das Auftreten
eines Kurzschlusses aufgrund eines Störeffekts eingeschränkt
werden, da der Isoliergraben als Elementetrennbereich dienen kann.
-
Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt, welches
die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Halbleitersubstrats,
das eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche
gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist,
wobei das Halbleitersubstrat einen p-n-Säulenbereich aufweist,
der p-n-Säulenbereich eine Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen und
eine Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen aufweist und die
Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen und die Mehrzahl von n-leitenden
Halbleiterteilen in einer Richtung, die senkrecht zu einer Dickenrichtung
des Halbleitersubstrats verläuft, abwechselnd und benachbart
zueinander angeordnet sind; Bilden eines Isoliergrabens von einer
Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats in
dem Halbleitersubstrat, so dass der Isoliergraben ein offenes Ende auf
der Seite der ersten Oberfläche und einen Boden in dem
Halbleitersubstrat aufweist, wobei der Isoliergraben eine Mehrzahl
von Elementebildungsbereichen definiert, die Mehrzahl von Elementebildungsbereichen
voneinander isoliert und trennt und derart gebildet wird, dass jeder
Elementebildungsbereich die mehreren p-leitenden Halbleiterteile
und die mehreren n-leitenden Halbleiterteile aufweist; Bilden von Teilen
eines doppelseitigen Elektrodenelements auf der Seite der ersten
Oberfläche jedes Elementebildungsbereichs des Halbleitersubstrats,
wobei die Teile des doppelseitigen Elektrodenelements eine erste
Elektrode aufweisen; Dünnermachen des Halbleitersubstrats
durch eine Entfernung eines Abschnitts der zweiten Oberfläche
des Halbleitersubstrats, auf das Bilden des Isoliergrabens und das
Bilden der Teile des doppelseitigen Elektrodenelements auf der Seite
der ersten Oberfläche folgend, so dass der Isoliergraben
von einer Seite der zweiten Oberfläche des Halbleitersubstrats
freigelegt ist; und Bilden weiterer Teile des doppelseitigen Elektrodenelements
auf der Seite der zweiten Oberfläche jedes Elemen tebildungsbereichs,
auf das Dünnermachen des Halbleitersubstrats folgend, wobei
die weiteren Teile eine der ersten Elektrode gegenüberliegende zweite
Elektrode aufweisen und das doppelseitige Elektrodenelement derart
gebildet wird, dass zwischen der ersten Elektrode und der zweiten
Elektrode ein Strom fließt.
-
Gemäß dem
obigen Verfahren ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung
geringer Größe bereitzustellen, da der Isoliergraben
als Elementetrennbereich dienen kann. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung
bereitgestellt werden, die das Auftreten eines Kurzschlusses aufgrund
eines Störeffekts einschränken kann, da der Isoliergraben
als Elementetrennbereich dienen kann.
-
Gemäß einer
dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Fertigung eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, welches
die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Halbleitersubstrats,
das eine erste Oberfläche und eine der ersten Oberfläche
gegenüberliegende zweite Oberfläche aufweist,
wobei das Halbleitersubstrat ferner einen p-n-Säulenbereich
aufweist, der p-n-Säulenbereich eine Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen
und eine Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen aufweist, die
Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen und die Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen
in einer Richtung, die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats
verläuft, abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet
sind und das Halbleitersubstrat eine Mehrzahl von Elementebildungsbereichen
aufweist; Bilden von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements
auf einer Seite der ersten Oberfläche jedes Elementebildungsbereichs
des Halbleitersubstrats, wobei die Teile des doppelseitigen Elektrodenelements
eine erste Elektrode aufweisen; Bilden eines Isolierfilms auf der
Seite der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats; Bilden
eines Isoliergrabens von einer Seite der zweiten Oberfläche
des Halbleitersubstrats aus, auf das Bilden der Teile des doppelseitigen
Elektrodenelements auf der Seite der ersten Oberfläche
und das Bilden des Isolierfilms auf der Seite der ersten Oberfläche
folgend, so dass der Isoliergraben den Isolierfilm auf der Seite
der ersten Oberfläche erreicht, wobei der Isoliergraben
die Mehrzahl von Elementebildungsbereichen voneinander isoliert
und trennt, jeden der Mehrzahl von Elementebildungsbereichen umgibt
und derart gebildet wird, dass jeder Elementebildungsbereich die
Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen und die Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen
aufweist; und Bilden weite rer Teile des doppelseitigen Elektrodenelements
auf der Seite der zweiten Oberfläche jedes Elementebildungsbereichs
des Halbleitersubstrats, auf das Bilden der Teile des doppelseitigen
Elektrodenelements auf der Seite der ersten Oberfläche
folgend, wobei die weiteren Teile eine der ersten Elektrode gegenüberliegende
zweite Elektrode aufweisen und das doppelseitige Elektrodenelement
derart gebildet wird, dass zwischen der ersten Elektrode und der
zweiten Elektrode ein Strom fließt.
-
Gemäß dem
obigen Verfahren ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung
geringer Größe bereitzustellen, da der Isoliergraben
als Elementetrennbereich dienen kann. Ferner kann eine Halbleitervorrichtung
bereitgestellt werden, die das Auftreten eines Kurzschlusses aufgrund
eines Störeffekts einschränken kann, da der Isoliergraben
als Elementetrennbereich dienen kann.
-
Die
obigen und weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher
ersichtlich sein. In der Zeichnung zeigt/zeigen:
-
1 eine
Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
ersten Ausführungsform;
-
2 eine
Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1;
-
3 einen
Schaltplan eines Synchrongleichrichtungsschaltkreises mit einer
Halbleitervorrichtung;
-
4 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
eines Isoliergrabens und von Prozessen, die vor dem Bilden des Isoliergrabens
ausgeführt werden;
-
5 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements auf einer Stirnflächenseite;
-
6 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Dünnermachen eines
Halbleitersubstrats;
-
7 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements auf einer Rückflächenseite;
-
8 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
Modifikation der ersten Ausführungsform;
-
9 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
weiteren Modifikation der ersten Ausführungsform,
-
10A eine Abbildung einer Gate-Elektroden-Anordnung
bezüglich eines p-n-Säulenbereichs gemäß der
ersten Ausführungsform;
-
10B eine Abbildung einer weiteren Gate-Elektroden-Anordnung
bezüglich des p-n-Säulenbereichs gemäß der
ersten Ausführungsform;
-
11 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements auf einer Stirnflächenseite
eines Halbleitersubstrats und von Prozessen, die vor dem Bilden
der Teile ausgeführt werden, gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
-
12 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
eines Isoliergrabens;
-
13 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements auf einer Rückflächenseite
eines Halbleitersubstrats;
-
14 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
dritten Ausführungsform;
-
15 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
vierten Ausführungsform;
-
16 ein
Diagramm zur Veranschaulichung eines Verhältnisses zwischen
dem Drain-Strom Id und der Drain-Source-Spannung Vds;
-
17A eine Abbildung zur Veranschaulichung einer
Potentialverteilung für den Fall eines Durchbruchs einer
Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform,
-
17B eine Abbildung zur Veranschaulichung einer
Potentialverteilung für den Fall eines Durchbruchs einer
Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel;
-
17C eine Abbildung zur Veranschaulichung einer
Potentialverteilung einer Halbleitervorrichtung für den
Fall eines Durchbruchs gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel;
-
18 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
eines Isolierfilms auf einer Grabenwand;
-
19 eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Füllen
des Grabens mit einem Leiter;
-
20 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
Modifikation der vierten Ausführungsform;
-
21 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
fünften Ausführungsform;
-
22A und 22B Draufsichten
von Halbleitervorrichtungen gemäß der fünften
Ausführungsform;
-
23 eine
Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer
Modifikation der fünften Ausführungsform;
-
24 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
ersten Beispiel der modifizierten Ausführungsformen;
-
25 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
zweiten Beispiel der modifizierten Ausführungsformen; und
-
26 eine
Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem
dritten Beispiel der modifizierten Ausführungsformen.
-
Nachstehend
werden die beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Hierbei sind
gleich oder äquivalente Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
-
(Erste Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
beschrieben. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht
eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß der
ersten Ausführungsform. Der Einfachheit halber sind in
der 1 einige Teile eines Elements, eines Zwischenschichtisolierfilms,
eines Schutzfilms und dergleichen, die in und auf einem Halbleitersubstrat
gebildet sind, nicht gezeigt. 2 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in der 1.
Der Einfachheit halber sind der Zwischenschichtisolierfilm, der
Schutzfilm und dergleichen in der 2 nicht
gezeigt.
-
Ein
Isoliergraben 30 ist, wie in 1 und 2 gezeigt,
in einem Halbleitersubstrat 10 gebildet. Der Isoliergraben 30 teilt
einen Elementebildungsbereich 11 und einen Elementebildungsbereich 12.
Ein doppelseitiges Elektrodenelement 50 ist als Element
in jedem der Elementebildungsbereiche 11, 12 gebildet.
Das doppelseitige Elektrodenelement 50 entspricht hierbei
im weiteren Sinne einem aktiven Element, das ein Elektrodenpaar
aufweist, das auf einer Stirnfläche 10a und einer
Rückfläche 10b des Halblei tersubstrats 10 angeordnet
und dazu ausgelegt ist, dass ein Strom zwischen dem Elektrodenpaar
fließt. Das doppelseitige Elektrodenelement 50 entspricht
im genaueren Sinne einem aktiven Element, das einen Driftbereich
in einer p-n-Säulenschicht 13 aufweist, worauf
nachstehend noch näher eingegangen wird. Das doppelseitige
Elektrodenelement 50 entspricht beispielsweise einem vertikalen Transistorelement.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein vertikales
MOS-Transistorelement als Beispiel für das doppelseitige
Elektrodenelement 50 verwendet.
-
Das
Halbleitersubstrat 10 weist, wie in 2 gezeigt,
einen p-n-Säulenbereich 13 in einem Bereich auf,
in welchem das doppelseitige Elektrodenelement 50 gebildet
ist. Der p-n-Säulenbereich 13 weist eine Mehrzahl
von p-leitenden Halbleiterteilen 14 und eine Mehrzahl von
n-leitenden Halbleiterteilen 15 auf. Die Mehrzahl von p-leitenden
Halbleiterteilen 14 und die Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 sind
in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Dickenrichtung
des Halbleitersubstrats 10 verläuft, abwechselnd
und benachbart zueinander angeordnet. Die Richtung, die im Wesentlichen
senkrecht zur Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 verläuft,
wird nachstehend auch als laterale Richtung bezeichnet. Der p-n-Säulenbereich 13 kann
gebildet werden, indem ein Grabenfüllverfahren auf ein
Substrat angewandt wird, das aus einem n-leitenden, wie beispielsweise
n-leitenden, einkristallinen Bulk-Silicium aufgebaut ist, so dass
die Mehrzahl von p-leitenden und n-leitenden Halbleiterteilen 14, 15 in
einem Streifenmuster angeordnet ist. Alternativ können
die p-leitenden Halbleiterteile 14 und die n-leitenden Halbleiterteile 15 einen
anderen Aufbau aufweisen, wenn dieser Aufbau die folgenden Bedingungen
erfüllt: Die p- oder n-leitenden Halbleiterteile 14, 15 dienen
als Driftbereich, wenn sich das doppelseitige Elektrodenelement 50 in
einem Ein-Zustand bzw. Durchlasszustand befindet; eine Sperrschicht
erstreckt sich von jedem p-n-Übergang des p-n-Säulenbereichs 13 in
lateraler Richtung, um den p-n-Säulenbereich 13 vollständig
zu verarmen, wenn sich das doppelseitige Elektrodenelement 50 in
einem Aus-Zustand bzw. Sperrzustand befindet; und eine gewünschte
Durchbruchspannung wird gewährleistet.
-
Der
p-n-Säulenbereich 13 in einem Elementebildungsbereich 11 wird
durch den im Halbleitersubstrat 10 gebildeten Isoliergraben 30 von
dem in einem anderen Elementebildungsbereich 12 gebildeten
p-n-Säulenbereich 13 getrennt oder beabstandet ange ordnet.
Jeder der Elementebildungsbereiche 11, 12 weist
jeweils den p-n-Säulenbereich 13 auf, der als
Driftbereich des doppelseitigen Elektrodenelements 50 (d.
h. 50a, 50b) für den entsprechenden Elementebildungsbereich 11, 12 dient.
-
In
dem Elementebildungsbereich 11 ist ein Basis-Bereich 16a derart
gebildet, dass er auf einer Seite der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10 direkt an den p-n-Säulenbereich 13 grenzt.
Der Basis-Bereich 16a ist ein n-leitender Kanalbildungsbereich.
Ein Source-Bereich 17a ist gezielt in einem Oberflächenabschnitt
des Basis-Bereichs 16a gebildet. Der Source-Bereich 17a ist
p-leitend, wie beispielsweise p+-leitend.
Der Source-Bereich 17a ist elektrisch mit einer Source-Elektrode 18a verbunden. Die
Source-Elektrode 18a ist die erste Elektrode des doppelseitigen
Elektrodenelements 50a. Eine Gate-Elektrode 19a weist
eine Grabenstruktur auf. Die Gate-Elektrode 19a ist derart
aufgebaut, dass sie durch den Source-Bereich 17a und den
Basis-Bereich 16a dringt. Ein Endabschnitt der Gate-Elektrode 19a ragt
in den p-leitenden Halbleiterteil 14. Die Gate-Elektrode 19a weist
mehrere Teile auf, die in einem Streifenmuster angeordnet sind.
Die mehreren Teile, von denen jedes im Wesentlichen eine gerade Form
aufweist, sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das
Streifenmuster der Gate-Elektrode 19b verläuft
im Wesentlichen parallel zu dem des p-n-Säulenbereichs 13.
Die Gate-Elektrode 19a ist mit einem Gate-Isolierfilm bedeckt.
Die Source-Elektrode 18a und die Gate-Elektrode 19a sind
durch einen Zwischenschichtisolierfilm (nicht gezeigt) elektrisch
voneinander isoliert. Ein Drain-Bereich 20a ist derart
gebildet, dass er auf einer Seite der Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10 direkt an den p-n-Säulenbereich 13 grenzt.
Der Drain-Bereich 20a ist p-leitend, beispielsweise p+-leitend. Der Drain-Bereich 20a ist
elektrisch mit der Drain-Elektrode 21 verbunden. Die Drain-Elektrode 21 ist
die zweite Elektrode des doppelseitigen Elektrodenelements 50a.
-
Als
eine Art des doppelseitigen Elektrodenelements 50 ist ein
doppelseitiges p-Kanal-Elektrodenelement 50a in dem Elementebildungsbereich 11 des
Halbleitersubstrats 10 gebildet. Das doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelement 50a verwendet
die p-leitenden Halbleiterteile 14 des p-n-Säulenbereichs 13 als
Driftbereich. Genauer gesagt, in dem Elementebildungsbereich 11 ist
ein vertikales p-Kanal-MOS-Transistorelement gebildet.
-
In
dem Elementebildungsbereich 12 ist ein p-leitender Basis-Bereich 16b derart
gebildet, dass er auf der Seite der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10 direkt an den p-n-Säulenbereich 13 grenzt.
Der Basis-Bereich 16b dient als Kanalbildungsbereich. Der
Source-Bereich 17b wird gezielt in einem Oberflächenabschnitt
des Basis-Bereichs 16b gebildet. Der Source-Bereich 17b ist
n-leitend, wie beispielsweise n+-leitend.
Der Source-Bereich 17b ist elektrisch mit der Source-Elektrode 18b verbunden.
Die Source-Elektrode 18b ist die erste Elektrode des doppelseitigen
Elektrodenelements 50b. Eine Gate-Elektrode 19b weist
eine Grabenstruktur auf. Die Gate-Elektrode 19b ist derart
gebildet, dass sie durch den Source-Bereich 17b und den
Basis-Bereich 16b dringt. Ein Endabschnitt der Gate-Elektrode 19b ragt
in den n-leitenden Halbleiterteil 15. Die Gate-Elektrode 19b weist
mehrere Teile auf, die in einem Streifenmuster angeordnet sind.
Die mehreren Teile, von denen jedes im Wesentlichen eine gerade Form
aufweist, sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das
Streifenmuster der Gate-Elektrode 19b verläuft
im Wesentlichen parallel zu dem des p-n-Säulenbereichs 13.
Die Gate-Elektrode 19b ist mit einem Gate-Isolierfilm bedeckt.
Die Source-Elektrode 18b und die Gate-Elektrode 19b sind
durch einen Zwischenschichtisolierfilm (nicht gezeigt) elektrisch
voneinander isoliert. Ein Drain-Bereich 20b ist derart
gebildet, dass er auf der Seite der Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10 direkt an den p-n-Säulenbereich 13 grenzt.
Der Drain-Bereich 20b ist n-leitend, wie beispielsweise
n+-leitend. Der Drain-Bereich 20b ist
elektrisch mit der Drain-Elektrode 21 verbunden. Die Drain-Elektrode 21 entspricht einem
gemeinsamen Element zwischen dem Drain-Bereich 20a und
dem Drain-Bereich 20b. Der obige Aufbau, welcher die gemeinsame
oder gemeinsam genutzte Drain-Elektrode 21 aufweist, kann erzielt
werden, wenn die Drain-Potentiale der Elemente 50a, 50b gleich
sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Drain-Elektrode 21 gleichmäßig
auf der gesamten Rückfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
-
Als
eine andere Art des doppelseitigen Elektrodenelements 50 ist
ein doppelseitiges n-Kanal-Elektrodenelement 50b in dem
Elementebildungsbereich 12 des Halbleitersubstrats 10 gebildet. Das
doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelement 50b verwendet die
n-leitenden Halbleiterteile 15 des p-n-Säulenbereichs 13 als
Driftbereich. Genauer gesagt, in dem Elementebildungsbereich 12 ist
ein vertikales n-Kanal-MOS-Transistorelement gebildet.
-
Der
Isoliergraben 30 wird, wie in den 1 und 2 gezeigt,
derart gebildet, dass er jeden der Elementebildungsbereiche 11 und 12 umgibt.
Der Isoliergraben 30 isoliert und trennt die Elementebildungsbereiche 11 und 12 voneinander.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Isoliergraben 30 in Form
eines Grabens vorgesehen, der mit einem Isolator (z. B. einem Dielektrikum)
gefüllt ist. Der Isoliergraben 30 dringt von der
Stirnfläche 10a zur Rückfläche 10b durch
das Halbleitersubstrat 10. Ein Endabschnitt des Isoliergrabens 30 auf
der Seite der Stirnfläche 10a grenzt an einen
LOCOS-(Local Oxidation of Silicon)-Film 31. Ein anderer
Endabschnitt des Isoliergrabens 30 auf der Seite der Rückfläche 10b grenzt
an die Drain-Elektrode 21. Der obige Isoliergraben 30 umgibt
einzeln jeden der Elementebildungsbereiche 11, 12 und
ist zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet.
-
Gemäß einem
Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden
Ausführungsform weisen die Elementebildungsbereiche 11 und 12 für
das doppelseitige Elektrodenelement 50 (d. h. 50a und 50b) jeweils
die p-n-Säulenbereiche 13 für die Driftbereiche
der doppelseitigen Elektrodenelemente 50 (d. h. 50a und 50b)
auf. Da der p-n-Säulenbereich 13 den Driftbereich
auf die vorstehend beschriebene Weise bereitstellt, kann jedes der
mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b,
die in demselben Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind,
eine hohe Durchbruchspannung und einen geringen Durchlasswiderstand
aufweisen.
-
Ferner
werden die Elementebildungsbereiche 11 und 12 für
das doppelseitige Elektrodenelement 50a bzw. 50b durch
den Isoliergraben 30, der jeden der Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt, voneinander
isoliert und getrennt. Da der Isoliertrenngraben 30 als
Elementetrennbereich eingesetzt wird, können eine Breite
des Elementetrennbereichs und eine Fläche des Elementetrennbereichs
bei konstant gehaltener Durchbruchspannung verringert werden. Folglich
kann die Halbleitervorrichtung 100 in ihrer Größe
verringert werden. Ferner kann dann, wenn die Halbleitervorrichtung 100 in
ihrer Größe konstant gehalten wird, eine Halbleitervorrichtung 100 mit
einer hohen Integration bereitgestellt werden, höher als
im Falle der p-n-Übergangstrennung. Ferner kann dann, wenn
die Breite oder die Fläche des Elementetrennbereichs konstant
gehalten wird, eine Halbleitervorrichtung 100 mit einer
hohen Durchbruchspannung bereitgestellt werden. Dies liegt daran,
dass eine Potentialbarriere des Isoliergrabens 30 über
der der p-n-Übergangstrennung liegt.
-
Für
gewöhnlich wird eine p-n-Übergangstrennung als
Elementetrennbereich verwendet. Das Auftreten eines Störsignals
kann dazu führen, dass der Ladungsausgleich im p-n-Säulenbereich
fehlerhaft wird, das heißt, dass es einer p-n-p-n-Struktur
zu einem Latch-up kommt. Aufgrund des obigen Störeffekts
kann um eine Source-Elektrode 18a oder 18b herum
zu einem Kurzschluss kommen. Das Störsignal ist beispielsweise
eine Überspannung, Rauschen, ein Störanteil eines
AC-Signals, wie beispielsweise ein dv/dt-Spannungsstoß,
oder dergleichen.
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform wird demgegenüber
der Isoliergraben 30 als Elementetrennbereich verwendet.
Folglich tritt der durch einen Störeffekt bedingte Kurzschluss
selbst dann, wenn ein Störsignal (z. B. eine Überspannung)
anliegt, mit geringerer Wahrscheinlichkeit auf als in einem Fall,
in welchem die p-n-Übergangstrennung als Elementetrennbereich
verwendet wird. Folglich kann die Halbleitervorrichtung 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform einen Aufbau aufweisen, welcher
das durch ein Störsignal bedingte Auftreten eines Kurzschlusses
einschränkt, und gleichzeitig in geringer Größe
bereitgestellt werden. Der Aufbau weist die mehreren doppelseitigen
Elektrodenelemente 50a, 50b mit dem p-n-Säulenbereich 13 auf.
-
Ferner
weist jeder der Elementebildungsbereiche 11, 12 den
p-n-Säulenbereich 13 auf. Folglich können
das doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelement 50a und das
doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelement 50b, wie vorstehend
aufgezeigt, in demselben Halbleitersubstrat 10 integriert
werden.
-
Ferner
entsprechen die Source-Elektroden 18a, 18b der
ersten Elektrode des doppelseitigen Elektrodenelements 50a bzw. 50b und
sind die Source-Elektroden 18a, 18b auf der Seite
der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
Die Drain-Elektrode 21 entspricht der zweiten Elektrode der
mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b und
ist auf der Seite der Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Folglich können
der Aufbau und die Fertigungsprozesse der Halbleitervorrichtung 100 vereinfacht
werden, wenn alle ersten Elektroden auf der Seite der Stirnfläche 10a oder
auf der Seite der Rückfläche 10b angeordnet
werden und die zweite Elektrode auf der anderen der beiden Seiten
angeordnet wird.
-
Die
obige Halbleitervorrichtung 100 kann auf einen Synchrongleichrichtungsschaltkreis,
wie beispielsweise den in der 3 gezeigten
Schaltkreis, angewandt werden. 3 zeigt
einen beispielhaften Synchrongleichrichtungsschaltkreis, auf welchen
die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform
angewandt wird. Der in der 3 gezeigte Schaltkreis
(d. h. die Step-down-Schaltung) weist ein p-Kanal-MOS-Transistorelement
auf einer Seite hohen Potentials und ein n-Kanal-MOS-Transistorelement
auf einer Seite niedrigen Potentials auf. Bei dem Schaltkreis ist
die Drain-Elektrode für die beiden Elemente auf das gleiche
elektrische Potential gelegt. Bei dem Schaltkreis sind die MOS-Transistorelemente
auf der Seite hohen und niedrigen Potentials in demselben Halbleitersubstrat 10 der
Halbleitervorrichtung 100 integriert. Genauer gesagt, das
vorstehend beschriebene doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelement 50a wird
als MOS-Transistor verwendet, der auf der Seite hohen Potentials
(d. h. auf der positiven Seite einer Gleichstromversorgung) angeordnet ist.
Der auf der Seite hohen Potentials angeordnete MOS-Transistor dient
als primäres Schaltelement. Das doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelement 50b wird
als MOS-Transistor verwendet, der auf der Seite niedrigen Potentials
(d. h. auf der negativen Seite der Gleichstromversorgung) angeordnet
ist. Der auf der Seite niedrigen Potentials angeordnete MOS-Transistor
dient als Element für eine Synchrongleichrichtung. Der
Schaltkreis weist ferner eine Induktivität 111 und
einen Glättungskondensator 112 auf.
-
Nachstehend
wird ein beispielhaftes Verfahren zur Fertigung der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 beschrieben. 4 zeigt
eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum
Bilden eines Isoliergrabens und von Prozessen, die vor dem Bilden des
Isoliergrabens ausgeführt werden. 5 zeigt eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen des doppelseitigen Elektrodenelements, wobei die Teile
auf einer Stirnflächenseite eines Halbleitersubstrats angeordnet
sind. 6 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung
eines Prozesses zum Dünnermachen des Halbleitersubstrats. 7 zeigt
eine Querschnittsansicht weiterer Teile des doppelseitigen Elektrodenelements
auf einer Rückflächenseite des Halbleitersubstrats.
-
Ein
Halbleitersubstrat 10c (d. h. ein Wafer) mit einem p-n-Säulenbereich 13 wird
vorbereitet. Das Halbleitersubstrat 10c wird erhalten,
indem beispielsweise ein Grabenfüllverfahren oder ein mehrstufiges Epitaxialwachstumsverfahren
angewandt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird
beispielsweise ein n-leitendes, wie beispielsweise n-leitendes, einkristallines
Bulk-Siliciumsubstrat vorbereitet. Es werden mehrere Gräben
gebildet. Anschließend werden die Gräben mit Epitaxialschichten
eines Leitfähigkeitstyps (z. B. p-leitend) gefüllt,
der entgegengesetzt zum Leitfähigkeitstyp des Halbleitersubstrats 10c ist.
Folglich wird, wie in 4 gezeigt, ein p-n-Säulenbereich 13 gebildet,
der p-leitende Halbleiterteile 14 und n-leitende Halbleiterteile 15 aufweist,
die abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet sind.
-
Auf
das Bilden des p-n-Säulenbereichs 13 folgend wird
ein Graben vorbestimmter Tiefe derart durch beispielsweise anisotropes
Trockenätzen von der Seite der Stirnfläche 10a aus
im Halbleitersubstrat 10c gebildet, dass er die Rückfläche 10b des Halbleitersubstrats 10c nicht
erreicht und, wie in 4 gezeigt, jeden der Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt.
Der Graben wird durch thermische Oxidation, Gasphasenabscheidung
oder dergleichen mit einem Isolator (z. B. einem Siliciumoxid) gefüllt, um
so den Isoliergraben 30a zu bilden. Die Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10c entspricht der des Halbleitersubstrats 10,
die auf eine Wafervereinzelung folgend bereitgestellt wird. Es sollte
beachtet werden, dass sich der Isoliergraben 30a, wie in 4 gezeigt,
in einem Zustand befindet, in welchem er das Halbleitersubstrat 10c nicht
vollständig durchdringt, das heißt, der Isoliergraben 30a weist
einen Boden innerhalb des Halbleitersubstrats 10c auf und durchdringt
das Halbleitersubstrat 10c nicht vollständig.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Tiefe des
Isoliergrabens 30a im Wesentlichen gleich der des p-n-Säulenbereichs 13.
Aufgrund der gleichen Tiefe ist es bei dem nachstehend beschriebenen
Prozess, bei welchem das Halbleitersubstrat 10c dünner
ausgebildet wird, möglich, sowohl ein Ende des Isoliergrabens 30a als
auch ein Ende des p-n-Säulenbereichs 13, deren
Enden sich auf der Seite der Rückfläche 10b befinden,
freizulegen.
-
Anschließend
werden, wie in 5 gezeigt, Teile jedes doppelseitigen
Elektrodenelements 50a, 50b auf der Seite der
Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10c im
entsprechenden Elementebildungsbereich 11, 12 gebildet.
Das heißt, bei der vorliegenden Ausführungsform
werden Teile des doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a und
Teile des doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50b mit Hilfe
bekannter Verfahren von der Seite der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10c aus gebildet. Die zu bildenden
Teile umfassen die Basis-Bereiche 16a und 16b,
die Source-Bereiche 17a und 17b, die Source-Elektroden 18a und 18b,
die Gate-Elektroden 19a und 19b, die Leitung (nicht
gezeigt), den Zwischenschichtisolierfilm (nicht gezeigt) und den
Schutzfilm (nicht gezeigt).
-
Anschließend
wird das Halbleitersubstrat 10c, wie in 6 gezeigt,
derart dünner ausgebildet, dass ein Rückflächenabschnitt
des Halbleitersubstrats 10c entfernt wird, bis das Ende
des Isoliergrabens 30a auf der Seite der Rückfläche 10b freigelegt ist.
Als Verfahren zur Entfernung des Rückflächenabschnitts
des Halbleitersubstrats 10c ist beispielsweise mechanisches
Polieren (wie beispielsweise chemisch mechanisches Polieren) oder Ätzen
geeignet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird beispielsweise
das mechanische Polieren angewandt und eine polierte Oberfläche
anschließend einem Nassätzen unterzogen, um eine
beschädigte Schicht, die aus dem Polieren resultiert, zu
entfernen. Hierdurch wird eine Dicke des Halbleitersubstrats 10c in
der Waferform nahezu gleich der des Halbleitersubstrats 10,
das auf die Wafervereinzelung folgend bereitgestellt wird. Ferner
wird der Isoliergraben 30a in dem nicht vollständig
durchdringenden Zustand durch das Dünnermachen zu einem
Isoliergraben, welcher das Halbleitersubstrat 10c von der Stirnfläche 10a zur
Rückfläche 10b durchdringt und die Elementebildungsbereiche 11 und 12 voneinander
isoliert und trennt. Ferner wird der p-n-Säulenbereich 13 von
der Rückfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 freigelegt.
-
Alternativ
kann das Halbleitersubstrat 10c nur durch Ätzen
dünner ausgebildet bzw. gemacht werden. In solch einem
Fall ragt der Isolator (z. B. Siliciumoxid) im Isoliergraben bedingt
durch eine Differenz in der Ätzrate von der Rückfläche 10b hervor. Ein
Vorsprungsabschnitt des Isolators kann die Form einer Säule
aufweisen. In solch einem Fall kann der säulenförmige
Abschnitt des Isolators auf das Ätzen folgend beispielsweise
durch eine HF-Behandlung entfernt werden.
-
Auf
das Dünnermachen des Halbleitersubstrats 10c folgend
werden Fremdstoffe von der Seite der Rückfläche 10b durch
beispielsweise eine Ionenimplantation in das Halbleitersubstrat 10c implantiert. Hierdurch
werden, wie in 7 gezeigt, der Drain-Bereich 20a des
doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a und der Drain-Bereich 20b des doppelseitigen
n-Kanal-Elektrodenelements 50b gebildet. Anschließend
werden eine gemeinsame Drain-Elektrode 21, eine Leitung
(nicht gezeigt), ein Zwischenschichtisolierfilm (nicht gezeigt),
ein Schutzfilm (nicht gezeigt) und dergleichen gebildet. Anschließend
wird das Halbleitersubstrat 10c in das Halbleitersubstrat 10 vereinzelt
und eine Halbleitervorrichtung 100 bereitgestellt.
-
Gemäß dem
obigen beispielhaften Verfahren der vorliegenden Ausführungsform
wird der Isoliergraben 30a in dem nicht vollständig
durchdringenden Zustand gebildet und werden anschließend
die Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b auf der
Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10c gebildet.
Alternativ können von den Teilen des doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b auf
der Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10c bestimmte
Teile, die in dem Halbleitersubstrat 10c anzuordnen sind,
zuerst gebildet werden. Die bestimmten Teile umfassen die Basis-Bereiche 16a, 16b und
den Source-Bereich 17a, 17b. Anschließend können
die restlichen Teile (z. B. die Source-Elektrode 18a, 18b)
des doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b auf
der Seite der Stirnfläche 10a gebildet werden.
Ebenso können die Elemente, die auf der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats anzuordnen sind, gebildet werden. Die auf der
Stirnfläche 10a anzuordnenden Elemente umfassen
die Leitung, den Zwischenschichtisolierfilm und den Schutzfilm.
-
Gemäß dem
obigen beispielhaften Aufbau der ersten Ausführungsform
dringt der Isoliergraben 30 von der Stirnfläche 10a zur
Rückfläche 10b durch das Halbleitersubstrat 10.
Ferner weisen die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b die gemeinsame
Drain-Elektrode 21 auf, das heißt, die mehreren
doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b bilden
eine Schaltung mit einem Ausgang. Die Drain-Bereiche 20a, 20b weisen
folglich nahezu das gleiche elektrische Potential auf. Alternativ
kann die die gemeinsame Drain-Elektrode 21 aufweisende Halbleitervorrichtung
wie folgt aufgebaut sein. Der Isoliergraben 30, welcher
die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b voneinander
isoliert und trennt, kann sich, wie in 8 gezeigt,
von der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 zu
einem Endabschnitt des p-n-Säulenbereichs 13 erstrecken,
wobei sich der Endabschnitt auf der Seite der Rückfläche 10b befindet.
Im obigen alternativen Fall kann die Fertigung vereinfacht werden,
da es möglich ist, eine Tiefe des Isoliergrabens 30 zu
verringern. 8 zeigt eine Querschnittsansicht
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten
Modifikation der ersten Ausführungsform. 8 entspricht
der 2.
-
Gemäß dem
obigen beispielhaften Aufbau der ersten Ausführungsform
werden die Basis-Bereiche 16a, 16b derart angeordnet,
dass sie auf einer Seite der Stirnfläche 10a direkt
an Endabschnitte des p-n-Säulenbereichs 13 grenzen.
Alternativ kann in jedem Elementebildungsbereich 11, 12,
wie in 9 gezeigt, eine Pufferschicht 22a, 22b,
welche den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der Kanal aufweist,
jeweils zwischen dem Endabschnitt des p-n-Säulenbereichs 13 auf
der Seite der Stirnfläche 10a und dem Basis-Bereich 16a, 16b angeordnet
werden. Das heißt, in dem doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelement 50a kann
die p-leitende Pufferschicht 22a zwischen dem Endabschnitt
des p-n-Säulenbereichs 13 auf der Seite der Stirnfläche 10a und
dem Basis-Bereich 16a angeordnet werden. In dem doppelseitigen
n-Kanal-Elektrodenelement 50b kann die n-leitende Pufferschicht 22b zwischen
dem Endabschnitt des p-n-Säulenbereichs 13 auf
der Seite der Stirnfläche 10a und dem Basis-Bereich 16b angeordnet
werden. Ferner können die Störstellenkonzentrationen
der Pufferschichten 22a, 22b größer
oder gleich der Störstellenkonzentration des p-leitenden
Halbleiterteils 14 und der Störstellenkonzentration
des n-leitenden Halbleiterteils 15 und kleiner oder gleich
den Störstellenkonzentrationen der Source-Bereiche 17a, 17b sein.
Bei dem obigen alternativen Aufbau werden die Strompfade zwischen
den Source-Elektroden 18a, 18b und der Drain-Elektrode 21 groß.
Folglich kann der Wirkungsgrad bei der Übertragung des
Stroms verbessert werden. Das heißt, der Durchlasswiderstand
der doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b kann
verringert werden. 9 zeigt eine Querschnittsansicht
einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten
Modifikation der ersten Ausführungsform. Die 9 entspricht
der 2.
-
Gemäß einem
beispielhaften Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
verläuft das Streifenmuster der Gate-Elektrode 19a, 19b,
wie in 10A gezeigt, im Wesentlichen
parallel zu dem des p-n-Säulenbereichs 13. 10A zeigt eine Anordnung des p-n-Säulenbereichs 13 bezüglich
der Gate-Elektrode 19a. Der obige Aufbau minimiert einen
Strompfad bezüglich der p-n-Säule, und es kann ein
maximaler Strom gewährleistet werden. Alternativ kann das
Streifenmuster jeder Gate-Elektrode 19a, 19b nicht
parallel zu dem des p-n-Säulenbereichs 13 verlaufen.
So kann das Streifenmuster jeder Gate-Elektrode 19 beispielsweise,
wie in 10B gezeigt, im Wesentlichen
senkrecht zu dem des p-n-Säulenbereichs 13 verlaufen.
Der obige alternative Aufbau erfordert keine sehr genaue Anordnung
der Gate-Elektroden 19a, 19b bezüglich
des p-n-Säulenbereichs 13. Folglich können
die mit der Fertigung der Halbleitervorrichtung 100 verbundenen Kosten
verringert werden. 10A zeigt schematisch eine beispielhafte
Anordnung der Gate-Elektrode bezüglich des p-n-Säulenbereichs
gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 10B zeigt schematisch eine weitere beispielhafte
Anordnung der Gate-Elektrode bezüglich des p-n-Säulenbereichs gemäß der
vorliegenden Ausführungsform.
-
Gemäß dem
beispielhaften Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
ist der p-n-Säulenbereich
13 derart aufgebaut,
dass die mehreren p-leitenden Halbleiterteile
14 und die
mehreren n-leitenden Halbleiterteile
15 in einer Richtung,
die parallel zur Stirnfläche
10a des Halbleitersubstrats
verläuft, abwechselnd und in einem Streifenmuster angeordnet
sind. Alternativ kann der p-n-Säulenbereich beispielsweise
derart aufgebaut sein, dass mehrere n-leitende Halbleiterteile
15,
die jeweils eine polygonale Form, eine kreisrunde Form oder dergleichen aufweisen,
periodisch in einem p-leitenden Halbleiterteil
14 angeordnet
sind. Alternativ kann der p-n-Säulenbereich derart aufgebaut
sein, dass mehrere p-leitende Halbleiterteile
14, die jeweils
eine polygonale Form, eine kreisrunde Form oder dergleichen aufweisen,
periodisch in einem n-leitenden Halbleiterteil
15 angeordnet
sind. Solch ein Aufbau wird von dem Erfinder in der
JP-A-2007-13003 vorgeschlagen.
-
(Zweite Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 11 bis 13 beschrieben. 11 zeigt eine
Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements auf einer Stirnflächenseite,
wobei die 7 mit Prozessen verknüpft
ist, die vor dem Bilden der Teile des doppelseitigen Elektrodenelements
auf der Stirnflächenseite ausgeführt werden. 12 zeigt
eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum
Bilden eines Isoliergrabens. 13 zeigt
eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum Bilden
von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements auf einer Rückflächenseite.
-
Gemäß einem
beispielhaften Fertigungsverfahren der ersten Ausführungsform
wird ein Isoliergraben in dem nicht vollständig durchdringenden
Zustand gebildet. Anschließend wird das Halbleitersubstrat 10c dünner
gemacht, indem der Rückflächenabschnitt des Halbleitersubstrats 10c entfernt
wird, so dass der Isoliergraben 30 von der Stirnfläche 10a zur Rückfläche 10b durch
das Halbleitersubstrat 10c dringt. Der Isoliergraben 30 trennt
und isoliert die Elementebildungsbereiche 11 und 12 voneinander.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform werden
Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b auf
der Seite der Stirnfläche 10a gebildet. Ebenso
wird ein Isolierfilm (d. h. ein Isolierfilm auf einer Seite der
Stirnfläche) auf der Stirnfläche 10a gebildet.
Anschließend wird ein Isoliergraben unter Verwendung des
Isolierfilms als Stopper von der Seite der Rückfläche 10b im
Halbleitersubstrat 10 gebildet.
-
Als
der Isolierfilm, der bei dem Bilden des Isoliergrabens 30 als
Stopper dient, kann beispielsweise ein Zwischenschichtisolierfilm
(z. B. ein BPSG-Film) verwendet werden. Alternativ kann ein LOCOS-
oder STI-Oxidfilm, der auf einem Oberflächenabschnitt der
Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 gebildet
wird, als der Isolierfilm verwendet werden. Von den obigen Isolierfilmen
können der LOCOS-Oxidfilm und der STI-Oxidfilm eine hohe
Selektivität zwischen dem Halbleitersubstrat und dem LOCOS-Oxidfilm
bzw. dem STI-Oxidfilm bereitstellen.
-
Nachstehend
wird ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform näher beschrieben.
Ein Basisaufbau der Halbleitervorrichtung 100, die mit Hilfe
des Verfahrens der vorliegenden Ausführungsform gefertigt
wird, entspricht im Wesentlichen dem der ersten Ausführungsform.
Ein Halbleitersubstrat 10c (d. h. ein Wafer) mit einem
p-n-Säulenbereich 13 wird, wie in 11 gezeigt,
vorbereitet. Teile jedes doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b auf
einer Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10c werden
in einem entsprechenden Elementebildungsbereich 11, 12 gebildet,
der eine Mehrzahl von p- und n-leitenden Halbleiterteilen 14, 15 in
dem p-n-Säulenbereich 13 aufweist. Das heißt,
Teile eines doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a und Teile
eines doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50b werden
von der Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10c gebildet.
Die gebildeten Teile umfassen die Basis-Bereiche 16a und 16b,
die Source-Bereiche 17a und 17b, die Source-Elektroden 18a und 18b,
die Gate-Elektroden 19a und 19b, die Leitung (nicht
gezeigt), den LOCOS-Oxidfilm 31, den Zwischenschichtisolierfilm
(nicht gezeigt) und den Schutzfilm (nicht gezeigt).
-
Anschließend
wird das Halbleitersubstrat 10c von der Seite der Rückfläche 10b aus
dünner gemacht. Hierdurch wird der p-n-Säulenbereich 13,
wie in 11 gezeigt, ebenso von der Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10c freigelegt. Das Dünnermachen
wird beispielsweise durch mechanisches Polieren (z. B. chemisch
mechanisches Polieren), Ätzen oder dergleichen ausgeführt.
-
Anschließend
wird, wie in 12 gezeigt, unter Verwendung
des LOCOS-Oxidfilms 31 als Stopper mit Hilfe eines anisotropen
Trockenätzens ein Graben von der Seite der Rückfläche 10b in
dem Halbleitersubstrat 10c gebildet, derart, dass der gebildete
Graben den LOCOS-Oxidfilm 31 erreicht und die Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt.
Der Isoliergraben 30 wird gebildet, indem der Graben mit einem
Isolator (z. B. Siliciumoxid) gefüllt wird. Folglich werden
die Elementebildungsbereiche 11 und 12 voneinander
getrennt und isoliert.
-
Auf
die Bildung des Isoliergrabens 30 folgend werden, wie in 13 gezeigt,
der Drain-Bereich 20a des doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a und
der Drain-Bereich 20b des doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50b mit
Hilfe einer Ionenimplantation derart gebildet, dass Fremdstoffe von
der Seite der Rückfläche 10b in das Halbleitersubstrat 10c implantiert
werden. Anschließend werden eine gemeinsame Drain-Elektrode 21,
eine Leitung (nicht gezeigt), ein Zwischenschichtisolierfilm (nicht gezeigt),
ein Schutzfilm (nicht gezeigt) und dergleichen gebildet. Anschließend
wird das Halbleitersubstrat 10c in das Halbleitersubstrat 10 vereinzelt, um
so eine Halbleitervorrichtung 100 bereitzustellen.
-
Das
vorstehend beschriebene Verfahren der vorliegenden Ausführungsform
kann die Halbleitervorrichtung 100 bereitstellen.
-
Gemäß einem
beispielhaften Fertigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform
wird der Isoliergraben 30 auf die Bildung des Isolierfilms,
einschließlich des LOCOS-Oxidfilms 31 und des
Zwischenschichtisolierfilms 32, folgend unter Verwendung
des Isolierfilms (d. h. des LOCOS-Oxidfilms 31) als Stopper
von der Seite der Rückfläche 10b im Halbleitersubstrat 10c gebildet.
Wenn der Isoliergraben 30 derart gebildet wird, dass er
durch das Halbleitersubstrat 10c dringt und jeden der Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt,
hält das Vorhandensein der Isolierfilme, wie beispielsweise
des LOCOS-Oxidfilms 31 und des Zwischenschichtisolierfilms 32,
eine Verbindung zwischen Bereichen des Halbleitersubstrats aufrecht,
wobei die verbundenen Bereiche die Elementebildungsbereiche 11 und 12 umfassen.
Folglich kann verhindert werden, dass die Elementebildungsbereiche 11, 12 aufgrund
der Grabenbildung stromlos werden.
-
Gemäß einem
beispielhaften Fertigungsverfahren der vorliegenden Ausführungsform
wird der Isoliergraben 30 auf das Dünnermachen
des Halbleitersubstrats 10c folgend gebildet. Folglich
kann der Graben auf einfache Weise im Halbleitersubstrat 10c gebildet
und der Graben auf einfache Weise mit dem Isolator gefüllt
werden. Ferner ist es, obgleich der Isoliergraben 30, wie
vorstehend beschrieben, den Isolierfilm aufweist, nicht erforderlich,
einen Prozess zum Dünnermachen einer Oberfläche,
wo welcher der Isolierfilm in dem Graben und das Halbleitersubstrat 10c beide
vorhanden sind, auszuführen. Wenn das Dünnermachen
mit Hilfe eines CMP-Prozesses ausgeführt wird, kann es
passieren, dass sich die Belastungen aufgrund des Polierens an einer
Grenze zwischen dem Isolierfilm im Graben und dem Halbleitersubstrat 10c konzentrieren.
Folglich kann eine Erzeugung von Bruchstellen im Halbleitersubstrat 10c verhindert
werden. Ferner kann dann, wenn das Dünnermachen durch Ätzen
ausgeführt wird, verhindert werden, dass eine Stufe aufgrund
einer Differenz in der Ätzrate zwischen dem Isolier film
im Graben und dem Halbleitersubstrat 10c gebildet wird.
Das heißt, die Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10c wird in homogener Weise dünner
gemacht.
-
Gemäß dem
obigen beispielhaften Verfahren der folgenden Ausführungsform
werden die Teile der doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50 auf
der Seite der Rückfläche 10b auf die
Bildung des Isoliergrabens 30 folgend gebildet, wobei die
Teile die Drain-Elektrode 21b umfassen. Alternativ können von
den Teilen der doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50 auf
der Seite der Rückfläche 10b die Drain-Bereiche 20a, 20b und
anschließend der Isoliergraben 30 gebildet werden.
Anschließend kann die gemeinsame Drain-Elektrode 21 gebildet
werden.
-
Gemäß dem
obigen beispielhaften Verfahren der vorliegenden Ausführungsform
wird der Prozess zum Dünnermachen des Halbleitersubstrats 10c vor dem
Bilden der Teile der doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50 auf
der Seite der Rückfläche 10b ausgeführt,
um eine Dicke des Halbleitersubstrats 10c zu verringern.
Alternativ kann der Prozess zum Dünnermachen des Halbleitersubstrats 10c in
Abhängigkeit einer Dicke des Halbleitersubstrats 10c nicht
ausgeführt werden.
-
(Dritte Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 14 beschrieben. 14 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform. 14 der
vorliegenden Ausführungsform entspricht der 2 der ersten
Ausführungsform.
-
Gemäß der
ersten Ausführungsform entsprechen die Drain-Elektroden
der mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b der
gemeinsamen Elektrode 21. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist die Drain-Elektrode des doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a,
wie in 14 gezeigt, von der Drain-Elektrode 21b des
doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50b elektrisch
getrennt oder beabstandet angeordnet. Der jeden der Elementebildungsbereiche 11 und 12 umgebende Isoliergraben 30 dringt
von der Stirnfläche 10a zur Rückfläche 10b durch
das Halbleitersubstrat 10. Die Source-Elektrode 18a des
doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a ist von der
Source-Elektrode 18b des doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50b elektrisch
getrennt oder beabstandet angeordnet. Das heißt, das Elektrodenpaar
für das doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelement 50a ist
von dem für das doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelement 50b elektrisch
getrennt.
-
Auf
diese Weise können die doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50b einzeln
angesteuert oder betrieben werden. Das heißt, die Halbleitervorrichtung
weist eine Mehrkanalkonfiguration auf. Es ist möglich,
eine Vielzahl von Schaltungen bereitzustellen.
-
Das
Fertigungsverfahren gemäß der ersten oder der
zweiten Ausführungsform kann dann die vorstehend beschriebene
Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform bereitstellen. Wenn der Isoliergraben 30 beispielsweise
von der Seite der Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10c gebildet wird, kann er gebildet
werden, nachdem die Drain-Elektroden 21a und 21b gebildet
wurden.
-
(Vierte Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf die 15 bis 17 beschrieben. 15 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform. 15 entspricht
der 2 der ersten Ausführungsform. 16 zeigt
ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Verhältnisses
zwischen dem Drain-Strom (Id) und der Drain-Source-Spannung (Vds).
In der 16 wird der Drain-Strom (i)
logarithmisch dargestellt. Die 17A bis 17C zeigen Abbildungen einer Verteilung des elektrischen
Potentials in einer Halbleitervorrichtung für den Fall
eines Durchbruches. 17A zeigt einen Fall der Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die 17B und 17C zeigen
jeweils Fälle von Halbleitervorrichtungen gemäß einem
ersten und einem zweiten Vergleichsbeispiel. Die in den 17B und 17C gezeigten
Halbleitervorrichtungen gemäß dem ersten und dem
zweiten Vergleichsbeispiel entsprechen mit Ausnahme folgender Beschreibung
im Wesentlichen den Halbleitervorrichtungen der vorliegenden Ausführungsform.
Bei dem in der 17B gezeigten ersten Vergleichsbeispiel
sind beide der Isoliergräben, die auf beiden Seiten des
Elemen tebildungsbereichs angeordnet sind, elektrisch mit der Source-Elektrode
(d. h. der ersten Elektrode) verbunden. Bei dem in der 17C gezeigten zweiten Vergleichsbeispiel ist einer
von den Gräben, die auf beiden Seiten des Elementebildungsbereichs
angeordnet sind, elektrisch mit der Source-Elektrode (d. h. der
ersten Elektrode) und der andere elektrisch mit der Drain-Elektrode
(d. h. der zweiten Elektrode) verbunden. In der 17C ist der eine auf der rechten Seite und der
andere auf der linken Seite gezeigt.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen ist der Isoliergraben 30 derart
aufgebaut, dass er mit dem Isolator (z. B. einem Dielektrikum) gefüllt
ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform
weist der Isoliergraben 30 verschiedene Konfigurationen
auf. So weist eine Halbleitervorrichtung 100 beispielsweise,
wie in 15 gezeigt, einen Isoliergraben 30 auf, der
derart aufgebaut ist, dass ein Grabenisolierfilm 30b auf
einer Grabenwand des Isoliergrabens 30b angeordnet und
der Graben über den Grabenisolierfilm 30b mit
einem Leiter 30c gefüllt ist.
-
Da
der Graben über den Grabenisolierfilm 30b mit
dem Leiter 30c gefüllt ist, werden zwei in Reihe
geschaltete parasitäre Kondensatoren zwischen den benachbarten
Elementebildungsbereichen 11 und 12 gebildet.
Jeder der zwei parasitären Kondensatoren weist ein Dielektrikum
auf, das durch den Grabenisolierfilm 30b gebildet wird.
Der obige Aufbau mit den zwei parasitären Kondensatoren
weist eine Gesamtkapazität auf, die geringer als bei dem Aufbau
mit dem einen parasitären Kondensator ist, der durch den
mit dem Isolator (z. B. ein Dielektrikum) gefüllten einen
Isoliergraben gebildet wird. Folglich kann ein Verschiebungsstrom,
der im Ansprechen auf eine Spannungsschwankung fließt,
minimiert werden. Ferner verliert das Störsignal dann, wenn
es sich zwischen den parasitären Kondensatoren ausbreitet,
durch einen Widerstand bedingt an Energie. Folglich kann die Halbleitervorrichtung
gemäß der vorliegenden Ausführungsform
eine Ausbreitung des Störsignals (z. B. eine Überspannung) effizient
verringern oder beschränken.
-
Ferner
ist der Leiter 30c gemäß dem in der 15 gezeigten
beispielhaften Aufbau elektrisch mit der Drain-Elektrode 21 verbunden,
so dass der Leiter 30c und die Drain-Elektrode 21 im
Wesentlichen das gleiche elektrische Potential aufweisen. Es ist möglich,
die in den parasitären Kondensatoren gespeicherten elektrischen
Ladungen zu einer Seite der Drain-Elektrode 21 zu entladen.
Auf diese Weise kann die Ausbreitung des Störsignals, wie
beispielsweise eine Überspannung oder dergleichen, noch
effizienter eingeschränkt werden. Bei dem obigen beispielhaften
Aufbau ist der Leiter 30c elektrisch mit der Drain-Elektrode 21 verbunden.
Alternativ kann der Leiter 30c elektrisch mit der Source-Elektrode 18a, 18b verbunden
sein. Alternativ kann der Leiter 30c elektrisch mit einem
Element verbunden sein, das sich auf der Seite der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10 befindet. Das Element ist beispielsweise
eine Leitung (z. B. ein GND-Muster) vorbestimmten Potentials. Das
heißt, die Ausbreitung des Störsignals, wie beispielsweise
eine Überspannung oder dergleichen, kann bedingt durch
den Aufbau, der ein elektrisches Potential des Leiters 30c auf
einen vorbestimmten Wert setzt, noch effizienter eingeschränkt
werden.
-
Wenn
der Leiter 30c, wie in 15 gezeigt, mit
der Drain-Elektrode 21 verbunden ist, kann die Halbleitervorrichtung
verglichen mit einem Fall, bei welchem das auf der Seite der Stirnfläche 10a angeordnete
Element bewirkt, dass das elektrische Potential des Leiters 30c auf
einen festen Wert gesetzt ist, einfacher aufgebaut werden. Dies
liegt daran, dass eine Elektrode, eine Leitung und dergleichen gebündelt
auf der Seite der Stirnfläche 10a angeordnet werden
können.
-
Ferner
kann eine Durchbruchspannung des doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b verglichen
mit einem Fall, bei welchem das elektrische Potential des Leiters 30c im
Wesentlichen gleich dem der Source-Elektrode 18a, 18b (d.
h. der ersten Elektrode) ist, erhöht werden. Die Erfinder
haben den obigen Vorteil auf der Grundlage numerischer Simulationen
bestätigt. Die numerischen Simulationen zeigen, wie durch
die durchgezogene Linie in der 16 gezeigt,
dass die Halbleitervorrichtung 100 gemäß der
vorliegenden Ausführungsform eine Durchbruchspannung von
189,5 V gewährleistet. Bei der Halbleitervorrichtung 100 sind
die Leiter 30c der jeweiligen Isoliergräben, die
auf beiden Seiten des Elementebildungsbereichs 11 angeordnet
sind, mit der Drain-Elektrode 21 (d. h. der zweiten Elektrode) verbunden.
Die numerischen Simulationen zeigen, wie durch die gestrichelte
Linie in der 16 gezeigt, dass die Halbleitervorrichtung
gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel eine Durchbruchspannung
von 139,8 V aufweist. Gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel
sind die Leiter 30c der jeweiligen Iso liergräben, die
auf beiden Seiten des Elementebildungsbereichs 11 angeordnet
sind, mit der Source-Elektrode 18 (d. h. der ersten Elektrode)
verbunden. Die numerischen Simulationen zeigen, wie durch die Strichpunktlinie
in der 16 gezeigt, dass die Halbleitervorrichtung gemäß dem
zweiten Vergleichsbeispiel eine Durchbruchspannung von 140,3 V aufweist.
Gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel ist einer
der Leiter 30c der Isoliergräben, die auf beiden
Seiten des Elementebildungsbereichs 11 angeordnet sind,
mit der Source-Elektrode 18 und der andere der beiden Leiter 30c mit
der Drain-Elektrode 21 verbunden.
-
Gemäß dem
ersten und dem zweiten Vergleichsbeispiel 1, 2, die in den 17B und 17C gezeigt
sind, sind Äquipotentialebenen kurvenförmig um
den Isoliergraben 30 herum angeordnet, welcher den mit
der Source-Elektrode 18 verbundenen Leiter 30c aufweist,
was zu einem hohen elektrischen Potentialgefälle und einer
hohen elektrischen Feldstärke führt. Das elektrische
Feld im Falle der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden
Ausführungsform weist eine geringere Intensität
als die elektrischen Felder im Falle des ersten oder des zweiten
Vergleichsbeispiels 1, 2, auf. Die Simulationen zeigen auf, dass
die elektrische Verbindung zwischen dem Leiter 30c des
Isoliergrabens 30 und der Drain-Elektrode 21 (d.
h. der zweiten Elektrode) eine Durchbruchspannung des doppelseitigen
Elektrodenelements 50a, 50b verbessert.
-
Die
gemäß obiger Beschreibung aufgebaute Halbleitervorrichtung 100 kann
mit Hilfe des in der ersten oder zweiten Ausführungsform
aufgezeigten Verfahrens gefertigt werden. Die Prozesse zum Bilden
des Isoliergrabens 30 von der Seite der Rückfläche 10b im
Halbleitersubstrat 10c werden nachstehend unter Bezugnahme
auf die 18 und 19 beschrieben. 18 zeigt
eine Querschnittsansicht, die mit einem Prozess zum Bilden eines
auf der Grabenwand des Grabens angeordneten Isolierfilms verknüpft
ist, und die mit Prozessen verknüpft ist, die vor dem Bilden
des Isolierfilms ausgeführt werden. 18 zeigt
eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Prozesses zum
Füllen des Grabens mit einem Leiter.
-
Die
Teile auf der Stirnflächenseite werden auf die gleiche
Weise wie bei der zweiten Ausführungsform gebildet. Anschließend
wird, je nach Bedarf, der Prozess zur Verringerung der Dicke des Halbleitersubstrats
ausgeführt. Anschließend werden, wie in 18 gezeigt,
Fremdstoffe von der Seite der Rückfläche 10b über
beispielsweise eine Ionenimplantation in das Halbleitersubstrat 10c implantiert. Auf
diese Weise werden die Drain-Bereiche 20a, 20b des
doppelseitigen n-Kanal- bzw. p-Kanal-Elektrodenelements 50a, 50b gebildet.
Anschließend wird der Graben 30d unter Verwendung
des LOCOS-Oxidfilms 31 als Stopper durch anisotropes Trockenätzens
gebildet, so dass der Graben 30d den LOCOS-Oxidfilm 31 erreicht
und die Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt.
Der beispielsweise aus Siliciumoxid aufgebaute Grabenisolierfilm 30b wird durch
thermische Oxidation, ein CVD-Verfahren oder dergleichen auf einer
Grabenwand des Grabens 30d gebildet. Bei dem obigen Prozess
wird der Graben 30d nicht vollständig mit dem
Grabenisolierfilm 30b gefüllt, sondern weist,
wie in 18 gezeigt, eine Kavität
entlang einer Mittelachse des Grabens 30d auf.
-
Die
Kavität des Grabens 30d wird mit einem leitfähigen
Element 23 gefüllt, das auch auf die Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10c abgeschieden wird. Auf die vorstehend
beschriebene Weise werden der Isoliergraben 30 mit dem
leitfähigen Element 23 innerhalb des Grabens und
die durch das leitfähige Element 23 gebildete
Drain-Elektrode 21 gebildet. Folglich wird die Halbleitervorrichtung 100 bereitgestellt,
welche den Leiter 30c und die Drain-Elektrode 21 aufweist,
die elektrisch miteinander verbunden sind.
-
Gemäß den
obigen beispielhaften Prozessen der vorliegenden Ausführungsform
werden der Graben 30d und der Grabenisolierfilm 30b gebildet, nachdem
die Drain-Bereiche 20a, 20b gebildet wurden. Alternativ
können der Graben 30d und der Grabenisolierfilm 30b gebildet
werden, bevor die Drain-Bereiche 20a, 20b gebildet
werden.
-
Alternativ
kann der Isoliergraben 30 in ähnlicher Weise wie
bei der ersten Ausführungsform aufgezeigt von der Seite
der Stirnfläche 10a im Halbleitersubstrat 10c gebildet
werden. Im obigen alternativen Fall kann der Isoliergraben 30a mit
Hilfe der folgenden Schritte gebildet werden: Bilden des Grabenisolierfilms 30b derart
auf der Grabenwand des Grabens 30d, dass der Graben 30d eine
Kavität aufweist; Abscheiden des leitfähigen Elements 23 in
die Kavität. Der gebildete Isoliergraben 30a befindet
sich in dem nicht vollständig durchdringenden Zustand und
weist den Leiter 30c auf, der durch das leitfähige Element 23 im
Graben 30d gebildet wird. Auf die Bildung des Isoliergra bens 30a folgend
wird das Halbleitersubstrat 10c in seiner Dicke verringert,
bis der Leiter 30c freigelegt ist. Anschließend
werden die Teile der doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b auf
der Seite der Rückfläche 10b gebildet,
so dass die Halbleitervorrichtung 100 bereitgestellt wird, welche
den Leiter 30c und die Drain-Elektrode 21 aufweist,
die elektrisch miteinander verbunden sind.
-
Gemäß den
obigen beispielhaften Prozessen der vorliegenden Ausführungsform
ist der Leiter 30c des Isoliergrabens 30 auf der
Seite der Rückfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 elektrisch
mit der Drain-Elektrode 21 (d. h. der zweiten Elektrode)
verbunden. Alternativ kann der Leiter 30c, wie in 20 gezeigt,
ferner auf der Stirnfläche des Halbleitersubstrats 10 gebildet
und elektrisch mit einer Leitung 24 verbunden sein, die
elektrisch von den Source-Elektroden 18a, 18b getrennt
ist. Im obigen Fall kann ein elektrisches Potential der Drain-Elektrode über
die Leitung 24 und den Leiter 30c überwacht
werden. Da das elektrische Potential der Drain-Elektrode 21 gemessen
werden kann, indem beispielsweise ein Messinstrument mit einer Kontaktstelle
der Leitung verbunden wird, kann eine Messvorrichtung vereinfacht
werden. 20 zeigt eine Querschnittsansicht einer
Modifikation der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform. 20 entspricht
der 2.
-
Zur
Bereitstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem Leiter 30c und
der Leitung 24 auf der Seite der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10 können die folgenden Fertigungsprozesse
angewandt werden. Der Graben 30d wird gebildet. Der Grabenisolierfilm 30d wird
derart auf der Grabenwand des Grabens 30d gebildet, dass
in dem Graben eine Kavität zurückbleibt. Anschließend
werden unter Verwendung der Leitung 24 als Stopper ein
Abschnitt des Grabenisolierfilms 30b, der auf dem Boden
des Grabens 30d angeordnet ist, und der LOCOS-Oxidfilm 31 durch
anisotropes Ätzen (wie beispielsweise Ionenstrahlätzen)
entfernt. Der Boden des Grabens 30d befindet sich auf der
Seite der Stirnfläche 10a. Anschließend
wird die Kavität des Grabens 30d mit dem leitfähigen
Element 23 gefüllt.
-
Gemäß der
in der 20 gezeigten Modifikation kann
das elektrische Potential der Drain-Elektrode 21 über
die Leitung 24, die mit dem Leiter 30c auf der
Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 verbunden
ist, überwacht werden. Alternativ kann der Leiter 30c über
die Leitung 24 elektrisch mit einem anderen Element verbunden
sein, wobei sich das andere Element auf dem Halbleitersubstrat 10 befindet
und sich von dem doppelseitigen Elektrodenelement 50a, 50b unterscheidet,
dessen Drain-Elektrode elektrisch mit dem betreffenden Leiter 30c verbunden
ist. Bei dem obigen alternativen Aufbau kann eine Funktion einer
Schaltung, die mehrere Elemente in demselben Halbleitersubstrat 10 aufweist,
verbessert werden. Die Funktion ist beispielsweise eine Regelung,
die auf dem elektrischen Potential der Drain-Elektrode 21 basiert.
-
(Fünfte Ausführungsform)
-
Nachstehend
wird eine fünfte Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die 21 und 22 beschrieben. 21 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der
vorliegenden Ausführungsform. 21 entspricht
der 2 der ersten Ausführungsform. Die 22A und 22B zeigen
Draufsichten von Halbleitervorrichtungen gemäß der
vorliegenden Ausführungsform.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen ist der eine Isoliergraben 30 zwischen
den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Isoliergräben 30 zwischen
den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet.
So sind beispielsweise, wie in 22 gezeigt,
zwei Isoliergräben 30 zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet. Jeder
der zwei Isoliergräben 30 ist derart aufgebaut, dass
ein Graben mit einem Isolator (z. B. einem Dielektrikum) gefüllt
ist. Ein Bereich zwischen den zwei Isoliergräben 30 entspricht
einem Zwischenelementebereich 33, der zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet
ist. Der Zwischenelementebereich 33 weist den p-n-Säulenbereich
mit der Mehrzahl von p-leitenden und der Mehrzahl von n-leitenden
Teilen auf. Der Zwischenelementebereich 33 ist elektrisch
mit der Drain-Elektrode 21 verbunden. Ein elektrisches
Potential des Zwischenelementebereichs 33 entspricht im
Wesentlichen dem der Drain-Elektrode 21.
-
Da
die mehreren Isoliergräben 30 zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet
sind, werden zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 zwei
oder mehr als zwei in Reihe geschaltete parasitäre Kondensatoren
gebildet. Jeder parasitäre Kondensator weist das durch
den Isolator im Graben gebildete Dielektrikum auf. Der obige Aufbau
mit den zwei oder mehr als zwei parasitären Kondensatoren
weist eine Gesamtkapazität auf, die kleiner als bei dem
Aufbau mit dem einen parasitären Kondensator ist, der durch
den einen Isoliergraben gebildet wird, der mit dem Isolator (z.
B. einem Dielektrikum) gefüllt ist. Folglich kann ein im
Ansprechen auf eine Spannungsschwankung fließender Verschiebungsstrom
minimiert werden. Wenn sich das Störsignal durch die oder
zwischen den parasitären Kondensatoren ausbreitet, verliert
es bedingt durch einen Widerstand des Zwischenelementebereichs 33 an
Energie. Folglich kann die Halbleitervorrichtung der vorliegenden
Ausführungsform die Ausbreitung des Störsignals
(z. B. eine Überspannung) effizient verringern oder beschränken.
-
Da
der Zwischenelementebereich 33, wie in 21 gezeigt,
den p-n-Säulenbereich 13 aufweist, wird ein parasitärer
Kondensator, der eine Sperrschicht als Dielektrikum nutzt, im Zwischenelementebereich 33 gebildet.
Das heißt, zwischen den benachbarten Elementebildungsbereichen 11 und 12 gebildete
parasitäre Kondensatoren können eine geringe Kapazität
aufweisen. Folglich kann die Ausbreitung des Störsignals,
wie beispielsweise eine Überspannung oder dergleichen,
noch effizienter eingeschränkt werden. Alternativ kann
der Zwischenelementebereich 33 statt des p-n-Säulenbereichs 13 einen
Halbleiterbereich aufweisen, der beispielsweise n- oder n+-leitend ist.
-
Ferner
können die in den parasitären Kondensatoren gespeicherten
elektrischen Ladungen zu einer Seite der Drain-Elektrode 21 entladen
werden, da der Zwischenelementebereich 33, wie in 21 gezeigt,
elektrisch mit der Drain-Elektrode 21 verbunden ist. Folglich
kann die Ausbreitung des Störsignals, wie beispielsweise
eine Überspannung oder dergleichen, noch effizienter eingeschränkt
werden. Bei dem obigen beispielhaften Aufbau ist der Zwischenelementebereich 33 mit
der Drain-Elektrode 21 verbunden. Alternativ kann der Zwischenelementebereich 33 mit
der Source-Elektrode 18a, 18b verbunden sein.
Alternativ kann der Zwischenelementebereich 33 elektrisch
mit einem Element verbunden sein, das auf einer Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
ist. Solch ein Element ist beispielsweise eine Leitung (z. B. ein GND-Muster)
vorbestimmten Potentials. Das heißt, die Ausbreitung des
Störsignals, wie beispielsweise eine Überspannung
oder dergleichen, kann noch effizienter einge schränkt werden,
wenn der Zwischenelementebereich 33 derart aufgebaut ist,
dass er ein elektrisches Potential aufweist, das auf einen vorbestimmten
Wert festgelegt ist.
-
Wenn
der Zwischenelementebereich 33, wie in 21 gezeigt,
mit der Drain-Elektrode 21 verbunden ist, kann die Halbleitervorrichtung
verglichen mit einem Fall, bei dem ein Element, das auf der Seite der
Stirnfläche 10a angeordnet ist, das elektrische Potential
des Leiters 30c festlegt, einfach aufgebaut sein. Dies
liegt daran, dass eine Elektrode, eine Leitung und dergleichen gebündelt
auf der Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
sind.
-
Die 22A und 22B zeigen
ein Beispiel der mehreren Isoliergräben zwischen den benachbarten
Elementebildungsbereichen 11 und 12. Insbesondere
sind bei dem in der 22A gezeigten Beispiel die mehreren
(d. h. zwei) Isoliergräben 30 nur in einem Bereich
zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet.
Der eine Isoliergraben 30 ist in einem Bereich angeordnet,
welcher die Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt, mit
Ausnahme des Bereichs zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12.
Bei dem obigen Aufbau ist der Zwischenelementebereich 33 nur
in einem Bereich zwischen den Elementebildungsbereichen 11 und 12 gebildet.
Die Elementebildungsbereiche 11 und 12 können
dann, wenn die Größe der Halbleitervorrichtung 100 konstant
gehalten wird, einen größeren Raum belegen. Alternativ
kann die Halbleitervorrichtung 100 eine geringe Größe
aufweisen. Bei dem in der 22B gezeigten
weiteren beispielhaften Aufbau umgibt ein einzelner Isoliergraben 30 jeden der
Elementebildungsbereiche 11 und 12 und umgibt ein
weiterer einzelner Isoliergraben 30 beide Elementebildungsbereiche 11 und 12.
Bei dem obigen Aufbau wird eine Gesamtumfangslänge jedes
Elementebildungsbereichs 11, 12 durch die mehreren Isoliergräben 30 oder
den Zwischenelementebereich 33 umgeben. Folglich kann die
Ausbreitung des Störsignals zu einem Umfangsbereich eingeschränkt werden.
Ferner können die mehreren Isoliergräben 30 die
Durchbruchspannung verbessern.
-
Gemäß den
beispielhaften Konfigurationen der vorliegenden Ausführungsform
sind die mehreren Isoliergräben 30, die zwischen
den benachbarten Elementebildungsbereichen 11, 12 angeordnet
sind, derart aufgebaut, dass jeder Graben mit dem Isolator (d. h.
einem Dielektrikum) gefüllt ist. Alternativ kann der Isoliergraben 30 in ähnlicher Weise
wie bei der vierten Ausführungsform derart aufgebaut sein,
dass der Isolierfilm auf der Grabenwand des Grabens angeordnet und
der Graben über den Isolierfilm mit dem Leiter gefüllt
ist.
-
Gemäß einem
beispielhaften Aufbau der vorliegenden Ausführungsform
sind die zwei Isoliergräben 30 zwischen den benachbarten
Elementebildungsbereichen 11 und 12 angeordnet.
Alternativ kann die Anzahl der Isoliergräben 30 bei
mehr als zwei Isoliergräben liegen. Alternativ kann die
Anzahl der Isoliergräben, die mit dem Elementebildungsbereich 11 verknüpft
ist, von der Anzahl der Isoliergräben, die mit dem Elementebildungsbereich 12 verknüpft
ist, verschieden sein. So wird der Elementebildungsbereich 11 beispielsweise,
wie in 23 gezeigt, von drei Isoliergräben 30 und
der Elementebildungsbereich 12 größtenteils
von zwei Isoliergräben 30 umgeben. Zwischen den
benachbarten Elementebildungsbereichen 11 und 12 befinden
sich drei Isoliergräben 30. Gemäß dem
obigen Aufbau können die doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b verschiedener
Durchbruchspannungen in einem einzigen Halbleitersubstrat 10 integriert
werden. 23 zeigt eine Draufsicht einer
Modifikation der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform.
-
(Modifikationen)
-
Die
obigen Ausführungsformen können auf verschiedene
Weise modifiziert werden. Beispiele dieser Modifikationen werden
nachstehend näher beschrieben.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen ist das Halbleitersubstrat 10, 10c aus
Silicium aufgebaut. Alternativ kann das Halbleitersubstrat 10, 10c aus
einem anderen Halbleitermaterial, wie beispielsweise Siliciumcarbid
(SiC) aufgebaut sein.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen wird ein vertikales MOS-Transistorelement
als Beispiel für das doppelseitige Elektrodenelement 50 (50a, 50b) verwendet,
welches den p-n-Säulenbereich 13 als Driftbereich
nutzt. Alternativ kann ein anderes aktives Element als das doppelseitige
Elektrodenelement 50 (50a, 50b) verwendet
werden. Als das andere aktive Element kann beispielsweise ein IGBT
(Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) verwendet werden.
Alternativ kann zusätzlich zum doppelsei tigen Elektrodenelement 50 (50a, 50b)
ein weiteres Element in demselben Halbleitersubstrat 10 angeordnet werden.
Das weitere Element kann beispielsweise eine Diode, ein Widerstand
oder dergleichen sein, die/der derart aufgebaut ist, dass ein Elektrodenpaar für
das weitere Element auf der Seite der Stirnfläche 10a bzw.
auf der Seite der Rückfläche 10b angeordnet
ist, und dass zwischen dem Elektrodenpaar ein Strom fließt.
Im obigen Fall kann das Element (z. B. eine Diode) mit oder ohne
den p-n-Säulenbereich 13 aufgebaut sein.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen weisen die Gate-Elektroden 19a, 19b der
doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b eine
Grabenstruktur auf. Alternativ können die Gate-Elektroden
der doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b eine
planare oder eine konkave Struktur aufweisen.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen weist die Halbleitervorrichtung 100 zwei
doppelseitige Elektrodenelemente 50 auf, die jeweils den p-n-Säulenbereich 13 als
Driftbereich nutzen. Alternativ kann die Halbleitervorrichtung 100 eine
Mehrzahl von doppelseitigen Elektrodenelementen 50 aufweisen.
Die Halbleitervorrichtung 100 kann beispielsweise mehr
als zwei doppelseitige Elektrodenelemente 50 aufweisen.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen werden mehrere (d. h. zwei) doppelseitige
Elektrodenelementen 50 durch das doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelement 50a und
das doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelement 50b gebildet.
Alternativ können die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50 entweder
mehrere doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelemente 50a oder
mehrere doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelemente 50b sein.
Eine Halbleitervorrichtung 100 weist beispielsweise, wie
in 24 gezeigt, zwei doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelemente 50b (d.
h. vertikale n-Kanal-MOS-Transistorelemente) als die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50 auf. 24 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß modifizierter
Ausführungsformen. Die Drain-Elektroden 21b der
in der 24 gezeigten Halbleitervorrichtung 100 sind
getrennt und beabstandet voneinander angeordnet. Alternativ können
die Drain-Elektroden 21b in Form einer gemeinsamen Elektrode vorgesehen
sein. Alternativ kann die Halbleitervorrichtung 100 mehrere
doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelementen 50a und mehrere
doppelseitigen Elektrodenelementen 50b aufweisen.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen weist die Halbleitervorrichtung
die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50 als die
im Halbleitersubstrat 10 angeordneten Elemente auf. Die
Halbleitervorrichtung kann ferner ein einseitiges Elektrodenelement
aufweisen, das in einem Bereich angeordnet ist, der sich von dem
Elementebildungsbereich für das doppelseitige Elektrodenelement 50 unterscheidet.
Das einseitige Elektrodenelement weist ein Paar von Elektroden auf,
die beide auf der Seite der Stirnfläche 10a oder
auf der Seite der Rückfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
sind. Bei dem einseitigen Elektrodenelement fließt ein
Strom zwischen dem Elektrodenpaar. Eine Halbleitervorrichtung 100 weist
beispielsweise, wie in 25 gezeigt, die vorstehend beschriebenen
mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50 (50a, 50b)
und ferner einseitige Elektrodenelemente 51 (51a, 51b)
auf. Eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode jedes einseitigen
Elektrodenelements 51 (51a, 51b) sind auf
der Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
Die in der 25 gezeigte Halbleitervorrichtung 100 weist
Elementebildungsbereiche 27, 28 für die
jeweiligen einseitigen Elektrodenelemente 51 (51a, 51b)
auf. Das einseitige Elektrodenelement 51a ist ein laterales
MOS-Transistorelement in Form eines einseitigen p-Kanal-Elektrodenelements.
Das einseitige Elektrodenelement 51b ist ein laterales
MOS-Transistorelement in Form eines einseitigen n-Kanal-Elektrodenelements.
Bei solch einem Aufbau werden das doppelseitige Elektrodenelement 50 und
das einseitige Elektrodenelement 51 in demselben Halbleitersubstrat 10 integriert.
Folglich kann eine Halbleitervorrichtung (d. h. ein Hybrid-IC oder
ein Verbund-IC) bereitgestellt werden, die eine integrierte Steuerschaltung
oder eine integrierte Schutzschaltung aufweist. Ferner sind, wie
in 25 gezeigt, mehrere (d. h. zwei) Isoliergräben 30 zwischen
den benachbarten Elementebildungsbereichen 12, 27 angeordnet,
in welchen das doppelseitige Elektrodenelement 50 bzw.
das einseitige Elektrodenelement 51 angeordnet ist. Da
eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem doppelseitigen Elektrodenelement 50 für
eine Leistungsanwendung und dem einseitigen Elektrodenelement 51 hoch
sein kann, sind die mehreren Isoliergräben 30 vorzugsweise
zwischen den Elementebildungsbereichen 12 und 27 angeordnet.
Die mehreren Isoliergräben können die Spannung
oder die elektrische Potentialdifferenz teilen. 25 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung
mit den modifizierten Ausführungsformen. Das einseitige Elektrodenelement 51 kann
ein lateraler MOS-Transistor sein. Alternativ kann das einseitige
Elektrodenelement 51 ein Bipolartransistorelement, ein CMOS-(komplementärer
Metall-Oxid-Halbleiter)-Transistorelement, eine Diode, ein Kondensator, ein
Widerstand, eine Verdrahtung oder dergleichen sein.
-
Alternativ
weist eine Halbleitervorrichtung 100 ferner, wie in 26 gezeigt,
Bereiche 29a, 29b hoher Konzentration in den Elementebildungsbereichen 11 bzw. 12 auf.
Jeder Bereich 29a, 29b hoher Konzentration ist
in einer Schichtrichtung des p-n-Säulenbereichs 13 an
einem Ende des p-n-Säulenbereichs 13 angeordnet.
Der Bereich 29a hoher Konzentration ist auf dem p-n-Säulenbereich
des doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50a, d. h.
auf dem p-leitenden Halbleiterteil 14, das an den Isoliergraben 30 grenzt
und ein Endabschnitt des p-n-Säulenbereichs des doppelseitigen
p-Kanal-Elektrodenelements 50a ist, angeordnet. Der Bereich 29a hoher
Konzentration ist auf der Seite der Stirnfläche 10a und
direkt unterhalb des LOCOS-Oxidfilms 31 angeordnet. Der
Bereich 29a hoher Konzentration ist ein p-leitender, wie
beispielsweise p+-leitender, Störstellenbereich.
Der Bereich 29a hoher Konzentration ist derart gebildet,
dass er den Elementebildungsbereich 11 entlang dem Isoliergraben 30 umgibt.
Der Bereich 29b hoher Konzentration ist auf dem p-n-Säulenbereich
des doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50b, d. h.
auf dem n-leitenden Halbleiterteil 15, das an den Isoliergraben 30 grenzt
und ein Endabschnitt des p-n-Säulenbereichs des doppelseitigen
n-Kanal-Elektrodenelements 50b ist, angeordnet. Der Bereich 29b hoher Konzentration
ist auf der Seite der Stirnfläche 10a direkt unterhalb
des LOCOS-Oxidfilms 31 angeordnet. Der Bereich 29b hoher
Konzentration ist ein n-leitender, beispielsweise ein n+-leitender,
Dotierbereich. Der Bereich 29b hoher Konzentration ist
derart gebildet, dass er den Elementebildungsbereich 12 entlang dem
Isoliergraben 30 umgibt. Jeder Bereich 29a, 29b hoher
Konzentration weist ein Kontaktelement (nicht gezeigt) auf und ist über
das Kontaktelement elektrisch mit einer bestimmten Elektrode verbunden. 26 zeigt
eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung
mit den modifizierten Ausführungsformen.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen sind beide der Source-Elektroden 18a, 18b (d.
h. die ersten Elektroden) des jeweiligen doppelseitigen Elektrodenelements 50a, 50b auf
der Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet.
Die gemeinsame Drain-Elektrode 21 (21a, 21b)
oder die Drain-Elektroden als die zweite Elekt rode für
die jeweiligen doppelseitigen Elektrodenelemente 50a, 50b sind
auf der Seite der Rückfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet. Alternativ kann eine der
Source-Elektroden 18a, 18b auf der Seite der Stirnfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10 und die andere der Source-Elektroden 18a, 18b auf
der Seite der Rückfläche 10b angeordnet
sein. Ferner kann eine der Drain-Elektroden 21a, 21b auf
der Seite der Stirnfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 und
die andere der Drain-Elektroden 21a, 21b auf der
Seite der Rückfläche 10b angeordnet sein.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen ist der Isoliergraben 30 derart
aufgebaut, dass er mit dem Isolator gefüllt ist, oder derart
aufgebaut, dass er mit dem Leiter 30c auf der Innenseite
des Grabenisolierfilms 30b gefüllt ist. Alternativ
kann der Isoliergraben 30 derart aufgebaut sein, dass er
einen Hohlraum aufweist oder mit Luft gefüllt ist. Wenn
die mehreren Isoliergräben 30 in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet
sind, kann ein Isoliergraben 30 eine der obigen drei Strukturen
und ein anderer Isoliergraben 30 eine andere der obigen
drei Strukturen aufweisen. Die mehreren Isoliergräben 30,
die in demselben Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind,
können unterschiedliche Strukturen aufweisen.
-
Gemäß den
obigen Ausführungsformen ist der Drain-Bereich 20a, 20b in
der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 zwischen
dem p-n-Säulenbereich 13 und der Drain-Elektrode 21 angeordnet.
Alternativ kann der Drain-Bereich 20a, 20b einen
Pufferbereich aufweisen. Der Pufferbereich ist zwischen dem Drain-Bereich 20a, 20b und
dem p-n-Säulenbereich (d. h. dem p-leitenden Halbleiterteil 14)
angeordnet und weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der
Drain-Bereich 20a, 20b und eine geringere Störstellenkonzentration
als der Drain-Bereich 20a, 20b auf.
-
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der beispielhaften Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt,
die aufweist: ein Halbleitersubstrat 10, das eine erste
Oberfläche 10a, eine der ersten Oberfläche
gegenüberliegende zweite Oberfläche (10b) und
eine Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12, 27, 18 aufweist;
einen Isoliergraben 30, der jeden der Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12, 27, 28 umgibt
und die Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12, 27, 28 voneinander
isoliert und trennt; und eine Mehrzahl von Elementen 50, 50a, 50b, 51, 51a, 51b,
die ent sprechend in der Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12, 27, 28 angeordnet
sind, wobei die Mehrzahl von Elementen 50, 50a, 50b, 51, 51a, 51b wenigstens
zwei doppelseitige Elektrodenelemente 50, 50a, 50b aufweist, von
denen jedes aufweist: eine erste Elektrode 18a, 18b,
die auf der ersten Oberfläche 10a oder auf der zweiten
Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
ist; eine zweite Elektrode 21, 21a, 21b, die
auf der anderen Oberfläche der ersten und der zweiten Oberfläche 10a, 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist, wobei jedes doppelseitige
Elektrodenelement 50, 50a, 50b dazu ausgelegt
ist, dass ein Strom zwischen der ersten Elektrode 18a, 18b und der
zweiten Elektrode 21, 21a, 21b fließt;
einen p-n-Säulenbereich 13, der in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet
ist und eine Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen 14 und
eine Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 aufweist,
wobei die Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen 14 und
die Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 in einer
Richtung, die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10 verläuft,
abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet sind; und einen
Driftbereich, der durch die Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen 14 oder
die Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 des p-n-Säulenbereichs 13 bereitgestellt wird.
-
Gemäß der
Halbleitervorrichtung weist jeder der Elementebildungsbereiche 11, 12 für
das doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b den
p-n-Säulenbereich 13 im Halbleitersubstrat 10 auf.
Ferner wird der Driftbereich jedes doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b durch
den p-n-Säulenbereich 13 gebildet. Folglich kann
jedes der mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b,
die in demselben Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind, eine
hohe Durchbruchspannung und einen geringen Durchlasswiderstand aufweisen.
-
Ferner
umgibt der Isoliergraben 30 jedes der mehreren doppelseitigen
Elektrodenelemente 50, 50a, 50b. Die
mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b,
die jeweils den p-n-Säulenbereich 13 aufweisen,
werden durch den Isoliergraben 30 voneinander isoliert
und getrennt. Folglich kann die Halbleitervorrichtung einen Elementetrennbereich
aufweisen, der verglichen mit einem Fall, bei welchem der Elementetrennbereich
durch die p-n-Übergangstrennung bereitgestellt wird, eine
geringe Breite aufweist oder eine geringe Fläche belegt, bei
gleichen Durchbruchspannungen. Folglich kann die Halbleitervorrichtung
in geringer Größe bereitgestellt werden. Alternativ
kann dann, wenn die Größen die gleichen sind,
eine Halbleitervorrichtung höherer Integration bereitzustellen.
Ferner können die Fertigungskosten verringert werden. Ferner
kann die Halbleitervorrichtung verglichen mit einem Fall, bei welchem
der Elementetrennbereich durch die p-n-Übergangstrennung
bereitgestellt wird, mit einer höheren Durchbruchspannung
bereitgestellt werden, wenn die Elementetrennbereiche die gleiche
Größe aufweisen oder die gleiche Fläche
belegen.
-
Ferner
kann das Auftreten eines Kurzschlusses bedingt durch einen Störeffekt
verglichen mit einem Fall, bei welchem die p-n-Übergangstrennung als
der Elementetrennbereich verwendet wird, effizienter eingeschränkt
oder verringert werden, da der Isoliergraben 30 als der
Elementetrennbereich verwendet wird. Das Störsignal kann
eine Überspannung (z. B. eine dv/dt-Überspannung)
oder ein Extraanteil eines AC-Signals sein.
-
Auf
die vorstehend beschriebene Weise kann eine Halbleitervorrichtung
bereitgestellt werden, welche die doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b aufweist,
die jeweils einen p-n-Säulenbereich 13 aufweisen,
wobei die Halbleitervorrichtung dazu ausgelegt ist, eine geringe
Größe aufzuweisen und das Auftreten eines durch
ein Störsignal verursachten Kurzschlusses einzuschränken.
-
Das
doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b kann
ein aktives Element sein, das ein Paar von Elektroden (d. h. die
erste Elektrode 18a, 18b und die zweite Elektrode 21, 21a, 21b)
aufweist, die jeweils auf der Oberfläche der ersten und
der zweiten Oberflächen 10a, 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind, die einen Driftbereich
aufweist, der durch den p-n-Säulenbereich 13 gebildet
wird, und das dazu ausgelegt ist, dass zwischen der ersten und der
zweiten Elektrode 18a, 18b, 21, 21a, 21b ein Strom
fließt. Solch ein doppelseitiges Elektrodenelement 50, 50a, 50b kann
ein vertikales Transistorelement sein. Das heißt, das doppelseitige
Elektrodenelement 50, 50a, 50b kann ein
vertikales MOS-Transistorelement sein. Alternativ kann das doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b,
welches die erste Elektrode 18a, 18b und die zweite
Elektrode 21, 21a, 21b aufweist, die
jeweils auf der einen der ersten und der zweiten Oberfläche 10a, 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind, eine Diode oder
ein Widerstand sein. Die Diode oder der Widerstand können den
p-n-Säulenbereich 13 aufweisen.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: die wenigstens
zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b wenigstens
zwei doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelemente 50, 50a oder
wenigstens zwei doppelseitige n-Kanal-Elektrodenelemente 50, 50b aufweisen;
der Driftbereich jedes doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50, 50a durch
die mehreren p-leitenden Halbleiterteile 14 des p-n-Säulenbereichs 13 gebildet
wird; und der Driftbereich jedes doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50, 50b durch
die mehreren n-leitenden Halbleiterteile 15 des p-n-Säulenbereichs 13 gebildet wird.
-
Gemäß dem
obigen Aufbau sind die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b, die
Kanäle gleichen Leitfähigkeitstyps erzeugen können,
im Halbleitersubstrat 10 integriert. Bei solch einem Aufbau
ist es möglich, nur die mehreren doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelemente 50, 50b oder nur
die mehreren doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelemente 50, 50a zu
integrieren. Alternativ können die mehreren doppelseitigen
n-Kanal-Elektrodenelemente 50, 50b und die mehreren
doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelemente 50, 50a in
demselben Halbleitersubstrat 10 integriert werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: die wenigstens
zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b wenigstens
ein doppelseitiges p-Kanal-Elektrodenelement 50, 50a und
wenigstens ein doppelseitiges n-Kanal-Elektrodenelement 50, 50b aufweisen;
der Driftbereich des doppelseitigen p-Kanal-Elektrodenelements 50, 50a durch
die mehreren p-leitenden Halbleiterteile 14 gebildet wird;
und der Driftbereich des doppelseitigen n-Kanal-Elektrodenelements 50, 50b durch
die mehreren n-leitenden Halbleiterteile 15 des p-n-Säulenbereichs 13 gebildet
wird.
-
Gemäß dem
obigen Aufbau weist jeder Elementebildungsbereich 11, 12 für
das doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b die
mehreren p-leitenden Halbleiterteile 14 und die mehreren
n-leitenden Halbleiterteile 15 auf. Folglich können
das doppelseiti ge n-Kanal-Elektrodenelement 50, 50b und das
doppelseitige p-Kanal-Elektrodenelement 50, 50a in
demselben Halbleitersubstrat 10 integriert werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: jedes doppelseitige
Elektrodenelement 50, 50a, 50b einen
Kanalbereich 16a, 16b aufweist; der Kanalbereich 16a, 16b in
dem Halbleitersubstrat 10 und zwischen dem p-n-Säulenbereich 13 und
der ersten Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
ist; der Kanalbereich 16a, 16b jedes doppelseitigen
Elektrodenelements 50, 50a, 50b einen
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp zum Driftbereich des
doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b aufweist;
und die erste Elektrode 18a, 18b und die zweite
Elektrode 21, 21a, 21b jedes doppelseitigen
Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf der ersten
Oberfläche 10a bzw. der zweiten Oberfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet sind. Gemäß dem
obigen Aufbau ist es möglich, einen Aufbau der Halbleitervorrichtung
und die Prozesse zur Fertigung der Halbleitervorrichtung zu vereinfachen.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass jeweilige
zweite Elektroden 21, 21a, 21b der wenigstens
zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b in
Form einer gemeinsamen Elektrode 21 gebildet sind, so dass
die jeweiligen zweiten Elektroden 21, 21a, 21b der
wenigstens zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b das gleiche
elektrische Potential aufweisen.
-
Alternativ
kann die Halbleitervorrichtung derart aufgebaut sein, dass: die
erste Elektrode 18a, 18b von einem der wenigstens
zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b elektrisch
von der ersten Elektrode 18a, 18b eines anderen
der wenigstens zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b getrennt
ist; und die zweite Elektrode 21a, 21b des einen
der wenigstens zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b elektrisch
von der zweiten Elektrode 21a, 21b des anderen
der wenigstens zwei doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b getrennt
ist. Gemäß dem obigen Aufbau kann wenigstens eine
der mehreren doppelseitigen Elektroden 50, 50a, 50b getrennt
oder unabhängig von einer anderen der mehreren doppelseitigen
Elektroden 50, 50a, 50b angesteuert werden,
so dass eine Mehrkanalkonfiguration bereitgestellt wird. Folglich
ist es möglich, eine Vielzahl von Schaltungen bereitzustellen.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass der Isoliergraben 30 von
der ersten Oberfläche 10a zur zweiten Oberfläche 10b durch das
Halbleitersubstrat 10 dringt. Gemäß dem
obigen Aufbau können die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b unabhängig
davon, ob eine gemeinsame Elektrode 21 bereitgestellt wird, voneinander
getrennt und isoliert werden.
-
Wenn
die zweiten Elektroden 21, 21a, 21b als
die gemeinsame Elektrode 21 gebildet sind, kann die Halbleitervorrichtung
derart aufgebaut sein, dass: die wenigstens zwei doppelseitigen
Elektrodenelemente 50, 50a, 50b, welche
die gemeinsame Elektrode 21 gemeinsam nutzen, durch den
Isoliergraben 30 voneinander isoliert und getrennt werden;
und sich der Isoliergraben 30 von der ersten Oberfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10 zu einem Ende des p-n-Säulenbereichs 13 erstreckt,
wobei sich das Ende auf der Seite der zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 befindet.
Gemäß dem obigen Aufbau kann die Fertigung vereinfacht
werden, da eine Tiefe des Isoliergrabens 30 verringert
werden kann.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: die Mehrzahl
von Elementen 50, 50a, 50b, 51, 51a, 51b ferner
wenigstens ein einseitiges Elektrodenelement 51, 51a, 51b aufweist;
jedes einseitige Elektrodenelement 51, 51a, 51b ein
Elektrodenpaar 25, 26 aufweist, das eine dritte
Elektrode 25 und eine vierte Elektrode 26 umfasst;
und sowohl die dritte Elektrode 25 als auch die vierte
Elektrode 26 auf der ersten Oberfläche 10a oder
auf der zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
sind. Gemäß dem obigen Aufbau kann eine Halbleitervorrichtung
bereitgestellt werden, die als Hybrid-IC oder als Verbund-IC mit
einer integrierten Steuerschaltung oder einer integrierten Schutzschaltung
dient, da das doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b und
das einseitige Elektrodenelement 51, 51a, 51b in
demselben Halbleitersubstrat 10 integriert sind. Das doppelseitige
Elektrodenelement 50, 50a, 50b kann ein
Bipolartransistorelement, ein laterales MOS-Transistorelement, ein
CMOS-Transistorelement, eine Diode, ein Kondensator, ein Widerstand
oder dergleichen sein.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: der Isoliergraben 30 eine
Grabenwand aufweist; und der Isoliergraben 30 einen Isolator,
welcher die Gra benwand füllt, oder eine Kavität, die
innerhalb der Grabenwand angeordnet ist, aufweist.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: der Isoliergraben 30 eine
Grabenwand, einen Grabenisolierfilm 30b, der auf der Grabenwand
angeordnet ist, und einen Leiter 30c aufweist; und der
Isoliergraben 30 mit dem Leiter 30c, der sich
auf der Innenseite des Grabenisolierfilms 30b befindet,
gefüllt ist. Gemäß dem obigen Aufbau ist
eine Kapazität oder eine Gesamtkapazität der mehreren
parasitären Kondensatoren größer als
bei nur einem parasitären Kondensator, da mehrere (d. h.
zwei) parasitäre Kondensatoren, die jeweils den Grabenisolierfilm 30b als
Dielektrikum verwenden, zwischen den benachbarten Elementen in Reihe
geschaltet sind. Folglich kann ein Verschiebungsstrom, der im Ansprechen
auf eine Spannungsschwankung fließt, verringert werden.
Ferner verliert das Störsignal bedingt durch einen Widerstand
an Energie, wenn es sich zwischen den parasitären Kondensatoren
ausbreitet. Folglich kann eine Ausbreitung des Störsignals
(z. B. eine Überspannung) effizient verringert oder einschränkt
werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass ein elektrisches
Potential des Leiters 30c auf einen vorbestimmten Wert
gesetzt ist. Gemäß dem obigen Aufbau können
die in den parasitären Kondensatoren gespeicherten elektrischen
Ladungen zu einem Element entladen werden, das ein elektrisches
Potential aufweist, das im Wesentlichen gleich dem des Leiters 30c ist.
Folglich kann die Ausbreitung des Störsignals, wie beispielsweise
eine Überspannung oder dergleichen, noch effizienter einschränkt
werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass der Leiter 30c elektrisch
mit der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b verbunden
ist, so dass ein elektrisches Potential des Leiters 30c im
Wesentlichen gleich dem der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b ist.
Gemäß dem obigen Aufbau kann eine Durchbruchspannung
des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b verglichen
mit einem Fall, bei welchem der Leiter 30c und die erste
Elektrode 18a, 18b derart aufgebaut sind, dass
sie im Wesentlichen das gleiche elektrische Potential aufweisen,
erhöht werden, wie in den vorstehend beschriebenen Simulationen
der Erfinder aufgezeigt. Da eine Elektrode eines Elements, eine
Leitung und dergleichen gebündelt auf der Seite der ersten
Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
werden können, vereinfacht die Verwendung der Seite der
zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 einen
Aufbau für den Leiter 30c, so dass dieser ein
bestimmtes elektrisches Potential aufweisen kann, verglichen mit der
Verwendung der Seite der ersten Oberfläche 10a.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann ferner ein Leitungselement 24 aufweisen,
das auf der ersten Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
ist. Das Leitungselement 24 kann elektrisch mit dem Leiter 30c verbunden
sein, so dass ein elektrisches Potential der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b über
das Leitungselement 24 und den Leiter 30c überwacht werden
kann. Gemäß dem obigen Aufbau kann eine Messung
eines elektrischen Potentials der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b auf
der Seite der ersten Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 ausgeführt werden.
-
Alternativ
kann die Halbleitervorrichtung ferner ein Leitungselement 24 aufweisen,
das auf der ersten Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
und elektrisch mit dem Leiter 30c verbunden ist, wobei:
die mehreren Elemente 50, 50a, 50b, 51, 51a, 51b ein
erstes Element aufweisen, das anders als die wenigstens zwei doppelseitigen
Elektrodenelemente 50, 50a, 50b gebildet
ist; und der Leiter 30c über das Leitungselement 24 elektrisch
mit dem ersten Element verbunden ist. Gemäß dem
obigen Aufbau kann eine Funktion einer Schaltung, welche die mehreren
Elemente 50, 50a, 50b, 51, 51a, 51b aufweist,
die in dem Halbleitersubstrat 10 angeordnet sind, verbessert
werden. Die Funktion ist beispielsweise eine Regelung, die auf dem
elektrischen Potential der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b basiert.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: der Isoliergraben 30 ein
erster Isoliergraben 30 ist; die Halbleitervorrichtung
ferner einen zweiten Isoliergraben 30 aufweist; ein Abschnitt des
zweiten Isoliergrabens 30 und ein Abschnitt des ersten
Isoliergrabens 30 zwischen benachbarten Elementebildungsbereichen 11, 12, 27, 28 angeordnet sind;
der Abschnitt des zweiten Isoliergrabens 30 und der Abschnitt
des ersten Isoliergrabens 30 einen zwischen ihnen liegenden
Bereich als Zwischenelementebereich 33 definieren; der
Zwischenelementebereich 33 zwischen den benachbarten Elementebildungsbereichen 11, 12, 27, 28 angeordnet
ist. Gemäß dem obigen Aufbau ist eine Kapazität
oder eine Gesamtkapazität der mehreren parasitären
Kondensatoren größer als die im Falle nur eines
parasitären Kondensators, da wenigstens zwei parasitäre
Kondensatoren, die jeweils den Grabenisolierfilm 30b als Dielektrikum
verwenden, zwischen den benachbarten Elementen in Reihe geschaltet
sind. Folglich kann ein im Ansprechen auf eine Spannungsschwankung
fließender Verschiebungsstrom verringert werden. Ferner
verliert das Störsignal aufgrund eines Widerstandes an
Energie, wenn es sich zwischen den parasitären Kondensatoren
ausbreitet. Folglich kann eine Ausbreitung des Störsignals
(z. B. eine Überspannung) effizient verringert oder eingeschränkt werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass der Zwischenelementebereich 33 den
p-n-Säulenbereich 13 mit dem vorstehend beschriebenen
Aufbau aufweist. Gemäß dem obigen Aufbau sind
parasitäre Kondensatoren, die Sperrschichten als Dielektrikum
verwenden, zwischen den Elementen vorgesehen. Folglich kann eine
Ausbreitung des Störsignals (z. B. eine Überspannung
bzw. ein Stromstoß) noch effizienter verringert oder beschränkt
werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass ein elektrisches
Potential des Zwischenelementebereichs 33 auf einen vorbestimmten Wert
gesetzt ist. Gemäß dem obigen Aufbau können die
in den parasitären Kondensatoren gespeicherten elektrischen
Ladungen zu einem Element entladen werden, das ein elektrisches
Potential aufweist, das im Wesentlichen gleich dem des Zwischenelementebereichs 33 ist.
Folglich kann die Ausbreitung des Störsignals, wie beispielsweise
eine Überspannung oder dergleichen, noch effizienter eingeschränkt
werden.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass der Zwischenelementebereich 33 elektrisch
mit der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b verbunden
ist. Das heißt, ein elektrisches Potential des Zwischenelementebereichs 33 ist
im Wesentlichen gleich dem der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b.
Da eine Elektrode eines Elements, eine Leitung und dergleichen gebündelt
auf der Seite der ersten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 angeordnet
werden können, vereinfacht die Verwendung der Seite der
zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10 einen
Aufbau für den Zwischenele mentebereich, so dass dieser
ein bestimmtes elektrisches Potential aufweisen kann, verglichen
mit der Verwendung der Seite der ersten Oberfläche 10a.
-
Die
Halbleitervorrichtung kann derart aufgebaut sein, dass: der Isoliergraben 30 mit
dem obigen Aufbau ein erster Isoliergraben 30 ist; die
Halbleitervorrichtung ferner einen zweiten Isoliergraben 30 aufweist;
und sowohl der erste Isoliergraben 30 als auch der zweite
Isoliergraben 30 wenigstens einen der mehreren Elementebildungsbereiche 11, 12, 27, 28 umgibt.
Gemäß dem obigen Aufbau kann eine Ausbreitung
des Störsignals (z. B. eine Überspannung) nicht
nur durch einen Bereich 33 zwischen den Elementen, sondern
ebenso durch einen Umfangsbereich noch effizienter eingeschränkt
werden.
-
Gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der beispielhaften Ausführungsformen
wird ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt,
welches die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Halbleitersubstrats 10c,
das eine erste Oberfläche 10a und eine der ersten
Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche 10b aufweist, wobei
das Halbleitersubstrat 10c einen p-n-Säulenbereich 13 aufweist,
der p-n-Säulenbereich 13 eine Mehrzahl von p-leitenden
Halbleiterteilen 14 und eine Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 aufweist und
die Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen 14 und die
Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 in einer Richtung,
die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10c verläuft,
abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet sind; Bilden eines
Isoliergrabens 30a von einer Seite der ersten Oberfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10c in dem Halbleitersubstrat 10c,
so dass der Isoliergraben 30a ein offenes Ende auf der
Seite der ersten Oberfläche 10a und einen Boden
in dem Halbleitersubstrat 10c aufweist, wobei der Isoliergraben 30a eine
Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12 definiert,
die Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12 voneinander
isoliert und trennt und derart gebildet wird, dass jeder Elementebildungsbereich
die mehreren p-leitenden Halbleiterteile 14 und die mehreren
n-leitenden Halbleiterteile 15 aufweist; Bilden von Teilen
eines doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der ersten Oberfläche 10a jedes Elementebildungsbereichs 11, 12 des
Halbleitersubstrats 10c, wobei die Teile des doppelseitigen
Elektrodenelements 50, 50a, 50b eine erste
Elektrode 18a, 18b aufweisen; Dünnermachen des
Halbleitersubstrats 10c durch eine Entfer nung eines Abschnitts
der zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10c,
auf das Bilden des Isoliergrabens 30a und das Bilden der
Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der ersten Oberfläche 10a folgend, so
dass der Isoliergraben 30a von einer Seite der zweiten
Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10c freigelegt
ist; und Bilden weiterer Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der zweiten Oberfläche 10b jedes Elementebildungsbereichs 11, 12,
auf das Dünnermachen des Halbleitersubstrats 10c folgend, wobei
die weiteren Teile eine der ersten Elektrode 18a, 18b gegenüberliegende
zweite Elektrode 21, 21a, 21b aufweisen
und das doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b derart
gebildet wird, dass zwischen der ersten Elektrode 18a, 18b und
der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b ein
Strom fließt.
-
Gemäß dem
obigen Verfahren kann die vorstehend beschriebene Halbleitervorrichtung
gefertigt werden, indem beispielsweise die folgenden Schritte abgewandt
Werden: Bilden eines Isoliergrabens 30, 30c von
einer Seite der ersten Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10, 10c,
derart, dass er das Halbleitersubstrat 10, 10c nicht
vollständig durchdringt (nicht vollständig durchdringender
Zustand); und Dünnermachen des Halbleitersubstrats 10, 10c von einer
Seite der zweiten Oberfläche 10b, so dass der Isoliergraben 30, 30a vollständig
durch das Halbleitersubstrat 10, 10c dringt. Die
Vorteile der gemäß dem obigen Verfahren gefertigten
Halbleitervorrichtung entsprechen im Wesentlichen denen der vorstehend
beschriebenen Halbleitervorrichtung.
-
Das
obige Verfahren kann derart erfolgen, dass: das Bilden des Isoliergrabens 30a die
folgenden Schritte umfasst: (i) Bilden eines Grabenisolierfilms 30b derart
auf einer Grabenwand des Isoliergrabens 30a, dass innerhalb
der Grabenwand eine Kavität zurückbleibt, und
(ii) Abscheiden eines leitfähigen Materials in die Kavität,
so dass der Isoliergraben 30a auf einer Innenseite des
Grabenisolierfilms 30b mit einem Leiter 30c gefüllt
wird, wobei der Leiter 30c aus dem leitfähigen
Material aufgebaut ist; das Dünnermachen des Halbleitersubstrats 10c ausgeführt wird,
bis der Leiter 30c freigelegt ist; und das Bilden der weiteren
Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der zweiten Oberfläche 10b ein elektrisches
Verbinden des Leiters 30c und der zweiten Elektrode 21, 21, 21b umfasst.
Gemäß dem obigen Verfahren kann eine Halbleitervorrichtung
mit einem Leiter 30c bereitgestellt werden, der innerhalb
ei ner Grabenwand des Isoliergrabens 30, 30a angeordnet
ist und ein elektrisches Potential aufweist, das im Wesentlichen
gleich dem der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b ist.
-
Gemäß einer
dritten Ausgestaltung der beispielhaften Ausführungsformen
wird ein Verfahren zur Fertigung einer Halbleitervorrichtung bereitgestellt,
welches die folgenden Schritte aufweist: Vorbereiten eines Halbleitersubstrats 10c,
das eine erste Oberfläche 10a und eine der ersten
Oberfläche gegenüberliegende zweite Oberfläche 10b aufweist, wobei
das Halbleitersubstrat 10c ferner einen p-n-Säulenbereich 13 aufweist,
der p-n-Säulenbereich 13 eine Mehrzahl von p-leitenden
Halbleiterteilen 14 und eine Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 aufweist,
die Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen 14 und die
Mehrzahl von n-leitenden Halbleiterteilen 15 in einer Richtung,
die senkrecht zu einer Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 10c verläuft,
abwechselnd und benachbart zueinander angeordnet sind und das Halbleitersubstrat 10c eine Mehrzahl
von Elementebildungsbereichen 11, 12 aufweist;
Bilden von Teilen eines doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
einer Seite der ersten Oberfläche 10a jedes Elementebildungsbereichs 11, 12 des
Halbleitersubstrats 10c, wobei die Teile des doppelseitigen
Elektrodenelements 50, 50a, 50b eine
erste Elektrode 18a, 18b aufweisen; Bilden eines
Isolierfilms 31 auf der Seite der ersten Oberfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10c; Bilden eines Isoliergrabens 30a von
einer Seite der zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10c aus,
auf das Bilden der Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der ersten Oberfläche 10a und das Bilden
des Isolierfilms 31 auf der Seite der ersten Oberfläche 10a folgend,
so dass der Isoliergraben 30a den Isolierfilm 31 auf
der Seite der ersten Oberfläche 10a erreicht,
wobei der Isoliergraben 30a die Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12 voneinander
isoliert und trennt, jeden der Mehrzahl von Elementebildungsbereichen 11, 12 umgibt
und derart gebildet wird, dass jeder Elementebildungsbereich 11, 12 die
Mehrzahl von p-leitenden Halbleiterteilen 14 und die Mehrzahl
von n-leitenden Halbleiterteilen 15 aufweist; und Bilden
weiterer Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der zweiten Oberfläche 10b jedes Elementebildungsbereichs 11, 12 des
Halbleitersubstrats 10c, auf das Bilden der Teile des doppelseitigen
Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf der
Seite der ersten Oberfläche 10a folgend, wobei
die weiteren Teile eine der ersten Elektrode 18a, 18b gegenüberliegende
zweite Elektrode 21, 21a, 21b aufweisen und
das doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b derart
gebildet wird, dass zwischen der ersten Elektrode 18a, 18b und
der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b ein
Strom fließt.
-
Gemäß dem
obigen Verfahren kann die vorstehend beschriebene Halbleitervorrichtung
gefertigt werden, indem beispielsweise die folgenden Schritte angewandt
werden: Bilden der Teile auf der Seite der ersten Oberfläche 10a des
Halbleitersubstrats 10, 10c zusätzlich
zum Bilden des Isolierfilms 31 auf der Seite der ersten
Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10, 10c;
und Bilden des Isoliergrabens 30a, 30c von der
Seite der zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10, 10c unter
Verwendung des Isolierfilms 31 auf der Seite der ersten
Oberfläche 10a als Stopper. Die Vorteile der gemäß dem
obigen Verfahren gefertigten Halbleitervorrichtung entsprechen im Wesentlichen
denen der vorstehend beschriebenen Halbleitervorrichtung.
-
Wenn
das obige Verfahren angewandt wird, werden Bereiche, welche die
mehreren Elementebildungsbereiche 11, 12 aufweisen,
dann, wenn eine Grabenwand, die durch das Halbleitersubstrat 10, 10c dringt,
derart gebildet wird, dass sie jeden der Elementebildungsbereiche 11, 12 umgibt, über
den Isolierfilm 31, der auf der ersten Oberfläche 10a des Halbleitersubstrats 10, 10c gebildet
ist, miteinander verbunden. Folglich kann verhindert werden, dass der
Elementebildungsbereich 11, 12 stromlos wird.
-
Das
obige Verfahren kann ferner den folgenden Schritt aufweisen: Dünnermachen
des Halbleitersubstrats 10c durch Entfernen eines Abschnitts der
zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10c,
auf das Bilden der Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der ersten Oberfläche (10a) folgend,
vor dem Bilden des Isoliergrabens 30a und vor dem Bilden
der Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der zweiten Oberfläche 10b.
-
Gemäß dem
obigen Verfahren kann das Bilden des Isoliergrabens 30, 30a,
und insbesondere das Bilden einer Grabenwand oder das Bilden des Grabenisolierfilms 30b und
des Leiters 30c innerhalb der Grabenwand, auf einfache
Weise ausgeführt werden. Ferner ist es dann, wenn der Isoliergraben 30, 30a den
Isolierfilm in dem Graben aufweist, nicht erforderlich, einen Prozess
zur Verringerung der Dicke einer Oberfläche, an welcher
der Isolierfilm in dem Graben und das Halbleitersubstrat 10c zusammen
vor handen sind, auszuführen. Folglich können sich
dann, wenn das Dünnermachen mit Hilfe eines CMP-Prozesses
ausgeführt wird, Belastungen, die durch das Polieren entstehen,
an einer Grenze zwischen dem Grabenisolierfilm 30b und
dem Halbleitersubstrat 10, 10c konzentrieren.
Folglich kann eine Erzeugung von Bruchstellen im Halbleitersubstrat 10, 10c verhindert
werden. Ferner kann dann, wenn das Dünnermachen durch Ätzen
ausgeführt wird, verhindert werden, dass sich eine Stufe
aufgrund einer Differenz der Ätzrate zwischen dem Grabenisolierfilm 30b und
dem Halbleitersubstrat 10, 10c bildet. Das heißt,
die Dicke der zweiten Oberfläche 10b des Halbleitersubstrats 10, 10c kann
in homogener Weise verringert werden.
-
Das
obige Verfahren kann derart erfolgen, dass: das Bilden des Isoliergrabens 30a die
folgenden Schritte aufweist: (i) Bilden eines Grabenisolierfilms 30b derart
auf einer Grabenwand des Isoliergrabens 30a, dass der Isoliergraben 30a eine
Kavität innerhalb der Grabenwand aufweist, und anschließend (ii)
Abscheiden eines leitfähigen Materials in die Kavität,
so dass der Isoliergraben 30a über den Grabenisolierfilm 30b mit
einem Leiter 30c gefüllt ist, wobei der Leiter 30c aus
dem leitfähigen Material aufgebaut ist; und das Bilden
der Teile des doppelseitigen Elektrodenelements 50, 50a, 50b auf
der Seite der zweiten Oberfläche 10b ein Abscheiden
des leitfähigen Materials auf die zweite Oberfläche 10b des
Halbleitersubstrats 10c umfasst, um die zweite Elektrode 21, 21a, 21b aus
dem leitfähigen Material zu bilden. Gemäß dem
obigen Verfahren kann eine Halbleitervorrichtung mit dem Isoliergraben 30, 30a,
dessen elektrisches Potential im Wesentlichen dem der zweiten Elektrode 21, 21a, 21b entspricht,
bereitgestellt werden.
-
Obgleich
die vorliegende Erfindung anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen
und Ausgestaltungen offenbart wurde, sollte wahrgenommen werden,
dass sie auf verschiedene Weisen verwirklicht werden kann, ohne
ihren Schutzumfang zu verlassen, so wie er in den beigefügten
Ansprüchen dargelegt wird. D. h., zusätzlich zu
den aufgezeigten Kombinationen und Konfigurationen sollen weitere Kombinationen
und Konfigurationen als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
beinhaltet verstanden werden.
-
Vorstehend
wurden eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zu deren Fertigung
offenbart.
-
Es
wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die ein Halbleitersubstrat
(10) mit einer ersten Oberfläche 10a und
einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden
zweiten Oberfläche 10b aufweist. Die Halbleitervorrichtung
weist ferner mehrere doppelseitige Elektrodenelemente 50, 50a, 50b auf,
die jeweils ein Elektrodenpaar 18a, 18b, 21, 21a, 21b aufweisen,
das auf der ersten und der zweiten Oberfläche 10a, 10b des
Halbleitersubstrats 10 angeordnet ist. Zwischen der ersten
und der zweiten Elektrode 18a, 18b, 21, 21a, 21b fließt
ein Strom. Jedes doppelseitige Elektrodenelement 50, 50a, 50b weist einen
im Halbleitersubstrat 10 angeordneten p-n-Säulenbereich 13 auf.
Die Halbleitervorrichtung weist ferner einen Isoliergraben 30 auf,
der jedes der mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b umgibt
und die mehreren doppelseitigen Elektrodenelemente 50, 50a, 50b voneinander
isoliert und trennt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - JP 2007-13003
A [0003, 0004, 0004, 0071]