DE102020120679A1 - Eine vielzahl von gräben enthaltende halbleitervorrichtung - Google Patents

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Christian Philipp Sandow
Matteo Dainese
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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Halbleitervorrichtung (100). Die Halbleitervorrichtung (100) enthält eine Vielzahl von Gräben (102), die sich von einer ersten Hauptoberfläche (106) aus in einen Halbleiterkörper (104) erstrecken. Eine erste Gruppe (1021) der Vielzahl von Gräben (102) enthält eine Gate-Elektrode (1081). Eine zweite Gruppe (1022) der Vielzahl von Gräben (102) enthält eine Source-Elektrode (1082). Eine dritte Gruppe (1023) der Vielzahl von Gräben (102) enthält eine Hilfselektrode (1083). Die Source-Elektrode (1082) ist über eine Source-Verdrahtungsleitung (112) und die Hilfselektrode (1083) mit einem Source-Kontaktbereich (110) elektrisch gekoppelt. Die Source-Verdrahtungsleitung (112) und die Hilfselektrode (1083) sind zwischen den Source-Kontaktbereich (110) und die Source-Elektrode (1082) elektrisch in Reihe geschaltet.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen, insbesondere auf eine Vielzahl von Gräben enthaltende Halbleitervorrichtungen.
  • HINTERGRUND
  • In Halbleiter-Schaltvorrichtungen wie IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) fluten mobile Ladungsträger ein niedrigdotiertes Driftgebiet und bilden ein Ladungsträgerplasma, das einen niedrigen Einschalt- bzw. Durchlasswiderstand liefert. Wenn mittels Gate-Elektroden in Gräben zwischen einem Ein- und Aus-Zustand umgeschaltet wird, haben parasitäre Kapazitäten einen Einfluss auf das gesamte Schaltverhalten der Vorrichtung. Unerwünschte Effekte wie etwa Einschaltverluste können die Folge sein. Somit ist die Entwicklung einer Technologie der Halbleitervorrichtungen, um Zielanforderungen an die Schalteigenschaften von Halbleiter-Grabenvorrichtungen zu erfüllen, eine Herausforderung.
  • Es besteht ein Bedarf daran, Schalteigenschaften von Halbleiter-Grabenvorrichtungen zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung enthält eine Vielzahl von Gräben, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Gate-Elektrode.
  • Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Source-Elektrode. Eine dritte Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Hilfselektrode. Die Source-Elektrode ist über eine Source-Verdrahtungsleitung und die Hilfselektrode mit einem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt. Die Source-Verdrahtungsleitung und die Hilfselektrode sind zwischen den Source-Kontaktbereich und die Source-Elektrode elektrisch in Reihe geschaltet.
  • Ein anderes Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine weitere Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung enthält eine Vielzahl von Gräben, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Gate-Elektrode. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Source-Elektrode. Die Source-Elektrode ist in zumindest einen ersten Teil und einen zweiten Teil unterteilt. Ein Leitwert pro Einheitslänge des ersten Teils entlang einer longitudinalen Richtung der Source-Elektrode ist geringer als ein Leitwert pro Einheitslänge des zweiten Teils entlang der longitudinalen Richtung der Source-Elektrode. Der zweite Teil ist über den ersten Teil mit einem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt. Die Halbleitervorrichtung enthält ferner ein Mesagebiet, das von einem Graben der ersten Gruppe und einem Graben der zweiten Gruppe begrenzt ist. Das Mesagebiet enthält ein Source-Gebiet, das mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch verbunden ist.
  • Ein weiteres Beispiel der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine weitere Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung enthält eine Vielzahl von Gräben, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Gate-Elektrode. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben enthält eine Source-Elektrode. Die Source-Elektrode in der zweiten Gruppe ist über eine Source-Verdrahtungsleitung und einen Widerstand, der auf einem vom Halbleiterkörper verschiedenen Substrat platziert ist, mit einem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt. Die Source-Verdrahtungsleitung und der Widerstand sind zwischen den Source-Kontaktbereich und die Source-Elektrode in der zweiten Gruppe der Gräben in Reihe geschaltet.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in diese Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen von Halbleitervorrichtungen, z.B. vertikalen Leistungs-Halbleitervorrichtungen, und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Ausführungsformen. Weitere Ausführungsformen werden in der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben.
    • 1A bis 1F sind schematische Drauf- und Querschnittsansichten, um ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung zu veranschaulichen, die eine ohmsche bzw. Widerstandskopplung zwischen einer Source-Elektrode und einem Source-Kontaktbereich enthält.
    • 2A bis 21 sind schematische Layouts, um Beispiele einer Widerstandskopplung zwischen einer Source-Elektrode und einem Source-Kontaktbereich zu veranschaulichen.
    • 3A bis 3C, 4 und 5 sind schematische Drauf- und Querschnittsansichten, um andere Beispiele einer Halbleitervorrichtung zu veranschaulichen, die eine Widerstandskopplung zwischen einer Source-Elektrode und einem Source-Kontaktbereich enthält.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen mit Hilfe von Veranschaulichungen spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Veranschaulichungszwecken. Der Klarheit halber sind die gleichen Elemente sind in den verschiedenen Zeichnungen mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen sind offene Begriffe, und die Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein zusätzlicher Elemente oder Merkmale nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ kann eine permanente niederohmige Verbindung zwischen den elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den jeweiligen Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder ein hochdotiertes Halbleitermaterial sein. Der Begriff „elektrisch gekoppelt“ schließt ein, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signal- und/oder Leistungsübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen angeordnet sein können, beispielsweise Elemente, die gesteuert werden können, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand bereitzustellen. Ein ohmscher Kontakt ist ein nicht gleichrichtender elektrischer Übergang mit einer linearen oder nahezu linearen Strom-Spannung-Charakteristik.
  • Für physikalische Abmessungen angegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Ein Parameter y mit einem Wert von zumindest c liest sich als c ≤ y, und ein Parameter mit einem Wert von höchstens d liest sich als y ≤ d.
  • Der Begriff „auf“ ist nicht dahingehend aufzufassen, dass er nur „direkt auf“ bedeutet. Vielmehr kann, falls ein Element „auf“ einem anderen Element positioniert ist (z. B. eine Schicht „auf“ einer anderen Schicht oder „auf“ einem Substrat ist), eine weitere Komponente (z. B. eine weitere Schicht) zwischen den zwei Elementen positioniert sein (z. B. kann eine weitere Schicht zwischen einer Schicht und einem Substrat, falls die Schicht „auf“ dem Substrat ist, positioniert sein).
  • Ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung kann eine Vielzahl von Gräben enthalten, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Gate-Elektrode enthalten. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Source-Elektrode enthalten. Eine dritte Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Hilfselektrode enthalten. Die Source-Elektrode kann über eine Source-Verdrahtungsleitung und die Hilfselektrode mit einem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt sein. Die Source-Verdrahtungsleitung und die Hilfselektrode können zwischen den Source-Kontaktbereich und die Source-Elektrode elektrisch in Reihe geschaltet sein.
  • Die Halbleitervorrichtung kann eine vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung sein, die einen Laststromfluss zwischen einem ersten Lastanschluss an der ersten Hauptoberfläche und einem zweiten Lastanschluss an einer der ersten Hauptoberfläche entgegengesetzten zweiten Hauptoberfläche aufweist. Die Halbleitervorrichtung kann ein vertikaler LeistungsHalbleiter-IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder ein rückwärtsleitender (RC-)IGBT eines Leistungs-Halbleiters oder ein Leistungs-Halbleitertransistor wie etwa ein Leistungs-Halbleiter-IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, z.B. ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) sein. Die vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung kann dafür konfiguriert sein, Ströme von mehr als 1 A oder mehr als 30 A oder gar mehr als 100 A zu leiten, und kann ferner dafür konfiguriert sein, Spannungen zwischen Lastanschlüssen, z.B. zwischen Emitter und Kollektor eines IGBT oder zwischen Drain und Source eines MOSFET, im Bereich von mehreren hundert bis mehrere tausend Volt, z.B. 400 V, 650 V, 1,2 kV, 1,7 kV, 3,3 kV, 4,5 kV, 5,5 kV, 6 kV, 6,5 kV, zu sperren. Die Sperrspannung kann beispielsweise einer in einem Datenblatt der Leistungs-Halbleitervorrichtung spezifizierten Spannungsklasse entsprechen.
  • Der Halbleiterkörper kann ein Halbleitermaterial aus den elementaren Halbleitern der Gruppe IV, ein IV-IV-Verbund-Halbleitermaterial, ein III-V-Verbund-Halbleitermaterial oder ein II-VI-Verbund-Halbleitermaterial sein. Beispiele von Halbleitermaterialien aus den elementaren Halbleitern der Gruppe IV umfassen unter anderem Silizium (Si) und Germanium (Ge). Beispiele von IV-IV-Verbund-Halbleitermaterialien umfassen unter anderem Siliziumcarbid (SiC) und Siliziumgermanium (SiGe). Beispiele eines III-V-Verbund-Halbleitermaterials umfassen unter anderem Galliumarsenid (GaAs), Galliumnitrid (GaN), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumnitrid (InGaN) und Indiumgalliumarsenid (InGaAs). Beispiele von II-VI-Verbund-Halbleitermaterialien umfassen unter anderem Cadmium-Tellurid (CdTe), Quecksilber-Cadmium-Tellurid (CdHgTe) und Cadmium-Magnesium-Tellurid (CdMgTe). Der Halbleiterkörper kann zum Beispiel ein magnetischer Czochralski-, MCZ-, oder ein Float-Zone- (FZ) - bzw. Zonenschmelz- oder ein epitaktisch abgeschiedener Silizium-Halbleiterkörper sein.
  • Beispielsweise kann die Gate-Elektrode in der ersten Gruppe der Vielzahl von Gräben durch ein Dielektrikum, z.B. ein Gate-Dielektrikum, von einem umgebenden Teil des Halbleiterkörpers, z.B. von einem Body-Gebiet, elektrisch isoliert sein. Das Dielektrikum kann eine Schicht oder eine Kombination von Schichten, zum Beispiel einen Schichtstapel dielektrischer Schichten, beispielsweise Oxidschichten wie etwa thermische Oxidschichten oder abgeschiedene Oxidschichten, z.B. undotiertes Silicatglas (USG), Phosphosilicatglas (PSG), Borsilicatglas (BSG), Borphosphosilicatglas (BPSG), Nitridschichten, dielektrische Schichten mit hoher Dielektrizitätskonstante oder dielektrische Schichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante enthalten. Die Gate-Elektrode kann ein Elektrodenmaterial oder eine Kombination von Elektrodenmaterialien, zum Beispiel ein dotiertes Halbleitermaterial (z.B. ein hochdotiertes Halbleitermaterial) wie etwa dotiertes polykristallines Silizium, Metall oder Metallverbindungen, enthalten. Ähnlich der Gate-Elektrode in der ersten Gruppe kann auch die Source-Elektrode in der zweiten Gruppe der Vielzahl von Gräben durch ein Dielektrikum von einem umgebenden Teil des Halbleiterkörpers elektrisch isoliert sein. Die Source-Elektrode kann ein Elektrodenmaterial oder eine Kombination von Elektrodenmaterialien, zum Beispiel ein dotiertes Halbleitermaterial (z.B. ein hochdotiertes Halbleitermaterial) wie etwa dotiertes polykristallines Silizium, Metall oder Metallverbindungen, enthalten. Ähnlich der Gate-Elektrode in der ersten Gruppe und ähnlich der Source-Elektrode in der zweiten Gruppe kann die Hilfselektrode in der dritten Gruppe der Vielzahl von Gräben ebenfalls durch ein Dielektrikum von einem umgebenden Teil des Halbleiterkörpers elektrisch isoliert sein. Die Hilfselektrode kann ein Elektrodenmaterial oder eine Kombination von Elektrodenmaterialien, zum Beispiel ein dotiertes Halbleitermaterial (z.B. ein hochdotiertes Halbleitermaterial) wie etwa dotiertes polykristallines Silizium, Metall oder Metallverbindungen, enthalten. Die Vielzahl von Gräben in der ersten bis dritten Gruppe oder Teile davon können z.B. durch einen gemeinsamen (gemeinsame) Ätzprozess (Ätzprozesse) gleichzeitig gebildet werden. Desgleichen können auch die Gate-Elektrode, die Source-Elektrode und die Hilfselektrode z.B. durch einen gemeinsamen (gemeinsame) Schichtabscheidungsprozess (-prozesse) zumindest teilweise gleichzeitig gebildet werden.
  • Alle oder einige Teile von jedem der Gräben der ersten bis dritten Gruppe können streifenförmig sein. Streifenförmige Teile der Gräben der ersten bis dritten Gruppe können sich entlang einer longitudinalen Richtung, z.B. einer ersten lateralen Richtung, parallel erstrecken.
  • Die Source-Verdrahtungsleitung kann an einem Rand eines aktiven Bereichs angeordnet sein. Im aktiven Bereich kann ein Laststrom von einem Lastanschluss über der ersten Hauptoberfläche in den Halbleiterkörper eintreten. Beispielsweise kann der Lastanschluss der Source-Kontaktbereich sein und kann die Source-Verdrahtungsleitung vom Source-Kontaktbereich lateral beabstandet sein. Obgleich die Source-Elektrode der zweiten Gruppe zumindest zum Teil direkt unter dem Source-Kontaktbereich angeordnet sein kann, kann die Source-Elektrode der zweiten Gruppe über die Source-Verdrahtungsleitung und die Hilfselektrode in der dritten Gruppe mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt sein, statt durch einen Kontakt oberhalb der Source-Elektrode direkt mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch verbunden zu sein. Dies kann eine Reduzierung eines Abschirmeffektes der Gräben der zweiten Gruppe ermöglichen, indem eine Widerstandskopplung zwischen einem Potential der Source-Elektrode in den Gräben der zweiten Gruppe und dem Potential des Source-Kontaktbereichs eingeführt wird. Diese Widerstandskopplung kann ein Unterdrücken eines Schwanzes der Einschaltspannung ermöglichen und folglich Einschaltverluste reduzieren.
  • Die Halbleitervorrichtung kann zum Beispiel ein Driftgebiet zwischen der ersten Hauptoberfläche und der zweiten Hauptoberfläche enthalten. Eine Störstellenkonzentration im Driftgebiet kann mit zunehmendem Abstand zur ersten Hauptoberfläche zumindest in Abschnitten bzw. Bereichen seiner vertikalen Ausdehnung allmählich oder in Stufen zunehmen oder abnehmen. Gemäß anderen Beispielen kann die Störstellenkonzentration im Driftgebiet annähernd gleichmäßig sein. Für auf Silizium basierende IGBTs kann eine mittlere Störstellenkonzentration im Driftgebiet zwischen 5 × 1012 cm-3 und 1 × 1015 cm-3, zum Beispiel in einem Bereich von 1 × 1013 cm-3 bis 2 × 1014 cm-3, liegen. Im Fall einer auf SiC basierenden Halbleitervorrichtung kann eine mittlere Störstellenkonzentration im Driftgebiet zwischen 5 x 1014 cm-3 und 1 × 1017 cm-3, zum Beispiel in einem Bereich von 1 × 1015 cm-3 bis 2 × 1016 cm-3, liegen. Eine vertikale Ausdehnung des Driftgebiets kann von Spannungssperranforderungen, z.B. einer spezifizierten Spannungsklasse, der vertikalen Leistungs-Halbleitervorrichtung abhängen. Wenn die vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung im Spannungssperrmodus betrieben wird, kann sich je nach der an die vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung angelegten Sperrspannung ein Raumladungsgebiet vertikal teilweise oder ganz durch das Driftgebiet erstrecken. Wenn die vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung bei oder nahe der spezifizierten maximalen Sperrspannung betrieben wird, kann das Raumladungsgebiet das Feldstoppgebiet erreichen oder darin eindringen. Das Feldstoppgebiet ist dafür konfiguriert, zu verhindern, dass das Raumladungsgebiet weiter bis zu der Kathode oder dem Kollektor an der zweiten Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers reicht. Auf diese Weise kann das Drift- oder Basisgebiet unter Verwendung erwünschter niedriger Dotierungspegel und mit einer gewünschten Dicke ausgebildet werden, während ein sanftes Schalten für die so ausgebildete Halbleitervorrichtung erreicht wird.
  • Die Source-Verdrahtungsleitung und der Source-Kontaktbereich können zum Beispiel separate Teile einer strukturierten Verdrahtungsschicht sein. Beispielsweise können die Source-Verdrahtungsleitung und der Source-Kontaktbereich einer Verdrahtungsebene eines Verdrahtungsbereichs über der ersten Hauptoberfläche entsprechen, wobei im Fall mehrerer Verdrahtungsebenen die eine Verdrahtungsebene des Verdrahtungsbereichs der ersten Hauptoberfläche am nächsten liegen kann. Der Verdrahtungsbereich kann eine oder mehr als eine, z.B. zwei, drei, vier oder noch mehr, Verdrahtungsebenen umfassen. Jede Verdrahtungsebene kann von einer einzigen oder einem Stapel leitfähiger Schichten, z.B. Metallschicht(en), gebildet werden. Die Verdrahtungsebenen können zum Beispiel lithografisch strukturiert sein. Zwischen gestapelten Verdrahtungsebenen kann ein Zwischendielektrikum angeordnet sein. Ein Kontaktstecker (mehrere Kontaktstecker) oder eine Kontaktleitung (Kontaktleitungen) können in Öffnungen im Zwischenschichtdielektrikum ausgebildet sein, um Teile, z.B. Metallleitungen oder Kontaktbereiche, verschiedener Verdrahtungsebenen miteinander elektrisch zu verbinden.
  • Ein Verhältnis zwischen einer Anzahl an Gräben in der zweiten Gruppe und einer Anzahl an Gräben in der dritten Gruppe kann zum Beispiel von 100 bis 100000 reichen. Das Verhältnis kann beispielsweise eine Einstellung eines Spannungsabfalls der Widerstandskopplung zwischen der Source-Elektrode und dem Source-Kontaktbereich ermöglichen.
  • Die Source-Verdrahtungsleitung kann sich zum Beispiel parallel zu zumindest zwei Rändern des Source-Kontaktbereichs erstrecken. Beispielsweise können einige der oder alle Gräben der zweiten Gruppe mit der Source-Verdrahtungsleitung an entgegengesetzten Enden der Gräben elektrisch verbunden sein. Einige der oder alle Gräben der zweiten Gruppe können ebenfalls an einem Ende der Gräben mit der Source-Verdrahtungsleitung elektrisch verbunden sein.
  • Die Source-Verdrahtungsleitung kann beispielsweise zumindest ein Viertel eines Umfangs des Source-Kontaktbereichs lateral umgeben. Für dieses Beispiel können einige der oder alle Gräben der zweiten Gruppe an einem Ende der Gräben mit der Source-Verdrahtungsleitung elektrisch verbunden sein. Eine Reduzierung des Grads einer Umschließung des Source-Kontaktbereichs durch die Source-Verdrahtungsleitung kann beispielsweise eine Realisierung einer flächeneffizienten Widerstandskopplung zwischen dem Source-Kontaktbereich und der Source-Elektrode in den Gräben der zweiten Gruppe ermöglichen.
  • Die Halbleitervorrichtung kann ferner zum Beispiel eine Gate-Verdrahtungsleitung enthalten. Die Source-Verdrahtungsleitung kann zwischen der Gate-Verdrahtungsleitung und dem Source-Kontaktbereich angeordnet sein. Die Gate-Verdrahtungsleitung kann sich zu zumindest zwei Rändern der Source-Verdrahtungsleitung parallel erstrecken. Die Gate-Verdrahtungsleitung und die Source-Verdrahtungsleitung können separate Teile einer strukturierten Verdrahtungsschicht sein. Die Source-Verdrahtungsleitung und die Gate-Verdrahtungsleitung können durch lithografisches Strukturieren der einen oder mehr leitfähigen Schichten der Verdrahtungsebene beispielsweise in einer Verdrahtungsebene gebildet werden.
  • Ferner kann die Halbleitervorrichtung beispielsweise eine zweite Source-Verdrahtungsleitung enthalten. Die zweite Source-Verdrahtungsleitung kann mit dem Source-Kontaktbereich verschmolzen sein. Die Source-Verdrahtungsleitung kann zwischen der zweiten Source-Verdrahtungsleitung und dem Source-Kontaktbereich angeordnet sein. Die Source-Verdrahtungsleitung kann vollständig oder vorwiegend, z.B. zu mehr als 50% ihres Umfangs, von der zweiten Source-Verdrahtungsleitung und dem Source-Kontaktbereich lateral umgeben sein. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung eine Vielzahl von Kontakten enthalten, die zwischen der zweiten Source-Verdrahtungsleitung und der ersten Hauptoberfläche angeordnet sind. Die Vielzahl von Kontakten kann eine Vielzahl von Mesagebieten mit der zweiten Source-Verdrahtungsleitung elektrisch verbinden. Jedes der Vielzahl von Mesagebieten kann von benachbarten Gräben lateral begrenzt sein. Eine elektrische Verbindung der zweiten Source-Verdrahtungsleitung mit den Mesagebieten kann zum Beispiel eine Verbesserung der Robustheit einer Kommutierung der Halbleitervorrichtung ermöglichen.
  • Ferner kann die Halbleitervorrichtung eine vierte Gruppe der Vielzahl von Gräben enthalten. Gräben der vierten Gruppe können eine zweite Source-Elektrode enthalten. Anders als die Source-Elektrode der zweiten Gruppe, die mit dem Source-Kontaktbereich ohmsch gekoppelt ist, kann die zweite Source-Elektrode in den Gräben der vierten Gruppe durch zwischen einem Source-Kontaktbereich und der zweiten Source-Elektrode angeordnete Kontakte und/oder durch zwischen der zweiten Source-Verdrahtungsleitung und der zweiten Source-Elektrode angeordnete Kontakte mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch verbunden sein.
  • Die Hilfselektroden in der dritten Gruppe sind beispielsweise parallel zwischen die Source-Verdrahtungsleitung und den Source-Kontaktbereich geschaltet. Ein Gesamtwiderstand der parallel verbundenen Hilfselektroden reicht vom 50- bis 500-Fachen eines Widerstands zwischen der Gate-Elektrode und einem Gate-Anschluss, z.B. einem Gate-Pin oder einem Gate-Pad, multipliziert mit einem Verhältnis zwischen einer Gesamtsumme longitudinaler Ausdehnungen aller Gräben der ersten Gruppe und einer Gesamtsumme longitudinaler Ausdehnungen aller Gräben der zweiten Gruppe.
  • Die Halbleitervorrichtung kann beispielsweise ein Mesagebiet enthalten, das von einem Graben der ersten Gruppe und einem Graben der zweiten Gruppe lateral begrenzt ist, wobei das Mesagebiet ein Source-Gebiet enthält. Das Source-Gebiet im Mesagebiet kann durch Kontakte, die an eine Unterseite des Source-Kontaktbereichs grenzen, mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch verbunden sein.
  • Beispielsweise kann ein Leitwert pro Einheitslänge der Hilfselektrode entlang einer longitudinalen Richtung der Vielzahl von Gräben geringer sein als ein Leitwert pro Einheitslänge der Gate-Elektrode entlang der longitudinalen Richtung der Vielzahl von Gräben. Beispielsweise kann ein Material der Hilfselektrode einen größeren elektrischen spezifischen Widerstand als ein Material der Gate-Elektrode aufweisen. Ein Material oder Materialkombinationen der Hilfselektrode und der Gate-Elektrode können sich zum Beispiel unterscheiden. Als eine Alternative dazu oder zusätzlich kann ein gleiches Halbleitermaterial für die Hilfselektrode und die Gate-Elektrode, z.B. polykristallines Silizium, verwendet werden, kann aber eine Dotierungskonzentration des Halbleitermaterials der Gate-Elektrode größer sein als eine Dotierungskonzentration des Halbleitermaterials der Hilfselektrode. Als eine Alternative dazu oder zusätzlich kann eine Querschnittsfläche der Hilfselektrode, senkrecht zur longitudinalen Richtung der Gräben, zumindest teilweise, z.B. in zumindest einigen Segmenten der Elektrode entlang der longitudinalen Richtung, kleiner sein als eine Querschnittsfläche der Gate-Elektrode.
  • Ein anderes Beispiel einer Halbleitervorrichtung kann eine Vielzahl von Gräben enthalten, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Gate-Elektrode enthalten. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Source-Elektrode enthalten. Die Source-Elektrode kann in zumindest einen ersten und einen zweiten Teil unterteilt sein. Ein Leitwert pro Einheitslänge des ersten Teils entlang einer longitudinalen Richtung der Source-Elektrode kann geringer sein als ein Leitwert pro Einheitslänge des zweiten Teils entlang der longitudinalen Richtung der Source-Elektrode. Der zweite Teil kann über den ersten Teil mit einem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt sein. Die Halbleitervorrichtung kann ferner ein Mesagebiet enthalten, das von einem Graben der ersten Gruppe und einem Graben der zweiten Gruppe begrenzt ist. Das Mesagebiet kann ein mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch verbundenes Source-Gebiet enthalten.
  • Ähnlich der Hilfselektrode in den Gräben der dritten Gruppe, die in den obigen Beispielen beschrieben wurde, kann der erste Teil der Source-Elektrode eine Widerstandskopplung zwischen dem zweiten Teil der Source-Elektrode und dem Source-Kontaktbereich ermöglichen. Diese Widerstandskopplung kann eine Unterdrückung eines Schwanzes der Einschaltspannung ermöglichen und folglich Einschaltverluste reduzieren.
  • Ein Material des ersten Teils der Source-Elektrode kann zum Beispiel einen größeren elektrischen spezifischen Widerstand als ein Material des ersten Teils der Source-Elektrode aufweisen. Beispielsweise kann ein Material oder können Materialkombinationen des ersten Teils der Source-Elektrode und des zweiten Teils der Source-Elektrode sich unterscheiden. Als eine Alternative dazu oder zusätzlich kann ein Halbleitermaterial für den ersten Teil der Source-Elektrode und für den zweiten Teil der Source-Elektrode, z.B. polykristallines Silizium, verwendet werden, kann aber eine Netto-Dotierungskonzentration des Halbleitermaterials des zweiten Teils der Source-Elektrode größer sein als eine Netto-Dotierungskonzentration des Halbleitermaterials des ersten Teils der Source-Elektrode. Als eine Alternative dazu oder zusätzlich kann eine Querschnittsfläche des ersten Teils der Source-Elektrode, senkrecht zur longitudinalen Richtung der Gräben, zumindest teilweise, z.B. in zumindest einigen Segmenten des ersten Teils der Source-Elektrode entlang der longitudinalen Richtung, z.B. aufgrund einer geringeren lateralen und/oder vertikalen Erstreckung kleiner sein als eine Querschnittsfläche des zweiten Teils der Source-Elektrode.
  • Eine laterale Erstreckung des ersten Teils entlang der longitudinalen Richtung der Source-Elektrode kann beispielsweise geringer als eine laterale Erstreckung des zweiten Teils entlang der longitudinalen Richtung der Source-Elektrode sein. Beispielsweise kann der zweite Teil der Source-Elektrode vorwiegend, z.B. zu mehr als 50%, unter dem Source-Kontaktbereich angeordnet sein.
  • Eine vertikale Erstreckung des ersten Teils der Source-Elektrode kann beispielsweise geringer als eine vertikale Erstreckung des zweiten Teils der Source-Elektrode sein.
  • Eine Breite des ersten Teils der Source-Elektrode an der ersten Hauptoberfläche kann beispielsweise geringer als eine Breite des zweiten Teils der Source-Elektrode an der ersten Hauptoberfläche sein.
  • Ein anderes Beispiel einer Halbleitervorrichtung kann eine Vielzahl von Gräben enthalten, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Gate-Elektrode enthalten. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Source-Elektrode enthalten. Die Source-Elektrode in der zweiten Gruppe kann über eine Source-Verdrahtungsleitung und einen Widerstand, der auf einem vom Halbleiterkörper verschiedenen Substrat platziert ist, mit einem Source-Kontaktbereich elektrisch gekoppelt sein. Die Source-Verdrahtungsleitung und der Widerstand können zwischen den Source-Kontaktbereich und die Source-Elektrode in der zweiten Gruppe in Reihe geschaltet sein. Beispielsweise kann die Source-Verdrahtungsleitung mit einem Hilfs-Source-Kontaktbereich verschmelzen. Ein erster Bonddraht kann den Hilfs-Source-Kontaktbereich über dem Halbleiterkörper und ein erstes Ende des Widerstands auf dem Substrat elektrisch verbinden. Ein zweiter Bonddraht kann den Hilfs-Source-Kontaktbereich über dem Halbleiterkörper und ein zweites Ende des Widerstands auf dem Substrat elektrisch verbinden.
  • Ähnlich der Hilfselektrode in den Gräben der dritten Gruppe, die in den obigen Beispielen beschrieben wurde, und ähnlich dem ersten Teil der Source-Elektrode, der in den obigen Teilen beschrieben wurde, kann der Widerstand, der auf einem vom Halbleiterkörper verschiedenen Substrat platziert ist, eine Widerstandskopplung zwischen der Source-Elektrode in den Gräben der zweiten Gruppe und dem Source-Kontaktbereich ermöglichen. Diese Widerstandskopplung kann eine Unterdrückung eines Schwanzes der Einschaltspannung ermöglichen und folglich Einschaltverluste reduzieren.
  • Ein anderes Beispiel einer Halbleitervorrichtung kann eine Vielzahl von Gräben enthalten, die sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine Vielzahl von Gräben kann sich von einer ersten Hauptoberfläche aus in einen Halbleiterkörper erstrecken. Eine erste Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Gate-Elektrode enthalten. Eine zweite Gruppe der Vielzahl von Gräben kann eine Source-Elektrode enthalten. Ein Mesagebiet kann von einem ersten Graben der ersten Gruppe und einem zweiten Graben der zweiten Gruppe lateral begrenzt sein. Das Mesagebiet kann ein Source-Gebiet enthalten. Das Source-Gebiet kann über einen ersten leitfähigen Pfad mit einem Source-Kontaktbereich, z. B. dem ersten Lastanschluss, elektrisch gekoppelt sein. Die Source-Elektrode in der zweiten Gruppe der Vielzahl von Gräben kann über einen zweiten leitfähigen Pfad mit dem Source-Kontaktbereich, z. B. einem ersten Lastanschluss, elektrisch gekoppelt sein. Die Gate-Elektrode in der ersten Gruppe der Vielzahl von Gräben kann durch einen leitfähigen Gate-Pfad mit einem Gate-Kontakt und einem Gate-Anschluss elektrisch gekoppelt sein. Der zweite leitfähige Pfad kann einen um zumindest einen Faktor 5 oder einen Faktor 10 höheren Widerstand als der leitfähige Gate-Pfad aufweisen. Der zweite leitfähige Pfad kann einen um nicht mehr als einen Faktor 100 oder nicht mehr als einen Faktor 1000 höheren Widerstand als der leitfähige Gate-Pfad aufweisen. Der leitfähige Gate-Pfad kann einen um zumindest einen Faktor 1000 höheren Widerstand als der erste leitfähige Pfad aufweisen.
  • Eine vierte Gruppe der Vielzahl von Gräben kann beispielsweise eine zweite Source-Elektrode enthalten. Die zweite Source-Elektrode der vierten Gruppe der Vielzahl von Gräben kann über einen dritten leitfähigen Pfad mit dem Source-Kontaktbereich oder einem Lastanschluss elektrisch gekoppelt sein. Der dritte leitfähige Pfad kann einen geringeren Widerstand als der leitfähige Gate-Pfad aufweisen.
  • Ein anderes Beispiel einer Halbleitervorrichtung kann ein IGBT sein, der einen mit einem ersten Lastanschluss und mit einem zweiten Lastanschluss elektrisch gekoppelten Halbleiterkörper aufweist. Der IGBT kann ein Driftgebiet enthalten, das dafür konfiguriert ist, einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss zu leiten. Das Driftgebiet kann einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweisen. Der IGBT kann ferner einen Gate-Graben mit einer Gate-Grabenelektrode enthalten. Der IGBT kann weiter einen Source-Graben mit einer mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelten Source-Grabenelektrode enthalten. Der IBGT kann ferner ein Mesagebiet enthalten. Das Mesagebiet kann ein Source-Gebiet des ersten Leitfähigkeitstyps enthalten, das mit dem ersten Lastanschluss elektrisch verbunden ist. Das Source-Gebiet kann dem Gate-Graben benachbart angeordnet sein. Die Gate-Grabenelektrode kann dafür konfiguriert sein, ein Steuerungssignal von einem Steuerungsanschluss des IGBT zu empfangen und den Laststrom im Mesagebiet zu steuern. Der Source-Graben kann auf einer Seite des Mesagebiets angeordnet sein, die der Seite entgegengesetzt ist, wo der Gate-Graben liegt; z. B. kann das Mesagebiet von dem Gate-Graben und dem Source-Graben lateral begrenzt sein. Die Source-Grabenelektrode kann über einen ersten ohmschen bzw. Widerstandspfad mit dem ersten Lastanschluss elektrisch gekoppelt sein. In einem Ein-Zustand des IGBT kann der IGBT dafür konfiguriert sein, den Laststrom in der Vorwärtsrichtung zu leiten, und ist die Gate-Elektrode auf eine erste, z. B. Ein-, Gate-Spannung gesetzt. In einem Aus-Zustand des IGBT ist der IGBT dafür konfiguriert, den Laststrom in der Vorwärtsrichtung zu sperren, und ist die Gate-Elektrode auf eine zweite, z. B. Aus-, Gate-Spannung gesetzt. In einem Schaltzustand, im dem der IGBT während einer Schaltzeit vom Aus- in den Ein-Zustand umschaltet, kann eine Spannung der Source-Grabenelektrode für zumindest 30 % der Schaltzeit von einer Spannung des ersten Lastanschlusses um zumindest 30 % einer Gate-Spannungsdifferenz zwischen der ersten Gate-Spannung und der zweiten Gate-Spannung abweichen.
  • Die oben und unten beschriebenen Beispiele und Merkmale können kombiniert werden.
  • Im Folgenden werden weitere Beispiele von Halbleitervorrichtungen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen erläutert. Funktionale und strukturelle Details, die in Bezug auf die obigen Beispiele beschrieben wurden, sollen gleichermaßen für die in den Figuren veranschaulichten und weiter unten beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen gelten.
  • 1A ist eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 veranschaulicht. 1B ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie AA von 1A. 1C ist eine schematische Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie BB von 1A.
  • Bezugnehmend auf die schematischen Ansichten der 1A bis 1E enthält die Halbleitervorrichtung 100 eine Vielzahl von Gräben 102, die sich von einer ersten Hauptoberfläche 106 aus in einen Halbleiterkörper 104 erstrecken. Eine erste Gruppe 1021 der Vielzahl von Gräben 102 enthält eine Gate-Elektrode 1081. Eine zweite Gruppe 1022 der Vielzahl von Gräben 102 enthält eine Source-Elektrode 1082. Eine dritte Gruppe 1023 der Vielzahl von Gräben 102 enthält eine Hilfselektrode 1083. Graben-Dielektrika 1091, 1092, 1093 trennen die Elektroden 1081, 1082, 1083 elektrisch von einem umgebenden Teil des Halbleiterkörpers 104.
  • Die Source-Elektrode 1082 ist über eine Source-Verdrahtungsleitung 112 und die Hilfselektrode 1083 mit einem Source-Kontaktbereich 110, z. B. einem ersten Lastanschluss einer vertikalen Leistungs-Halbleitervorrichtung, elektrisch gekoppelt. Die Source-Verdrahtungsleitung 112 und die Hilfselektrode 1083 sind zwischen den Source-Kontaktbereich 110 und die Source-Elektrode 1082 elektrisch in Reihe geschaltet. In den Figuren stellen Kontakte 116 einen elektrischen Kontakt zwischen Gebieten des Halbleiterkörpers 104 oder Elektroden in den Gräben 102 und einer ersten Verdrahtungsebene, z. B. der Source-Verdrahtungsleitung 112 oder dem Source-Kontaktbereich 110, bereit. Ein Zwischendielektrikum 118 ist zwischen der ersten Verdrahtungsebene und dem Halbleiterkörper 104 angeordnet.
  • Mesagebiete 114 sind jeweils entlang einer lateralen Richtung x von benachbarten zwei der Gräben 102 begrenzt. Abgesehen von den in den schematischen Ansichten der 1A bis 1C veranschaulichten Gräben 102 können zusätzliche Gräben z. B. zwischen dem Graben 102 der zweiten Gruppe 1022 und den Gräben 102 der dritten Gruppe 1023 angeordnet sein.
  • Die Gräben 102 der ersten und zweiten Gruppe können in einem regelmäßigen Muster nebeneinander als Teil aktiver Transistorzellen innerhalb des aktiven Bereichs angeordnet sein.
  • Wie in der Querschnittsansicht von 1D schematisch veranschaulicht ist, können beispielsweise die Mesagebiete 114 über Kontakte 116 mit dem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch verbunden sein. Dies ermöglicht einen elektrischen Kontakt zwischen dem Source-Kontaktbereich 110 und aktiven Transistorzellen, z. B. Source- und Body-Gebieten aktiver Transistorzellen.
  • Wie in der Querschnittsansicht von 1E schematisch veranschaulicht ist, ist die Hilfselektrode 1083 über Kontakte 116 mit dem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch verbunden.
  • Bezugnehmend auf die schematische Querschnittsansicht von 1F kann die Halbleitervorrichtung 100 ferner z. B. zwischen den Gräben 102 der zweiten Gruppe 1022 und den Gräben 102 der dritten Gruppe 1023, die in 1C veranschaulicht sind, eine vierte Gruppe 1024 der Vielzahl von Gräben 102 enthalten. Gräben 102 der vierten Gruppe 1024 enthalten eine zweite Source-Elektrode 1084 und ein Grabendielektrikum 1094. Anders als die Source-Elektrode 1082 der zweiten Gruppe 1022 der Gräben 102, welche durch die Hilfselektrode 1083 der dritten Gruppe 1023 der Gräben 102 mit dem Source-Kontaktbereich 110 ohmsch gekoppelt sind (siehe z. B. 1A), sind die zweiten Source-Elektroden 1084 in den Gräben 102 der vierten Gruppe 1024 durch zwischen dem Source-Kontaktbereich 110 und der zweiten Source-Elektrode 1084 angeordnete Kontakte 116 mit dem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch verbunden. In einigen Beispielen können Gräben der vierten Gruppe zwischen Gräben der zweiten Gruppe angeordnet sein. Gräben der vierten Gruppe können beispielsweise in einem größeren Abstand zu Gräben der ersten Gruppe, z. B. Gate-Gräben, als Gräben der zweiten Gruppe liegen.
  • Die Halbleitervorrichtung kann ferner zusätzliche Gräben enthalten, die nicht zu den ersten, zweiten, dritten oder vierten Gruppen gehören.
  • Verschiedene Layouts der Gräben 102 können in einem aktiven Bereich, z. B. einem Transistorzellen-Array, der Halbleitervorrichtung 100 realisiert werden.
  • Beispielsweise können Mesagebiete 114 entlang der lateralen Richtung x durch einen Graben 102 der ersten Gruppe 1021 von Gräben 102 und irgendeinen eines Grabens 102 der zweiten Gruppe 1022 oder der vierten Gruppe 1024 begrenzt sein. Desgleichen können Mesagebiete 114 entlang der lateralen Richtung x durch einen Graben 102 der zweiten Gruppe 1022 von Gräben 102 und irgendeinen eines Grabens 102 der ersten Gruppe 1021 oder der dritten Gruppe 1023 oder der vierten Gruppe 1024 oder irgendeinen der zusätzlichen Gräben begrenzt sein. Desgleichen können Mesagebiete 114 entlang der lateralen Richtung x durch einen Graben 102 der dritten Gruppe 1023 von Gräben 102 und irgendeinen eines Grabens 102 der zweiten Gruppe 1022 oder der vierten Gruppe 1024 begrenzt sein. Mesagebiete 114 können gleichfalls entlang der lateralen Richtung x durch einen Graben 102 der vierten Gruppe 1024 von Gräben 102 und irgendeinen eines Grabens 102 der ersten Gruppe 1021 oder der zweiten Gruppe 1022 oder der dritten Gruppe 1023 begrenzt sein. In den Mesagebieten können z. B. Halbleitergebiete, z. B. Source-Gebiet(e), Body-Gebiet(e), Body-Kontaktgebiet(e), (in 1A bis 1F nicht veranschaulicht) zum Ausbilden von Transistorzellen angeordnet sein.
  • Beispielhaften Layouts sind in den schematischen Draufsichten der 2A bis 21 veranschaulicht.
  • In den schematischen Draufsichten der 2A bis 2C ist eine longitudinale Richtung der Gräben 102 die laterale Richtung x. Der Klarheit halber sind nur die Hilfselektroden 1083 von einigen Gräben 102 der dritten Gruppe 1023 veranschaulicht. Jede der beispielhaften Halbleitervorrichtungen 100 der 2A bis 2C enthält einen Gate-Kontaktbereich 120 in einer Ecke des Halbleiterkörpers 104 oder Chips. Eine Gate-Verdrahtungsleitung 122 umgibt den Source-Kontaktbereich 110 und verschmilzt mit dem Gate-Kontaktbereich 120. Die Gate-Verdrahtungsleitung 122 ist durch (in 2A bis 2C nicht veranschaulichte) Kontakte mit den Gate-Elektroden 1081 der ersten Gruppe 1021 der Gräben 102 elektrisch verbunden. Source-Elektroden 1082 der zweiten Gruppe 1022 von Gräben 102 sind durch die Source-Verdrahtungsleitung 102 und die Hilfselektroden 1083 der zweiten Gruppe 1023 der Gräben 102 mit dem Source-Kontaktbereich 110 ohmsch gekoppelt. Zweite Source-Elektroden 1084 der vierten Gruppe 1024 der Gräben 102 können durch Kontakte zwischen ihnen mit dem Source-Kontaktbereich 110 direkt elektrisch verbunden sein. Die Halbleitervorrichtung 100 mit den in 2B veranschaulichten Layout enthält ferner eine zweite Source-Verdrahtungsleitung 124, die mit dem Source-Kontaktbereich 110 verschmolzen ist. Die Source-Verdrahtungsleitung 112 ist zwischen der zweiten Source-Verdrahtungsleitung 124 und dem Source-Kontaktbereich 110 lateral angeordnet. Die zweite Source-Verdrahtungsleitung 124 kann eine elektrische Abschirmung zwischen der Source-Verdrahtungsleitung 112 und dem Gate-Kontaktbereich 120/der Gate-Verdrahtungsleitung 122 unterstützen. Außerdem kann die zweite Source-Verdrahtungsleitung 124 mit zumindest einigen der Mesagebiete 114 und/oder mit zumindest einigen der zweiten Source-Elektroden 1084 der vierten Gruppe 1024 der Gräben 102 elektrisch verbunden sein.
  • Das in 2C veranschaulichte Layout kann im Vergleich zum Layout von 2A in Bezug auf den Flächenverbrauch der Source-Verdrahtungsleitung 112 vorteilhaft sein.
  • In den schematischen Draufsichten der 2D bis 2I ist der Gate-Kontaktbereich 120 in einer Mitte eines Rands des Chips oder Halbleiterkörpers angeordnet. Die in 2D bis 2G veranschaulichten schematischen Layouts enthalten zwei Source-Kontaktbereiche 110. Für jeden Source-Kontaktbereich 110 sind die Source-Elektroden 1082 der zweiten Gruppe 1022 über Teile der Source-Verdrahtungsleitung 112 elektrisch verbunden, die an entgegengesetzten Rändern des jeweiligen Source-Kontaktbereichs 110 angeordnet sind. Das in 2F veranschaulichte Layout kann im Vergleich mit dem Layout von 2D in Bezug auf den Flächenverbrauch der Source-Verdrahtungsleitung 112 vorteilhaft sein. Desgleichen kann das in 2G veranschaulichte Layout im Vergleich mit dem Layout von 2E in Bezug auf den Flächenverbrauch der Source-Verdrahtungsleitung 112 vorteilhaft sein. Darüber hinaus kann das in 2H veranschaulichte Layout im Vergleich mit dem Layout von 2F in Bezug auf den Flächenverbrauch der Source-Verdrahtungsleitung 112 vorteilhaft sein. Desgleichen kann das in 2I veranschaulichte Layout im Vergleich mit dem Layout von 2G in Bezug auf den Flächenverbrauch der Source-Verdrahtungsleitung 112 vorteilhaft sein.
  • Ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 ist in den schematischen Draufsichten der 3A, 3B und der schematischen Querschnittsansicht von 3C veranschaulicht.
  • Ähnlich den vorherigen Beispielen enthält die Halbleitervorrichtung 100 eine Vielzahl von Gräben 102, die sich von einer ersten Hauptoberfläche 106 aus in einen Halbleiterkörper 104 erstrecken, wobei eine erste Gruppe 1021 der Vielzahl von Gräben 102 eine Gate-Elektrode 1081 enthält und eine zweite Gruppe 1022 der Vielzahl von Gräben 102 eine Source-Elektrode 1082 enthält.
  • Die Source-Elektrode 1082 ist in zumindest einen ersten Teil 1261 und einen zweiten Teil 1262 unterteilt. Ein Leitwert pro Einheitslänge des ersten Teils 1261 entlang einer longitudinalen Richtung x der Source-Elektrode 1082 ist geringer als ein Leitwert pro Einheitslänge des zweiten Teils 1262 entlang der longitudinalen Richtung x der Source-Elektrode 1082.
  • Der zweite Teil 1262 der Source-Elektrode 1082 ist über den ersten Teil 1261 mit einem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch gekoppelt. In der schematischen Ansicht von 3A ist der Source-Kontaktbereich 110 durch einen Anschluss schematisch veranschaulicht. Der erste Teil 1261 kann z. B. durch einen Kontakt 116 mit einer Source-Verdrahtungsleitung 112 elektrisch verbunden sein oder kann durch einen Kontakt 116 mit dem Source-Kontaktbereich 110 direkt verbunden sein.
  • Ferner enthält die Halbleitervorrichtung 100 ein Mesagebiet 114, das von einem Graben 102 der ersten Gruppe 1021 und einem Graben 102 der zweiten Gruppe 1022 begrenzt wird. Das Mesagebiet 114 enthält ein mit dem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch verbundenes Source-Gebiet 128.
  • Bezugnehmend auf die schematische Draufsicht von 3B ist eine Breite der Source-Elektrode 1082 an der ersten Hauptoberfläche 106 im ersten Teil 1261 geringer als im zweiten Teil 1262. Dies ermöglicht eine Verringerung eines Leitwerts pro Einheitslänge des ersten Teils 1261 entlang der longitudinalen Richtung x der zweiten Source-Elektrode 1082 im Vergleich mit dem zweiten Teil 1262.
  • Zusätzlich oder als Alternative zu dem Beispiel von 3B ist die schematische Querschnittsansicht von 3C, die entlang der lateralen Richtung x der Source-Elektrode 1082 genommen ist, ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung mit einer vertikalen Erstreckung der Source-Elektrode 1082 im ersten Teil 1261, die geringer als im zweiten Teil 1262 ist, indem der Graben 102 der zweiten Gruppe 1082 im ersten Teil 1261 flacher als im zweiten Teil 1262 ausgebildet wird.
  • Ein weiteres Beispiel einer Halbleitervorrichtung 100 ist in den schematischen Draufsichten von 4 veranschaulicht.
  • Ähnlich den vorherigen Beispielen enthält die Halbleitervorrichtung 100 eine Vielzahl von Gräben 102, die sich von einer ersten Hauptoberfläche 106 aus in einen Halbleiterkörper 104 erstrecken, wobei eine erste Gruppe 1021 der Vielzahl von Gräben 102 eine Gate-Elektrode 1081 enthält und eine zweite Gruppe 1022 der Vielzahl von Gräben 102 eine Source-Elektrode 1082 enthält.
  • Die Source-Elektrode 1082 in der zweiten Gruppe 1022 ist über eine Source-Verdrahtungsleitung 112 und einen Widerstand 130, der auf einem vom Halbleiterkörper 104 verschiedenen Substrat 132 platziert ist, mit einem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch gekoppelt. Die Source-Verdrahtungsleitung 112 und der Widerstand 130 sind zwischen den Source-Kontaktbereich 110 und die Source-Elektrode 1082 in der zweiten Gruppe 1022 in Reihe geschaltet. Bonddrähte 1341, 1342 können eine elektrische Verbindung zwischen einem Hilfs-Source-Kontaktbereich 136 im Verdrahtungsbereich oberhalb des Halbleiterkörpers 104 und dem Substrat 132 bereitstellen. Jedoch können andere Verbindungstechniken, z. B. Lötmetallbindungen, Durchkontaktierungen aus Silizium, verwendet werden.
  • Ein weiteres Beispiel kann ein zusätzliches Verbindungs-Pad mit einem Widerstand enthalten, der als eine mit dem zusätzlichen Pad verbundene ohmsche Verdrahtungsleitung ausgebildet ist. Das zusätzliche Pad ist z. B. durch einen Bonddraht mit dem Source-Kontaktbereich elektrisch verbunden. In diesem Beispiel kann der Widerstand als die Source-Verdrahtungsleitung realisiert sein.
  • Die schematische Querschnittsansicht von 5 veranschaulicht eine Halbleitervorrichtung 100, z. B. einen IGBT, mit einem Mesagebiet 114, das von einem Graben 102 der ersten Gruppe 1021 und einem Graben 102 der zweiten Gruppe 1022 lateral begrenzt ist. Das Mesagebiet 114 enthält ein n+-dotiertes Source-Gebiet 128, das durch den Kontakt 116 mit dem Source-Kontaktbereich 110 elektrisch verbunden ist. Das Source-Gebiet 128 grenzt an das erste Grabendielektrikum 1091. Das Mesagebiet 114 enthält ferner ein p-dotiertes Body-Gebiet 138 und ein p+-dotiertes Body-Kontaktgebiet 140, das zwischen dem Body-Gebiet 138 und dem Kontakt 116 angeordnet ist. Das p+-dotierte Body-Kontaktgebiet 140 zielt darauf ab, einen ohmschen Kontakt zwischen dem Body-Gebiet 138 und dem Kontakt 116 bereitzustellen. Das p+-dotierte Body-Kontaktgebiet 140 kann weggelassen werden, falls die Dotierungskonstellation des Body-Gebiets 138 hoch genug ist, um ohmsche Kontakteigenschaften sicherzustellen. In dem in 5 veranschaulichten Beispiel ist der Kontakt ein Vertiefungskontakt 116, der sich in den Halbleiterkörper 104 erstreckt und mit dem Body-Gebiet 138 und mit dem Source-Gebiet 128 elektrisch verbunden ist. Als Alternative oder zusätzlich zu einem Vertiefungskontakt kann ein (nicht veranschaulichter) planarer Kontakt ausgebildet sein. Der planare Kontakt kann zum Beispiel an der ersten Hauptoberfläche 104 mit dem Source-Gebiet 128 und mit dem Body-Gebiet 138 oder mit dem Body-Kontaktgebiet 140 elektrisch verbunden sein.
  • Eine Leitfähigkeit eines Kanals nahe einer Grenzfläche zwischen dem Body-Gebiet 138 und dem Grabendielektrikum 1091 kann beispielsweise durch eine über einen Gate-Anschluss G an die Gate-Elektrode 1081 angelegte Spannung gesteuert werden.
  • Die Source-Elektrode 1082 in der zweiten Gruppe 1022 der Vielzahl von Gräben kann über einen ersten leitfähigen Pfad mit einem Widerstand R1 mit dem Source-Kontaktbereich 110, z. B. einem ersten Lastanschluss, elektrisch gekoppelt sein. Die Gate-Elektrode 1081 in der ersten Gruppe der Vielzahl von Gräben kann durch einen zweiten leitfähigen Pfad mit einem Widerstand R2 mit einem Gate-Kontakt oder dem Gate-Anschluss G elektrisch gekoppelt sein. Der Widerstand R2 kann um zumindest einen Faktor 5 oder einen Faktor 10 höher als der Widerstand R1 sein und darf nicht um mehr als einen Faktor 100 oder um nicht mehr als einen Faktor 1000 höher als der Widerstand R1 sein.
  • Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem/einer oder mehreren der vorher beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben wurden, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal in das andere Beispiel zusätzlich einzuführen.
  • Obwohl spezifische Ausführungsformen hierin veranschaulicht und beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen substituiert werden kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (18)

  1. Halbleitervorrichtung (100), aufweisend: eine Vielzahl von Gräben (102), die sich von einer ersten Hauptoberfläche (106) aus in einen Halbleiterkörper (104) erstrecken, wobei eine erste Gruppe (1021) der Vielzahl von Gräben (102) eine Gate-Elektrode (1081) enthält, eine zweite Gruppe (1022) der Vielzahl von Gräben (102) eine Source-Elektrode (1082) enthält und eine dritte Gruppe (1023) der Vielzahl von Gräben (102) eine Hilfselektrode (1083) enthält und die Source-Elektrode (1082) über eine Source-Verdrahtungsleitung (112) und die Hilfselektrode (1083) mit einem Source-Kontaktbereich (110) elektrisch gekoppelt ist und die Source-Verdrahtungsleitung (112) und die Hilfselektrode (1083) zwischen den Source-Kontaktbereich (110) und die Source-Elektrode (1082) elektrisch in Reihe geschaltet sind.
  2. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Source-Verdrahtungsleitung (112) und der Source-Kontaktbereich (110) separate Teile einer strukturierten Verdrahtungsschicht sind.
  3. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis zwischen einer Anzahl an Gräben (102) in der zweiten Gruppe (1022) und einer Anzahl an Gräben (102) in der dritten Gruppe (1023) von 100 bis 100000 reicht.
  4. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Source-Verdrahtungsleitung (112) parallel zu zumindest zwei Rändern des Source-Kontaktbereichs (110) erstreckt.
  5. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Source-Verdrahtungsleitung (112) zumindest ein Viertel eines Umfangs des Source-Kontaktbereichs (110) lateral umgibt.
  6. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Gate-Verdrahtungsleitung (122), wobei die Source-Verdrahtungsleitung (112) zwischen der Gate-Verdrahtungsleitung (122) und dem Source-Kontaktbereich (110) angeordnet ist und sich die Gate-Verdrahtungsleitung parallel zu zumindest zwei Rändern der Source-Verdrahtungsleitung (112) erstreckt.
  7. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend eine zweite Source-Verdrahtungsleitung (124), wobei die zweite Source-Verdrahtungsleitung (124) mit dem Source-Kontaktbereich (110) verschmolzen ist und die Source-Verdrahtungsleitung (112) zwischen der zweiten Source-Verdrahtungsleitung (124) und dem Source-Kontaktbereich (110) angeordnet und von der zweiten Source-Verdrahtungsleitung (124) und dem Source-Kontaktbereich (110) vollständig oder vorwiegend lateral umgeben ist.
  8. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Vielzahl von Kontakten (116), die zwischen der zweiten Source-Verdrahtungsleitung (124) und der ersten Hauptoberfläche (106) angeordnet sind, wobei die Vielzahl von Kontakten (116) eine Vielzahl von Mesagebieten (114) mit der zweiten Source-Verdrahtungsleitung (124) elektrisch verbindet und wobei jedes der Vielzahl von Mesagebieten (114) von benachbarten Gräben der Vielzahl von Gräben (102) lateral begrenzt ist.
  9. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Hilfselektroden (1083) in der dritten Gruppe (1023) zwischen der Source-Verdrahtungsleitung (112) und dem Source-Kontaktbereich (110) parallel angeordnet sind und wobei ein Gesamtwiderstand der parallel verbundenen Hilfselektroden (1083) vom 50- bis 500-Fachen eines Widerstands (R1) zwischen der Gate-Elektrode (1081) und einem Gate-Anschluss (G), multipliziert mit einem Verhältnis zwischen einer Gesamtsumme longitudinaler Ausdehnungen aller Gräben der ersten Gruppe (1021) und einer Gesamtsumme longitudinaler Ausdehnungen aller Gräben der zweiten Gruppe (1022), reicht.
  10. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend ein Mesagebiet (114), das von einem Graben (102) der ersten Gruppe (1021) und einem Graben (102) der zweiten Gruppe (1022) lateral begrenzt ist, wobei das Mesagebiet (114) ein Source-Gebiet (128) enthält.
  11. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Leitwert pro Einheitslänge der Hilfselektrode (1083) entlang einer longitudinalen Richtung (x) der Vielzahl von Gräben (102) geringer ist als ein Leitwert pro Einheitslänge der Gate-Elektrode (1081) entlang der longitudinalen Richtung (x) der Vielzahl von Gräben (102).
  12. Halbleitervorrichtung (100), aufweisend: eine Vielzahl von Gräben (102), die sich von einer ersten Hauptoberfläche (106) aus in einen Halbleiterkörper (104) erstrecken, wobei eine erste Gruppe (1021) der Vielzahl von Gräben (102) eine Gate-Elektrode (1081) enthält und eine zweite Gruppe (1022) der Vielzahl von Gräben (102) eine Source-Elektrode (1082) enthält, die Source-Elektrode (1082) in zumindest einen ersten Teil (1261) und einen zweiten Teil (1262) unterteilt ist, ein Leitwert pro Einheitslänge des ersten Teils (1261) entlang einer lateralen Richtung (x) der Source-Elektrode (1082) geringer ist als ein Leitwert pro Einheitslänge des zweiten Teils (1262) entlang der lateralen Richtung (x) der Source-Elektrode (1082), wobei der zweite Teil (1262) über den ersten Teil (1261) mit einem Source-Kontaktbereich (110) elektrisch gekoppelt ist, und ferner aufweisend ein Mesagebiet (114), das von einem Graben (102) der ersten Gruppe (1021) und einem Graben (102) der zweiten Gruppe (1022) begrenzt ist, wobei das Mesagebiet (114) ein mit dem Source-Kontaktbereich (110) elektrisch verbundenes Source-Gebiet (128) enthält.
  13. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine laterale Erstreckung des ersten Teils entlang der longitudinalen Richtung der Source-Elektrode (1082) geringer als eine laterale Erstreckung des zweiten Teils entlang der longitudinalen Richtung der Source-Elektrode (1082) ist.
  14. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei die Source-Elektrode (1082) ein Halbleitermaterial enthält und eine Netto-Dotierungskonzentration des Halbleitermaterials im ersten Teil (1261) geringer als im zweiten Teil (1262) ist.
  15. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei eine vertikale Erstreckung der Source-Elektrode (1082) im ersten Teil (1261) geringer als im zweiten Teil (1262) ist.
  16. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Breite der Source-Elektrode (1082) an der ersten Hauptoberfläche (106) im ersten Teil (1261) geringer als im zweiten Teil (1262) ist.
  17. Halbleitervorrichtung (100), aufweisend: eine Vielzahl von Gräben (102), die sich von einer ersten Hauptoberfläche (106) aus in einen Halbleiterkörper (104) erstrecken, wobei eine erste Gruppe (1021) der Vielzahl von Gräben (102) eine Gate-Elektrode (1081) enthält und eine zweite Gruppe (1022) der Vielzahl von Gräben (102) eine Source-Elektrode (1082) enthält, die Source-Elektrode (1082) in der zweiten Gruppe (1022) über eine Source-Verdrahtungsleitung (112) und einen Widerstand (130), der auf einem vom Halbleiterkörper (104) verschiedenen Substrat (132) platziert ist, mit einem Source-Kontaktbereich (110) elektrisch gekoppelt ist, wobei die Source-Verdrahtungsleitung (112) und der Widerstand zwischen den Source-Kontaktbereich (110) und die Source-Elektrode (1082) in der zweiten Gruppe (1022) in Reihe geschaltet sind.
  18. Halbleitervorrichtung (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Source-Verdrahtungsleitung (112) in einen Hilfs-Source-Kontaktbereich (136) übergeht und ein erster Bonddraht (1341) den Hilfs-Source-Kontaktbereich (136) über dem Halbleiterkörper (104) und ein erstes Ende des Widerstands (130) auf dem Substrat (132) elektrisch verbindet.
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