DE102013015724A1 - Chiprandversiegelung - Google Patents

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Peter Nelle
Guenther Schindler
Markus Zundel
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Abstract

Die Beschreibung bezieht sich auf Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper, einer Isolation an dem Halbleiterkörper und einem Zellenfeld, welches zumindest teilweise in dem Halbeleiterkörper angeordnet ist. Das Zellenfeld weist zumindest einen p–n Übergang und zumindest eine Kontaktierung auf. Die Isolation ist in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers von einer umlaufenden Diffusionsbarriere begrenzt.

Description

  • Die vorliegende Beschreibung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente. Die vorliegende Beschreibung bezieht sich insbesondere auf feldeffektgesteuerte Halbleiterbauelemente und eine Eindiffusion mobiler Ionen in elektrische Isolierungen der feldeffektgesteuerten Halbleiterbauelemente.
  • Einleitung
  • Feldeffektransistoren (FETs) und andere feldeffektgesteuerte Halbleiterbauelemente (IGBTs, gategesteuerte Dioden) weisen zwischen der Gateelektrode und dem Bodybereich, in dem ein elektrisch leitender Kanal ausgebildet wird, eine Isolation auf, welche die Gateelektrode von dem Bodybereich elektrisch trennt. Diese Isolation ist in vielen Fällen aus Siliziumdioxid und wird meist als Gateoxid (GOX) bezeichnet.
  • Neben dem Gateoxid können auf einem Halbleiterbauelement zur elektrischen Isolierung eine oder mehrere Isolationsschichten aufgebracht sein, um den Halbleiterkörper elektrisch von der Umgebung zur isolieren. Diese Isolationsschichten können ebenfalls aus Siliziumdioxid und von unterschiedlicher Qualität sein. Diese Isolationsschichten können Oxide wie Feldoxidschichten (FOX) oder Zwischenoxidschichten (ZOX) umfassen und in verschiedenen Konfigurationen mit, an oder in das Gateoxid integrierte ausgeführt sein. Die verschiedenen Oxidschichten grenzen dabei in vielen Fällen aneinander.
  • Die elektrische Isolierung des Halbleiters ist abhängig von der Qualität der verwendeten Oxide und ein relevanter Parameter für die Funktion des Halbleiterbauelements. Ionen wie Li+, Na+, K+ und andere können in das Oxid eindringen und innerhalb der verschiedenen Oxidschichten diffundieren. Diese Ionen werden daher auch als mobile Ionen bezeichnet. Dadurch werden die elektrischen Isoliereigenschaften feldeffektgesteuerter Halbleiterbauelemente beeinträchtigt und deren elektrische Eigenschaften beeinflusst, wie z. B. die Einsatzspannung (Vth) abgesenkt.
  • Ionen können während des Herstellungsprozesses, aber auch während der gesamten Lebensdauer des feldeffektgesteuerten Halbleiterbauelements in das Oxid eindringen und dabei die elektrischen Eigenschaften verändern.
  • Aus der DE 69507987 T2 ist eine MOS-Gatestruktur bekannt, bei welcher ein Oberflächenschutzfilm am Rand eines Bauelements ein Oxid und eine Passivierung bedeckt.
  • Die vorliegende Beschreibung hat zum Ziel feldeffektgesteuerte Halbleiterbauelemente zu verbessern.
  • Dazu schlägt die vorliegende Beschreibung ein Halbleiterbauelement gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor. Die Beschreibung bezieht sich auf Halbleiterbauelemente mit einem Halbleiterkörper, einer Isolation an dem Halbleiterkörper und einem Zellenfeld, welches zumindest teilweise in dem Halbeleiterkörper angeordnet ist. Das Zellenfeld weist zumindest einen p–n Übergang und zumindest eine Kontaktierung auf.
  • Die Isolation ist in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers von einer umlaufenden Diffusionsbarriere begrenzt.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Diffusionsbarriere in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers zwischen einem Gateabschnitt der Isolation und einem Randbereich des Halbleiterbauelements angeordnet sein.
  • Mit der Diffusionsbarriere kann eine Eindiffusion von mobilen Ionen in laterale Richtung verhindert werden.
  • Weitere optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen genannt, welche jeweils mit allen unabhängigen Ansprüchen kombinierbar sind.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt schematisch eine Querschnittansicht eines Ausschnitts eines Randbereichs eines Halbleiterbauelements;
  • 2 zeigt die Querschnittansicht der 1 mit einem ersten Beispiel einer lateralen Diffusionsbarriere;
  • 3 zeigt die Querschnittansicht der 1 und 2 mit einem zweiten Beispiel einer lateralen Diffusionsbarriere;
  • 4 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement mit einer lateralen Diffusionsbarriere;
  • 5 zeigt ein weiteres Beispiel eines Ausschnitts eines Randbereichs eines Halbleiterbauelements mit einer lateralen Diffusionsbarriere;
  • 6 zeigt ein Beispiel eines Halbleiterbauelements mit einer lateralen Diffusionsbarriere.
  • 7 und 8 zeigen weitere Beispiele eines Halbleiterbauelements mit einer lateralen Diffusionsbarriere.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend, Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren, näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die konkret beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in geeigneter Weise modifiziert und abgewandelt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, einzelne Merkmale und Merkmalskombinationen einer Ausführungsform mit Merkmalen und Merkmalskombinationen einer anderen Ausführungsform geeignet zu kombinieren, um zu weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsformen zu gelangen.
  • Bevor im Folgenden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche Elemente in den Figuren mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen sind und dass eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente weggelassen wird. Ferner sind die Figuren nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht. Der Schwerpunkt liegt vielmehr auf der Erläuterung des Grundprinzips.
  • Angaben wie „vertikal” und „lateral” sind hierein auf die Bauweise des Halbleiterbauelements bezogen, wie sie auf dem Gebiet der Halbleiter gebräuchlich sind. Halbleiterbauelemente weisen meist eine Vorderseite und eine zu der Vorderseite parallele Rückseite auf, welche sich auf die beiden Seiten einer Waferscheibe beziehen, aus denen das Halbleiterbauelement hergestellt wird. Der Begriff „vertikal” bezeichnet eine Richtung von der Vorder- zur Rückseite und der Begriffe lateral bezeichnet eine Richtung parallel zu der Vorder- und/oder Rückseite. Ebenso beziehen sich die Begriffe „oben”, „unten” auf den Halbleiter selbst und nicht auf dessen Ausrichtung. Es versteht sich, dass das Halbleiterbauelement gedreht werden kann und in beliebigen Ausrichtungen positioniert werden kann.
  • 1 zeigt schematisch ein Beispiel eines Randbereichabschnitts eines Halbleiterbauelements 1 in einem Querschnitt. In der 1 ist zu Darstellungszwecken lediglich ein Randbereich zwischen einem Bauelementerand 60 des Halbleiterbauelements und einem Zellenfeld 20 und nicht das gesamte Halbleiterbauelement dargestellt. Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, der beispielsweise aus Silizium sein kann. An dem Halbleiterkörper 10 ist ein Zellenfeld 20 mit einem oder mehreren Kontakten und mindestens einem p–n Übergang 11 angeordnet. Das in der 1 dargestellte Zellenfeld 20 umfasst beispielhaft ein Sourcepad oder Sourceanschluss 26, welcher über eine oder mehrere Sourceelektroden 27 mit Bereichen des Halbleiterkörpers 10 verbunden sind. Feldeffektgesteuerte Halbleiterbauelemente umfassen zudem eine oder mehrere Gateelektroden 36, welche im dargestellten Beispiel in Trenchen oder Gräben 24, 25 angeordnet sind. Die Gateelektroden 36 sind von dem Halbleiterkörper 10 durch einen Gateabschnitt der Isolation 40, z. B. ein Gateoxid (GOX) 46 elektrisch isoliert. Das hier dargestellte Beispiel deutet eine mögliche Struktur an, es kann jedoch auch jede andere Struktur vorgesehen sein. Die Struktur wird an die gewünschte Funktion des Halbleiterbauelements angepasst sein. Dazu können in dem Halbleiterkörper 10 verschiedene Bereiche mit unterschiedlichen Dotierungen und unterschiedlichen Leitfähigkeiten vorgesehen sein, um die gewünschte Struktur zu erreichen.
  • Es ist auch möglich Trenche 24, 25 vorzusehen, welche neben der Gatelektrode 36, eine Feldelektrode beispielsweise auf Sourcepotential aufweisen, wobei beide Elektroden voneinander elektrisch isoliert sind. Es ist auch möglich Trenche vorzusehen, welche nur Feldelektroden aufweisen (nicht dargestellt) und welche zusätzlich zu den Trenchen 24, 25 mit Gateelektroden 36 vorgesehen werden. Es ist auch möglich auf Trenche zu verzichten und die Gateelektrode an der Vorderseite des Halbleiterbauelements 1 vorzusehen, also beispielsweise in planarer Ausführung ohne Trenche.
  • Das dargestellte Zellenfeld 20 deutet die möglichen Funktionsweisen lediglich an und es können eine Vielzahl von Merkmalen ergänzt werden. Je nach gewünschter Funktion kann das Zellenfeld angepasst werden um das Halbleiterbauelement 1 als Feldeffekttransistor, IGBT, Diode oder dergleichen auszulegen. Es können auch mehrere dieser Elemente in einem Halbleiterbauelement implementiert und kombiniert sein.
  • Bei vertikalen Bauelementen befindet sich zumindest ein Kontakt, meist der Drainanschluss, auf der Rückseite des Halbleiterkörpers (nicht dargestellt). Die anderen Anschlüsse, z. B. ein Sourceanschluss 26 und ein Gateanschluss (nicht dargestellt) befinden sich auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers, welche in den Figuren als obere Seite dargestellt ist.
  • Der Gateanschluss kann über eine Gateverbindung (Gaterunner) 32 elektrisch verbunden sein. Im darstellten Beispiel ist der Gaterunner 32 in einem Bereich zwischen dem Zellenfeld 20 und dem Seitenrand 60 des Halbeiterbauelement angeordnet. Unterhalb des Gaterunnners befindet sich im dargestellen Beispiel noch eine Gateplatte 34, welche aus polykristallinem Silizium oder aus einem anderen leitenden Material hergestellt sein kann. Die Gateplatte 34 ist von dem Halbleiterkörper 10 über ein Feldoxid 42 (FOX) elektrisch isoliert. Das Feldoxid 42 kann im dargestellten Beispiel aus Siliziumdioxid hergestellt sein und mit dem Gateoxid 46 verbunden sein. Das Feldoxid 42 kann als Schicht ausgeführt sein und kann sich im Wesentlichen über die gesamte Vorderseite des Halbleiterbauelements 1 erstrecken, wobei z. B. im Bereich der Sourceelektroden 27 Aussparungen in dem Feldoxid 42 zur Durchkontaktierung vorgesehen sein können. Weitere Aussparungen können vorgesehen sein.
  • Zusätzlich zu dem Feldoxid 42 und dem Gateoxid können weitere Oxidbereiche oder andere Isolationsbereiche vorgesehen sein, beispielsweise ein Zwischenoxid 44. Das Zwischenoxid 44 kann als dickere Schicht aufgebracht sein und beispielsweise ein größere Dicke aufweisen, als das Feldoxid 42. Das Zwischenoxid 44 kann ebenfalls als Schicht ausgeführt sein und kann sich im Wesentlichen über die gesamte Vorderseite des Halbleiterbauelements 1 erstrecken, wobei z. B. im Bereich der Sourceelektroden 27 und im Bereich der Gatekontaktierung Aussparungen dem Zwischenoxid 44 zur Durchkontaktierung vorgesehen sein können. Weitere Aussparungen können vorgesehen sein.
  • Durch das Zwischenoxid 44 wird der Halbleiterkörper 10 und gegebenenfalls darauf angeordnete Leiter, Elektroden usw. gegenüber der Umgebung des Halbleiterbauelementes elektrisch isoliert.
  • Das Gateoxid 46, das Feldoxid 42 und das Zwischenoxid 44 bilden zusammen ein Beispiel für eine Isolierung 40 aus. Zusätzlich oder alternative zu dem Feldoxid 42 und dem Zwischenoxid 44, und dem Gateoxid 46 kann die Isolation 40 weitere Oxidschichten oder Oxidbereiche umfassen.
  • Für die Isoliereigenschaften der Isolation 40 ist die Dicke und die Qualität des Zwischenoxids 44, des Feldoxids 42 und insbesondere des Gateoxids 46 verantwortlich. Die Qualität von Oxiden hängt zu einem wesentlichen Teil von der Anzahl mobiler Ionen ab, welche innerhalb des Oxids diffundieren können. Mobile Ionen umfassen dabei typischerweise Lithiumionen (Li+), Natriumionen (Na+), Kaliumionen (K+), ggf. auch Chlorionen (Cl–) und im geringeren Maße Magnesiumionen (Mg++) oder Kalziumionen (Ca++).
  • Die mobilen Ionen können bei direktem Kontakt mit dem Bauelement oder aus der Umgebung in das Halbleiterbauelement aufgenommen werden. Nachteilig sind die mobilen Ionen dabei insbesondere in Isolationen 40, da mobile Ionen hier die Isoliereigenschaften beeinträchtigen können. Mobile Ionen können während des Herstellungsprozesses und während der gesamten Lebensdauer des Halbleiterbauelements in die Isolation eindringen, so dass sich die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterbauelements über die Lebensdauer ändern können.
  • Zum Schutz der Isolation 40 vor mobilen Ionen kann auf der Isolation 40 eine Versiegelung oder Diffusionsstop 50 aufgebracht sein. Der Diffusionsstop 50 kann eine Siliziumnitridschicht 52 umfassen, welche zumindest abschnittsweise auf dem Zwischenoxid 44 angeordnet sein kann. Die Siliziumnitridschicht 52 kann die gesamte Vorderseite des Halbleiterbauelements 1 bedecken, mit der Ausnahme von Kontaktbereichen, wie dem Sourcepad 26. Siliziumnitrid hat sich als guter Diffusionstop bzw. als Diffusionsbarriere erwiesen, wodurch ein Eindringen mobiler Ionen in vertikaler Richtung verhindert werden kann. Neben Siliziumnitrid sind kristallines Silizium, polykristallines Silizium, Imide und verschieden Metalle (z. B. AlSiCu) wirkungsvolle Barrieren gegen die Diffusion mobiler Ionen.
  • Der Diffusionsstop 50 kann z. B. auch eine Imidschicht 54 umfassen. Die Imidschicht 54 kann auf der Siliziumnitridschicht 52 aufgebracht sein.
  • Wird ein Wafer mit einer Vielzahl von Halbleiterbauelementen, welche in vertikaler Richtung über dem Halbleiterkörper eine Isolation 40 und einen Diffusionstop 50 umfassen, in einzelne Halbleiterbauelement vereinzelt, können bei der Vereinzelung an den Kerfs, also an den Seitenrändern 60 der einzelnen Halbleierbauelemente 1 Bereiche entstehen, an welchen ein Teil der Isolation 40 gegenüber der Umgebung offen ist. Es hat sich gezeigt, dass an diesen Stellen mobile Ionen entlang lateraler Diffusionspfade 420, 440 in lateraler Richtung in das Feldoxid 42 und/oder in das Zwischenoxid 44 eindringen können.
  • Die 2 zeigt ein Beispiel einer Diffusionsbarriere 70 zur Verhinderung der Diffusion in lateraler Richtung (laterale Diffusionsbarriere 70). Das Halbleiterbauelement 11 der 2 entspricht weitgehend dem Halbleiterbauelement 1 der 1, wobei ähnliche oder identische Merkmale mit den denselben Bezugszeichen versehen sind.
  • Gegenüber dem Halbleiterbauelement 1 der 1 weist das Halbleiterbauelement 2 der 2 zusätzlich eine laterale Diffusionsbarriere 70 auf. Die laterale Diffusionsbarriere 70 ist zwischen dem Seitenrand 60 und dem Zellenfeld 20 in der Isolation 40 angeordnet und trennt die Isolation in eine Zellenisolation 402 und eine Randisolation 406 und verhindert eine laterale Diffusion mobiler Ionen von der Randisolation 406 in die Zellenisolation 402. Damit kann verhindert werden, dass mobile Ionen, welche an dem Seitenrand 60 in die Isolation 40 eindringen können, bis in den Bereich des Zellenfelds 20 oder bis in das Gateoxid 46 gelangen können. Im dargestellten Beispiel ist die Diffusionsbarriere in lateraler Richtung zwischen dem Seitenrand 60 und dem Gaterunner 32 bzw. der Gateplatte 34 angeordnet, so dass auch dieser Bereich vor der Eindiffusion mobiler Ionen geschützt ist.
  • Die laterale Diffusionsbarriere 70 kann aus einem Graben 71 in der Isolation 40 bestehen. Im Beispiel der 2 reicht der Graben 71 durch das Zwischenoxid 44 und durch das Feldoxid 42. Das Zwischenoxid 44 und das Feldoxid 42 werden durch den Graben 71 jeweils in einen äußeren Randbereich, einen Feldoxidrandbereich 426 und einen Zwischenoxidrandbereich 446, und einen inneren Zellenbereich, einen Feldoxidzellenbereich 422 und einen Zwischenoxidzellenbereich 442 getrennt. Das Nitrid 52, 57 steht in direktem Kontakt zum darunterliegenden Silizium 10 und somit schnüren zwei versiegelnde Materialien hier die Diffusion mobiler Ionen ab. Der Feldoxidrandbereich 426 und der Zwischenoxidrandbereich 446 haben somit also keine oxidische Verbindung zu dem Feldoxidzellenbereich 422 und dem Zwischenoxidzellenbereich 442. Damit wird eine Diffusion mobiler Ionen, die bevorzugt innerhalb von Oxiden stattfindet, von dem Seitenrand 60 zu dem Zellenfeld 20 in der Isolation 40 verhindert.
  • Im Beispiel der 2 grenzt ein Boden 73 des Diffusiosbarrierengrabens 71 an den Halbleiterkörper 10 an. Der Boden 73 und Seitenwände 75 des Diffusiosbarrierengrabens 71 weisen eine Barrierensiliziumnitridschicht 57 auf, welche mit der Siliziumnitridschicht 52 des vertikalen Diffusionsstops 50 verbunden sein kann. Im Beispiel der 2 liegt die Barrierensiliziumnitridschicht 57 im Bereich des Bodens 73 in direktem Kontakt auf der oberen Seite des Halbleiterkörpers 10, reicht jedoch nicht in den Halbleiterkörper 10 hinein.
  • Der Graben kann ferner mit Imid, bezeichnet als Grabenimid 74, gefüllt sein. Das Grabenimid 74 kann mit dem Imid 54 des Diffusionsstops verbunden sein und mit diesem zusammen ausgeführt werden.
  • 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer Diffusionsbarriere 700 zur Verhinderung der Diffusion in lateraler Richtung (laterale Diffusionsbarriere 700). Das Halbleiterbauelement 3 der 3 entspricht weitgehend dem Halbleiterbauelement 2 der 2, wobei ähnliche oder identische Merkmale mit den denselben Bezugszeichen versehen sind. Gegenüber dem Halbleiterbauelement 2 der 2 weist das Halbleiterbauelement 3 der 3 eine tiefere laterale Diffusionsbarriere 700 in Form eines tieferen Grabens 710 auf, welcher bis in den Halbleiterkörper 13 hineinragt. Der Boden 730 des tiefen Grabens 710 liegt somit unterhalb der vorderen Seite des Halbleiterkörpers 13. Durch die tiefere Ausführung des Grabens 710 und die Überlappung des Grabens mit dem Silizium des Halbleiterkörpers 13, kann das Feldoxid 42 besser in den Feldoxidrandbereich 426 und Feldoxidzellenbereich 422 getrennt werden. Eine laterale Diffusion mobiler Ionen kann damit noch besser verhindert werden.
  • Bei den Halbleiterbauelementen 2, 3 der 2 und 3 sind die Zellenisolation 402, und insbesondere der Zwischenoxidzellenbereich 442, der Feldoxidzellenbereich 422 und das Gateoxid 46 lückenlos versiegelt, d. h. durchgehend von einem diffusionsstoppenden oder hemmenden Material umgeben, so dass keine mobilen Ionen eindringen können. Neben der Bedeckung mit Siliziumnitrid 52, 57 ist die Zellenisolation 402 von dem Metall des Sourcepads 26, und von dem Halbleiterkörper 10, 13 umgeben, welche allesamt Diffusionsbarrieren oder einen Diffusionsstop darstellen. Damit ergibt sich eine lückenlose durchgängig geschlossene Versiegelung der Zellenisolation 402 vom Randbereich bis zum Chipinneren bzw. zum Zellenfeld 20, so dass keine mobilen Ionen eindringen können.
  • Ferner kann vorgesehen sein, dass sich die verschiedenen Elemente der Versiegelung bzw. des Diffusionsstops überlagern um eine sichere Abdichtung gegen mobile Ionen zu erreichen. So weist, wie in den 1 bis 3 dargestellt, das Siliumnitrid 52 und das Imid 54 an dem Sourceanschluss 26 jeweils eine Überlappung 526, 546 auf, an welcher das Siliumnitrid 52 und das Imid 54 ein Stück weit über das Metall 26 gezogen sind. Diese Überlappung kann durch den tiefen Graben 710, wie er in der 3 dargestellt ist, ergänzt werden, so dass an jeder Stelle des Halbleiterbauelements die Zellenisolation 402 optimal versiegelt ist.
  • 4 zeigt das Halbleiterbauelement 2, 3 der 2 und 3 in der Draufsicht. Die Halbleiterbauelemente 2, 3 unterscheiden sich in der Tiefe der Gräben und 71, 710, welche in der Draufsicht nicht sichtbar ist, so dass sich die Draufsicht nicht unterscheidet. Die laterale Diffusionsbarriere 70, 700 ist umlaufend um das Zellenfeld 20 bzw. um die Gatebereiche 30 angeordnet. Die Gräben 71, 710 sind vorzugsweise als geschlossene Ringe umlaufend ausgebildet, so dass an keiner Stelle eine Verbindung zwischen dem Randfeldoxid 426 im Randbereich und dem Zellenfeldoxid 422 im Zellenbereich besteht. Beide Bereiche sind durch den Graben 71, 710 voneinander getrennt und haben keine Verbindung zueinander. Ebenso ist das Zwischenoxid 44 in einen Zwischenoxidrandbereich 446 und eine Zwischenoxidzellenbereich 442 geteilt. Eine Diffusion mobiler Ionen vom Rand 60 des Bauelements zu dem Zellenfeld 20 kann damit verhindert werden. Anstatt eines vollständig umlaufenden Rings ist auch ein geöffneter oder unterbrochener Ring mit Unterbrechung an geeigneten Stellen möglich.
  • Während die Diffusionsbarriere, 70, 700 hier entlang des Seitenrandes 60 des Halbleiterbauelement 2, 3 gezeigt ist, kann die Anordnung der Diffusionsbarriere, 70, 700 auch anders erfolgen. Es ist denkbar, die Diffusionsbarriere 70, 700 nur um Gatebereiche herum anzuordnen. Es können auch mehrere Diffusionsbarrieren 70, 700 an einem Halbleiterbauelement angeordnet sein. Es können auch mehrere Diffusionsbarrieren 70, 700 miteinander verbunden, gekreuzt oder überlappend zueinander angeordnet werden.
  • Es ist vorteilhaft, wenn die Diffusionsbarriere 70, 700 einen geschlossenen Ring bildet, so dass der zu schützende Bereich von dem Bereich, in den mobile Ionen eindringen können gänzlich getrennt ist.
  • 5 und 6 zeigen weitere Beispiele eines Halbleiterbauelements 5, 6, welche ein Fachmann ohne weiteres mit den Beispielen der 2, bis 4 kombinieren wird. Wie in den 5 und 6 dargestellt, können im Randbereich des Halbleiterbauelements auch ein oder mehrere Randtrenche 261, 263 vorgesehen sein. Diese Randtrenche 261, 263 können beispielsweise als Chippingstopper ausgelegt sein. Die Diffusionsbarriere 701, 702 kann zwischen zwei oder mehreren Trenchen 261 und 263 angeordnet sein.
  • Die Beispiele der 5 und 6 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Tiefe des Grabens 711, 712. Im Beispiel der 5 liegt der Grabenboden 731 aus Siliziumnitrid auf dem Halbleiterkörper 15 an. Im Beispiel der 6 reicht Graben 712 in den Halbleiterkörper 16 hinein und der Grabenboden 732 aus Siliziumnitrid liegt unterhalb der Oberfläche des Halbleiterkörpers 15, so dass in diesem Beispiel eine Überlappung des diffusionstoppenden Grabens 712 mit dem Halbeiterkörper 16 entsteht, wie mit Bezug auf 3 beschrieben.
  • Die Diffusionsbarriere 70, 700, 701, 702 wurde in der oben ausgeführten Beschreibung als Graben 71, 710, 711, 712 beschrieben, welche mit einer Siliziumnitridschicht 52, 57, 520 und Imid 54, 540 gefüllt ist. Diese Ausführungsform lässt sich leicht in bestehende Prozesse integrieren. Die Imidfüllung 74, 740 kann auch weggelassen sein oder der Graben 71, 710, 711, 712 kann vollständig mit Siliziumnitrid 52, 57, 520 gefüllt sein. Auch kann eine dünnere Barriere verwendet werden beispielsweise in Form einer vertikalen Siliziumnitridwand, welche den Zellenbereich 20 von dem Randbereich 60 und damit die Isolation 40 in eine Zellenisolation 402 und eine Randisolation 406 trennt.
  • In diesen Beispielen kann zusammenfassend die Diffusionsbarriere einen Graben 71, 710, 711, 71 umfassen, welcher die Isolation 40 durchschneidet und in einen Zellenbereich 402, 422, 442, 462 und einen Randbereich 406, 426, 446, 466 teilt. Der Graben 710, 712 kann in den Halbleiterkörper 13 hineinragen. Der Graben 71, 710, 711, 712 kann zumindest einen Grabenrand 75, 750, 751, 752 aus Siliziumnitrid umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann der Graben 71, 710, 711, 712 mit einem Imid 74, 740, 741, 742 gefüllt sein.
  • Die 7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Diffusionsbarriere. Der Zellenbereich 20 entspricht in diesem Beispiel der 2, wobei hier die Diffusionsbarriere 707 nicht als vollständiger Graben ausgeführt ist. In diesem Beispiel ist die Diffusionsbarriere 707 als einseitiger Graben ausgeführt und weist nur eine zellenfeldseitige Seitenwand 752 auf. Der Boden 737 der Diffusionsbarriere 707 der 7 ist weiter zum Seitenrand 60 des Bauelement hingeführt und in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 10. Der Boden 737 endet im Randbereich 760 des Halbleiterkörpers 10, wo er in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper 10 ist. Eine zweite Grabenwand wie in der 2 ist in diesem Beispiel weggelassen.
  • Neben einer zweiten Grabenwand gibt es im Beispiel der 7 auch keinen Feldoxidrandbereich oder Zwischenoxidrandbereich. Das Feldoxid 422 und das Zwischenoxid 442 endet im Beispiel der 7 an der zellenseitigen Grabenwand 752.
  • Der Boden 737 kann eine Barrierenitridschicht 527 umfassen, welche mit der Siliziumnitridschicht 52 des vertikalen Diffusionsstops 50 verbunden sein kann. Die Barrierenitridschicht 527 liegt in direktem Kontakt auf der oberen Seite des Halbleiterkörpers 10 an, reicht jedoch nicht in den Halbleiterkörper 10 hinein. Das Nitrid der Barrierenitridschicht 527 steht in direktem Kontakt zum darunterliegenden Silizium der Halbleiterkörpers 10 und somit schnüren zwei versiegelnde Materialien auch hier die Diffusion mobiler Ionen ab. Der direkte Kontakt der Barrierenitridschicht 527 zum darunterliegenden Silizium der Halbleiterkörpers 10 kann in einer Richtung vom Zellenfeld 20 zu dem Seitenrand 60 des Halbeleiterbauelements über eine Länge von einigen μm bis zu 100 μm sein, beispielsweise im Bereich von 10 bis 30 μm.
  • Die Barrierenitridschicht 527 kann über ihren gesamten Bereich von eine Bearriereimidschicht 547 bedeckt sein, die mit dem Imid 54 des Diffusionsstops verbunden sein und mit diesem zusammen ausgeführt werden kann.
  • Der Boden 737 mit der Barrierenitridschicht 527 und der Bearriereimidschicht 547 kann bis zum Seitenrand 60 des Halbleiterbauelement geführt sein, kann jedoch auch in einem Bereich zwischen dem Seitenrand 60 und der zellenfeldseitigen Seitenwand 752 enden, wie in der 7 gezeigt, so dass ein Bereich mit freiliegendem Halbleitermaterial 107 freigelegt bzw. offen bleibt. Dieser freiliegende Halbleiterbereich 107 kann undotiertes Silizium, eine zumindest teilweise undotierte Epitaxieschicht, eine homogen dotierte Halbleitermaterial sein. Dieser freiliegende Halbleiterbereich 107 kann n-dotiert oder p-dotiert sein. Der freiliegende offene Halbleiterbereich 107 ist vorteilhaft beim Vereinzeln der Halbleiterbauelemente 10 von einem Wafer, da hier besser gesägt werden kann. Auch andere Trennverfahren wie laser dicing oder plasma dicing können auf freiliegendem Halbleitermaterial einfacher und fehlerfreier durchgeführt werden.
  • Die 8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Difusionsbarriere 708. Der Zellenbereich 20 entspricht in diesem Beispiel der 3, wobei auch hier die Diffusionsbarriere 708 nicht als vollständiger Graben ausgeführt ist. Die Diffusionsbarriere 708 als einseitiger Graben ausgeführt und weist nur eine zellenfeldseitige Seitenwand 758 auf, wobei im Gegensatz zum Beispiel der 7 hier die Seitenwand auch den Halbleiterkörper 18 lateral begrenzt. Der Boden 738 der Diffusionsbarriere 708 der 8 ist in diesem Beispiel in vertikaler Richtung des Halbleiters 18 unterhalb des Feldoxids 422 und des Zwischenoxids 442 angeordnet. Der Halbleiterbereich west dazu eine Vertiefung 187 im Randbereich 768 auf, wo der Halbleiterkörper 18 eine geringer Dicke aufweist als im Zellenfeld 20. Die Vertiefung setzt sich bis zum Seitenrand 60 des Halbleiterkörpers 18 fort und ist zumindest teilweise in direktem Kontakt mit dem Boden 738 der Diffusionsbarriere.
  • Eine zweite Grabenwand wie in der 3 ist in diesem Beispiel weggelassen. Es gibt im Beispiel der 8 auch keinen Feldoxidrandbereich oder Zwischenoxidrandbereich. Das Feldoxid 422 und das Zwischenoxid 442 endet im Beispiel der 8 an der zellenseitigen Grabenwand 758.
  • Der Boden 738 kann eine Barrierenitridschicht 528 umfassen, welche mit der Siliziumnitridschicht 52 des vertikalen Diffusionsstops 50 verbunden sein kann. Die Barrierenitridschicht 528 liegt in direktem Kontakt auf der oberen Seite des Halbleiterkörpers 18 an und bedeckt diesen teilweise in vertikaler und in horizontaler Reichtung. Das Nitrid der Barrierenitridschicht 528 steht in direktem Kontakt zum darunterliegenden Silizium der Halbleiterkörpers 18 und somit schnüren zwei versiegelnde Materialien auch hier die Diffusion mobiler Ionen ab. Durch die lateral Begrenzung und die Vertiefung des Halbleiterkörpers 18 im Randbereich 768 kann die Abschirmung vor dem Eindringen mobiler Ionen nochmals verbessert werden.
  • Der direkte Kontakt der Barrierenitridschicht 528 zum darunterliegenden Silizium der Halbleiterkörpers 18 kann in einer Richtung vom Zellenfeld 20 zu dem Seitenrand 60 des Halbeleiterbauelements über eine Länge von einigen μm bis zu 100 μm sein, beispielsweise im Bereich von 10 bis 30 μm.
  • Die Barrierenitridschicht 528 kann über ihren gesamten Bereich von eine Bearriereimidschicht 548 bedeckt sein, die mit dem Imid 54 des Diffusionsstops verbunden ist und mit diesem zusammen ausgeführt werden kann.
  • Der Boden 738 mit der Barrierenitridschicht 528 und der Bearriereimidschicht 548 kann bis zum Seitenrand 60 des Halbleiterbauelement 18 geführt sein, kann jedoch auch in einem Bereich zwischen dem Seitenrand 60 und der zellenfeldseitigen Seitenwand 758 enden, wie in der 8 gezeigt, so dass ein Bereich mit freiliegendem Halbleitermaterial 108 freigelegt bzw. offen bleibt. Dieser freiliegende Halbleiterbereich 108 kann undotiertes Silizium, eine zumindest teilweise undotierte Epitaxieschicht, eine homogen dotierte Halbleitermaterial sein. Dieser freiliegende Halbleiterbereich 108 kann n-dotiert oder p-dotiert sein. Der freiliegende offene Halbleiterbereich 108 ist vorteilhaft beim Vereinzeln der Halbleiterbauelemente 10 von einem Wafer, da hier besser gesägt werden kann. Auch andere Trennverfahren wie laser dicing oder plasma dicing können auf freiliegendem Halbleitermaterial einfacher und fehlerfreier durchgeführt werden.
  • 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
    • DE 69507987 T2 [0006]

Claims (15)

  1. Halbleiterbauelement (2, 3, 5, 6) umfassend: – einen Halbleiterkörper (10, 13, 15, 16), – eine Isolation (40) an dem Halbleiterkörper, – ein Zellenfeld (20) zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper, welches zumindest einen p–n Übergang und zumindest eine Kontaktierung umfasst; wobei ein Zellenbereich (402, 422, 442) der Isolation (40) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers von einer umlaufenden Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702, 707, 708) begrenzt ist.
  2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die umlaufende Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702, 707, 708) das Zellenfeld (20) geschlossen umläuft.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die umlaufende Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702, 707, 708) zwischen dem Zellenfeld (20) und einem Seitenrand (60) des Halbleiterbauelements angeordnet ist.
  4. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die umlaufende Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702, 707, 708) Siliziumnitrid umfasst.
  5. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702) ein Imid umfasst.
  6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Diffusionsbarriere in einem Bereich zwischen dem Zellenfeld (20) und einem Seitenrand (60) des Halbleiterbauelements in Kontakt mit dem Halbleiterkörper ist.
  7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, wobei die Diffusionsbarriere (710, 712) in einen Bereich unterhalb einer Oberfläche des Halbleiterkörpers im Zellenfeld (20) hineinragt.
  8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei der Halbleiterkörper in einem Randbereich (768) eine Vertiefung (187) aufweist, welche bis zum Seitenrand (60) verläuft.
  9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die umlaufende Diffusionsbarriere (707, 708) vor dem Seitenrand 60 endet.
  10. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die umlaufende Diffusionsbarriere (707, 708) in dem Randbereich den Halbleiterkörper in einer horizontalen Richtung bedeckt.
  11. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Isolation (40) ein Siliziumdioxid umfasst.
  12. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die umlaufende Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702) den Zellenabschnitt (402, 422, 442) der Isolation (40) in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers bedeckt.
  13. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Zellenabschnitt (402, 422, 442) der Isolation (40) vollständig von diffusionsstoppenden Elementen umschlossen ist.
  14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 12, wobei mehrere diffusionsstoppende Elemente überlappend zueinander angeordnet sind.
  15. Feldeffektgesteuertes Halbleiterbauelement (2, 3, 5, 6) umfassend: – einen Halbleiterkörper (10, 13, 15, 16), – eine Isolation (40, 42, 44) an zumindest einer Seite des Halbleiterkörpers; – ein Zellenfeld zumindest teilweise in dem Halbleiterkörper, welches zumindest einen p–n Übergang und zumindest eine Kontaktierung umfasst und wobei das Zellenfeld zumindest eine Elektrode auf Gatepotential umfasst, welche durch zumindest einen Gateabschnitt (46) der Isolation (40) von dem Halbleiterkörper elektrisch isoliert ist, wobei eine Diffusionsbarriere (70, 700, 701, 702) die Isolation (40) zwischen dem Gateabschnitt (46) der Isolation (40) und einem Seitenrand (60) des feldeffektgesteuerten Halbleiterbauelements (2, 3, 5, 6) in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers trennt.
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