DE19613409A1 - Leistungsbauelementanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungsbauelement­ anordnung mit einer Vielzahl von in einem Halbleitersubstrat identisch aufgebauten Zellen, die jeweils eine erste Haupt­ elektrodenzone, eine zweite Hauptelektrodenzone und eine dazwischenliegende Steuerelektrodenzone enthalten; wobei alle Zellen durch Verbinden der ersten Hauptelektrodenzonen, der zweiten Hauptelektrodenzonen und der Steuerelektrodenzo­ nen parallel geschaltet sind.

Solche bekannten Leistungsbauelementanordnungen bilden Bau­ elemente mit hoher Strombelastbarkeit, welche einen hohen Siliziumflächenbedarf aufweisen, z. B. 0,5 bis 1 cm².

Sie bestehen im allgemeinen aus einer Vielzahl identischer Zellen, welche eine Streifenform, eine Kreisform, eine Qua­ dratform oder sonstige Formen aufweisen können. Diese Zellen sind mit regelmäßigen Abständen in x- und y-Richtung anein­ andergereiht. Auf diese Art und Weise ist es möglich, ein Leistungsbauelement mit einem relativ geringem Durchlaßwi­ derstand herzustellen.

Ein Problem bei derartigen bekannten Leistungsbauelementan­ ordnungen ist, daß die Metallverbindungen zwischen den ein­ zelnen Zellen einen nicht vernachlässigbaren Widerstand auf­ weist. Dieser Widerstand ist so groß, daß er einen beträcht­ lichen Spannungsabfall mit sich bringt, wenn Metallisie­ rungsschichten mit Standarddicken von 0,5-3 µm verwendet werden.

Dies wird nachstehend am Beispiel eines Leistungstransistor­ bauelements näher erläutert.

Eine Al-Metallisierung dieser Dicke hat einen Widerstand von etwa 10-60 mΩ pro Einheitsfläche. Unter Annahme eines aus vielen Zellen aufgebauten Leistungstransistorbauelements mit einem Gesamtstrom von 20 A und einer effektiven Anschlußflä­ che von jeweils 2 Einheitsflächen für Source und Drain liegt der gesamte Spannungsabfall in dem gesamten Leistungstran­ sistorbauelement (von der ersten bis zur letzten Zelle) im Bereich von 0,4 bis 2,4 V. Somit ist der Spannungsabfall so groß, daß die von der Spannungsversorgung abgelegenen Zellen des Leistungstransistorbauelements nur schlecht angesteuert werden können.

Dies führt zu einem wenig effektiven Leistungstransistorbau­ element, das zwar viel Platz verbraucht, aber wenig Strom leitet und einen reduzierten effektiven sicheren Betriebsbe­ reich (SOAR = safe operating area) hat.

Abgesehen von diesem Effekt des Reduzierens der an den ein­ zelnen Zellen wirksamen Gate-Source-Vorspannung hat die Al-Metallisierung einen großen Anteil am Durchlaßwiderstand. Bei sehr wirkungsvollen DMOS-Transistoren (Durchlaßwider­ stand RDSon × Einheitsfläche < 1 mΩcm²) beträgt dieser Anteil etwa 50% des gesamten Durchlaßwiderstandes für Bau­ elemente mit einer Strombelastbarkeit von mehr als 10 A.

Metallverbindungen mit hohem Widerstand beeinträchtigen auch das Schaltverhalten der Transistoren. Die Verbindungen mit den Gate- oder Basis-Anschlüssen der individuellen Transi­ storen haben nämlich nicht nur Widerstands-, sondern auch Kapazitätsanteile. Somit ist die Laufzeit, die ein Ein­ schaltimpuls benötigt, um die gesamte geometrische Anordnung zu durchlaufen, ebenfalls groß. Auch dies beschränkt den effektiven sicheren Betriebsbereich (SOAR), weil der zuerst erreichte Transistorteil bereits überlastet ist, bevor der letzte Teil erreicht wird.

Die bekannten Al-Metallisierungen leiden weiterhin unter dem Problem der Elektromigration, wodurch die Lebensdauer der Bauelemente beeinträchtigt wird. Dieser unerwünschte Effekt wird zusätzlich noch durch die hohen Betriebstemperaturen dieser Bauelemente begünstigt. Auch begünstigen Stromstöße, die über den Nennstromwert hinausgehen, das Auftreten von Elektromigration.

Bei diskreten Leistungstransistoren werden üblicherweise Al-Metallisierungen mit bis zu 6 µm Dicke verwendet.

Die dickste Al-Metallisierung, welche üblicherweise für Ver­ bindungen in integrierten Schaltungen verwendet wird, ist hingegen nur 3 µm dick.

Doch sind diese Dicken bei Layouts mit hoher Packungsdichte in CMOS-, BICMOS- und BIPOLAR-Technologie bereits nicht mehr anwendbar. In den dortigen Prozessen werden heutzutage Dicken, die kleiner oder gleich 1,5 µm sind, verwendet.

Eine Alternativlösung zum Anschließen der Stromversorgung an eine Leistungsbauelementanordnung besteht zwar darin, daß viele Bondverbindungen um oder auf die Anordnung gesetzt werden, um den Strom über eine Vielzahl von Bonddrähten fließen zu lassen. Diese Lösung weist jedoch den Nachteil auf, daß viele parallele Bonddrähte und/oder viele Anschlüs­ se am Gehäuse vorhanden sein müssen. Viele parallele Bonddrähte können nicht auf ihr Vorhandensein geprüft werden, so daß eventuell unzuverlässige Teile ausgeliefert werden, oder es ergeben sich Preisprobleme hinsichtlich des aufwendigen Gehäuses.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es dementsprechend, die gattungsgemäße Leistungsbauelementanordnung derart wei­ terzubilden, daß der Widerstand der Verbindungen der einzel­ nen Zellen erniedrigt ist.

Erfindungsgemäß wird die obige Aufgabe bei der gattungsge­ mäßen Leistungsbauelementanordnung dadurch gelöst, daß eine erste Metallisierungsschicht über Durchkontaktierungen mit den ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen verbunden ist, vorgesehen ist; wahlweise eine zweite, darüberliegende Me­ tallisierungsschicht, welche über Durchkontaktierungen mit der ersten Metallisierungsschicht verbunden ist, vorgesehen ist; eine dritte, darüberliegende Metallisierungsschicht, welche über Durchkontaktierungen der ersten Metallisierungs­ schicht oder mit der wahlweise vorgesehenen zweiten Metalli­ sierungsschicht verbunden ist, vorgesehen ist; die erste und die wahlweise vorgesehene zweite Metallisierungsschicht Al-Metall oder eine Al-Metallverbindung oder eine Al-Metalle­ gierung enthalten und eine erste und zweite Dicke aufweisen; und die dritte Metallisierungsschicht ein Metall oder eine Metallverbindung oder eine Metallegierung enthält und eine dritte Dicke, die wesentlich größer als die erste und die zweite Dicke ist, aufweist.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die die dritte Metallisierungsschicht Cu-Metall oder eine Cu-Metallverbindung oder eine Cu-Metallegierung enthält.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Haupt­ elektrodenzonen und die zweiten Hauptelektrodenzonen längli­ che Zonen sind, die abwechselnd nebeneinander in dem Halb­ leitersubstrat angeordnet sind; und beiderseits unmittelbar angrenzend an die ersten Hauptelektrodenzonen in dem Halb­ leitersubstrat die Steuerelektrodenzonen verlaufen.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Metalli­ sierungsschicht nebeneinanderliegende erste Streifen auf­ weist, die parallel zu einer jeweiligen ersten oder zweiten Hauptelektrodenzone verlaufen; die zweite Metallisierungs­ schicht nebeneinanderliegende zweite Streifen aufweist, die parallel zu einer jeweiligen ersten oder zweiten Hauptelektrodenzone verlaufen; die dritte Metallisierungsschicht nebeneinanderliegende dritte Streifen aufweist, die senkrecht zur Längsrichtung der ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen verlaufen und die ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen benachbarter Zellen teilweise überlappen; und die dritten Streifen jeweils abwechselnd mit den ersten Hauptelektrodenzonen der überlappten Zellen und mit den zweiten Hauptelektrodenzonen der überlappten Zellen verbunden sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Durchkontak­ tierungen, über die die jeweiligen dritten Streifen mit den entsprechenden zweiten Streifen verbunden sind, und die Durchkontaktierungen, über die die jeweiligen zweiten Streifen mit den entsprechenden ersten Streifen verbunden sind, übereinander angeordnet sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Durchkontak­ tierungen, über die die jeweiligen dritten Streifen mit den entsprechenden zweiten Streifen verbunden sind, und die Durchkontaktierungen, über die die jeweiligen zweiten Streifen mit den entsprechenden ersten Streifen verbunden sind, gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Me­ tallisierungsschicht nebeneinanderliegende erste Streifen aufweist, die parallel zu einer jeweiligen ersten oder zwei­ ten Hauptelektrodenzone verlaufen; die zweite Metallisie­ rungsschicht nebeneinanderliegende zweite Streifen aufweist, die senkrecht zur Längsrichtung der ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen verlaufen und die erste und zweite Hauptelektrodenzonen benachbarter Zellen teilweise überlap­ pen; die dritte Metallisierungsschicht nebeneinanderliegende dritte Streifen aufweist, die parallel zu der ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen verlaufen; die zweiten Streifen jeweils abwechselnd mit den ersten Hauptelektrodenzonen der überlappten Zellen und mit den zweiten Hauptelektrodenzonen der überlappten Zellen verbunden sind; und die dritten Streifen jeweils abwechselnd mit den zweiten Streifen, die mit den ersten Hauptelektrodenzonen verbunden sind, und mit den zweiten Streifen, die mit den zweiten Hauptelektrodenzo­ nen verbunden sind, über entsprechende in den Schnittberei­ chen der zweiten und dritten Streifen liegende Durchkontak­ tierungen verbunden sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der dritten Metallisierungsschicht eine Polyimidschicht zur Reduzierung von mechanischen Spannungen gebildet ist.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen Diffusionszonen sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dicke und die zweite Dicke im Bereich von 0,5 und 3 µm liegen.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dicke 0,76 µm beträgt.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dicke 1,52 µm beträgt.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Dicke 10-30 µm beträgt.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbau­ elemente MOS- oder DMOS-Feldeffekttransistoren sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbau­ elemente Bipolartransistoren sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbau­ elemente Resurf-Transistoren sind.

Bevorzugterweise ist die erfindungsgemäße Leistungsbauele­ mentanordnung dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbau­ eleinente Thyristoren sind.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Leistungsbau­ elementanordnung liegt darin, daß die Verwendung der dicken Cu-enthaltenden Schicht die Erstellung von Layouts bei die­ sen Leistungsbauelementen vereinfacht, die effektive Nutzung des vorhandenen Siliziums ermöglicht und somit zur Verbilli­ gung dieser Bauelemente beiträgt.

Auch ist die Zuverlässigkeit, wie der sichere Betriebsbe­ reich (SOAR) erhöht, und die Tendenz zur Bildung von "hot spots" (Überhitzungspunkten) erniedrigt.

Wenn die zweite Metallisierungsschicht zwischen der ersten und der dritten Metallisierungsschicht vorgesehen ist, gibt es drei Anschlußebenen mit geringem Widerstand. Dies ermög­ licht eine Reduzierung des Widerstands der Anschlußleitungen der Steuerelektroden und somit eine Erhöhung der Schaltge­ schwindigkeit der Leistungsbauelementanordnung.

Der letztgenannte Vorteil bringt ebenfalls ein besseres An­ sprechverhalten bei sehr kurzen Impulsen, da alle Einzelele­ mente des Leistungsbauelementanordnung virtuell gleichzeitig eingeschaltet werden.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzug­ ter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines DMOS-Transistors;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen DMOS-Transistor entlang der Linie A-A′ in Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3; einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen DMOS-Transistor entlang der Linie A-A′ in Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein erstes Metallisierungsschema bei der ersten Ausführungsform von Fig. 2;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein zweites Metallisierungsschema bei der ersten Ausführungsform von Fig. 2; und

Fig. 6 eine Draufsicht auf ein Metallisierungsschema bei der zweiten Ausführungsform von Fig. 2.

Ohne die Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung auf ir­ gendeine bestimmte Leistungsbauelementart beschränken zu wollen, wird sie nachstehend am Beispiel von Leistungs-DMOS-Feld­ effekttransistoren näher erläutert werden. Natürlich ist die Erfindung genauso bei anderen Leistungsbauelementen, wie z. B. MOSFETs, Bipolar- und Resurf-Transistoren oder Thyri­ storen, verschiedenster Geometrien anwendbar.

Auch sind nicht alle Details der einzelnen Transistoren der angeführten beispielhaften Ausführungsformen gezeigt, son­ dern aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die zum Verständ­ nis der Erfindung wesentlichen Komponenten.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines DMOS-Transistors. In Fig. 1 bezeichnen Bezugszeichen S und D längliche Source- bzw. Drain-Zonen jeweiliger MOSFETs, die in alternierenden Zellen angeordnet sind. Auf den Source- und Drain-Zonen befinden sich jeweilige Kontaktbereiche K zur elektrischen Verbindung der Zonen. Beiderseits unmittel­ bar angrenzend an die Source-Zonen verlaufen Kanalzonen, über denen sich jeweils ein Gate-Anschluß G befindet.

Diese Zonen liegen in einer N-Wanne, welche in dem Halblei­ tersubstrat vorgesehen ist. Im gezeigten Beispiel sind die Source- und Drain-Zonen N-dotiert und die Kanalzone P-do­ tiert. Beispielsweise sind alle diese Zonen durch Diffu­ sionsprozesse hergestellt.

Die Linie A-A′ bezeichnet eine Schnittlinie, entlang wel­ cher die Darstellungen von Fig. 2 und Fig. 3 verlaufen.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen DMOS-Transistor entlang der Linie A-A′ in Fig. 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind drei Metallisierungsschichten Met1, Met2 und Met3, in­ nerhalb derer jeweilige Verbindungen ausgebildet sind, vor­ gesehen. Die Metallisierungsschichten sind untereinander und gegenüber dem Halbleitersubstrat bis auf vorbestimmte Durch­ kontaktierungen mittels Isolierschichten, wie z. B. Silizium­ dioxidschichten, elektrisch voneinander isoliert. Die zweite Metallisierungsschicht kann wahlweise eingesetzt werden oder auch nicht.

Im einzelnen bezeichnet Met1 die erste, unterste Metallisie­ rungsschicht, welche über Durchkontaktierungen mit den Source- und Drain-Zonen verbunden ist. Met2 bezeichnet die wahlweise vorgesehene zweite, darüberliegende Metallisie­ rungsschicht, welche über Durchkontaktierungen Via-1 mit der ersten Metallisierungsschicht Met1 verbunden ist. Schließ­ lich bezeichnet Met3 die dritte, darüberliegende Metallisie­ rungsschicht, welche über Durchkontaktierungen Via-1 mit der ersten Metallisierungsschicht Met1 bzw. über Durchkontaktie­ rungen Via-2 mit der wahlweise vorgesehenen zweiten Metalli­ sierungsschicht Met2 verbunden ist.

Die erste und zweite wahlweise vorgesehene Metallisierungs­ schicht Met1 bzw. Met2 sind Schichten aus Al-Metall, aus Al-Verbindungen oder aus Al-Legierungen. Funktionell dienen diese erste und zweite Metallisierungsschicht Met1 bzw. Met2 zur Ausbildung von sehr dicht gepackten, streifenförmigen Verbindungen zwischen den einzelnen Transistoren. Daher wei­ sen sie Standarddicken zwischen 0,5 und 3 µm auf, welche bevorzugterweise zwischen 0,76 und 1,52 µm liegen.

Die dritte Metallisierungsschicht Met3 ist eine Schicht z. B. aus Cu-Metall, aus Cu-Verbindungen oder aus Cu-Legierungen. Funktionell dient diese dritte Metallisierungsschicht Met3 zur Ausbildung breiter, streifenförmiger Verbindungen, wel­ che hohe Ströme von der Stromversorgung zu den einzelnen Transistoren aufnehmen können müssen. Daher weist sie eine wesentlich größere Dicke als die erste und zweite Metalli­ sierungsschicht Met1 bzw. Met2 auf, welche bevorzugterweise bei 25 µm liegt. Um die Probleme hinsichtlich Elektromigra­ tion bei Aluminium zu vermeiden und gleichzeitig die Kosten gering zu halten, ist Kupfer das geeignete Basismaterial für diese dritte Metallisierungsschicht Met3, doch können auch andere Metalle, Metallverbindungen oder Metallegierungen je nach den gewünschten Eigenschaften dafür verwendet werden.

Somit ermöglicht die dritte Metallisierungsschicht Met3, daß der Strom gleichmäßig an die einzelnen Transistoren verteilt wird und die auftretenden Spannungsabfälle sehr gering sind.

Unter der Annahme von Streifen mit zwei Einheitsflächen für Source als auch für Drain und einer Streifendicke von 25 µm erreicht man einen Gesamtwiderstand von 3,0 mΩ (spez. Wi­ derstand von Cu ist 1,8 µΩcm). Somit beträgt im Vergleich zum obigen Beispiel der Spannungsabfall bei einem Strom von 20 A nur noch 30 mV pro Transistor. Das entspricht einer Verbesserung von einem Faktor 25. Der Beitrag zum Durchlaß­ widerstand bei einem Transistor mit RDSon = 25 mΩ erniedrigt sich dementsprechend ebenfalls auf 14%.

Insbesondere unterliegt Kupfer keiner Elektromigration wie Aluminium und sorgt somit dafür, daß sich das Stromdichte­ profil nicht nachteilig ändert.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen DMOS-Transistor entlang der Linie A-A′ in Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Ein Unterschied zur in Fig. 2 gezeigten ersten Ausführungsform liegt in der geometrischen Anordnung der Verbindungen in den verschiedenen Metallisie­ rungsschichten Met1, Met2 bzw. Met3. Dieser Unterschied wird nachstehend im Zusammmenhang mit Fig. 4 bis 6 näher erläu­ tert werden. Ansonsten sind die Ausführungsformen gleich.

Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf ein erstes Metallisierungs­ schema bei der ersten Ausführungsform von Fig. 2.

Die erste Metallisierungsschicht Met1 weist nebeneinander­ liegende erste Streifen Source-Met1 bzw. Drain-Met1 auf, die parallel zu einer jeweiligen Source-Zone S oder Drain-Zone D verlaufen.

Die zweite Metallisierungsschicht Met2 weist ebenfalls ne­ beneinanderliegende zweite Streifen Source-Met2 bzw. Drain-Met2 auf, die parallel zu einer jeweiligen Source-Zone S oder Drain-Zone D verlaufen.

Die dritte Metallisierungsschicht Met3 hingegen weist neben­ einanderliegende dritte Streifen Source-Met3 bzw. Drain-Met3 auf, die senkrecht zu Längsrichtung der Source-Zonen S und Drain-Zonen D verlaufen und die Source-Zonen S und die Drain-Zonen D benachbarter Zellen teilweise überlappen. Da­ bei sind die dritten Streifen Drain-Met3 bzw. Source-Met3 jeweils abwechselnd mit den Source-Zonen S der überlappten Zellen und mit den Drain-Zonen D der überlappten Zellen ver­ bunden. Die Streifen Source-Met3 bzw. Drain-Met3 der dritten Metallisierungsschicht Met3 bilden die Verbindung zu den Bond-Anschlüssen, welche mit der Stromversorgung verbunden sind.

Beim hier gezeigten Metallisierungsschema der ersten Ausfüh­ rungsform sind die Durchkontaktierungen Via-2, über die die jeweiligen dritten Streifen mit den entsprechenden zweiten Streifen verbunden sind, und die Durchkontaktierungen Via-1, über die die jeweiligen zweiten Streifen mit den entspre­ chenden ersten Streifen verbunden sind, übereinander ange­ ordnet.

Eine derartige Anordnung ergibt zwar den geringsten vertika­ len Widerstand zwischen den Verbindungen der ersten, zweiten und dritten Metallisierungsschicht Met1, Met2 und Met3, kann jedoch manchmal in der Herstellung wegen der hohen Auflö­ sung, die der Photoprozeß aufweisen muß, nur schwer oder überhaupt nicht realisierbar sein.

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf ein zweites Metallisie­ rungsschema bei der ersten Ausführungsform von Fig. 2. Bei dem dortigen Metallisierungsschema sind die Durchkontaktie­ rungen Via-2, über die die jeweiligen dritten Streifen mit den entsprechenden zweiten Streifen verbunden sind, und die Durchkontaktierungen Via-1, über die die jeweiligen zweiten Streifen mit den entsprechenden ersten Streifen verbunden sind, gegeneinander versetzt angeordnet.

Demzufolge sind die beim Metallisierungsschema von Fig. 4 möglicherweise auftretenden Schwierigkeiten bei diesem Me­ tallisierungsschema nicht möglich.

Ansonsten sind die Anordnungen von Fig. 4 und 5 identisch.

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Metallisierungsschema bei der zweiten Ausführungsform von Fig. 2. Bei dem dortigen Metallisierungsschema weist die erste Metallisierungsschicht Met1 nebeneinanderliegende erste Streifen Source-Met1 bzw. Drain-Met1 auf, die parallel zu einer jeweiligen Source-Zone S oder Drain-Zone D verlaufen.

Hingegen weist die zweite Metallisierungsschicht Met2 neben­ einanderliegende zweite Streifen Source-Met2 bzw. Drain-Met2 auf, die senkrecht zur Längsrichtung der Source-Zonen S und der Drain-Zonen D verlaufen und die Source-Zonen S und die Drain-Zonen D benachbarter Zellen teilweise überlappen.

Die dritte Metallisierungsschicht Met3 weist nebeneinander­ liegende dritte Streifen Source-Met3 bzw. Drain-Met3 auf, die parallel zu der Source-Zonen S und der Drain-Zonen D verlaufen.

Dabei sind die zweiten Streifen Source-Met2 bzw. Drain-Met2 jeweils abwechselnd mit den Source-Zonen S der überlappten Zellen und mit den Drain-Zonen D der überlappten Zellen ver­ bunden.

Schließlich sind die dritten Streifen Source-Met3 bzw. Drain-Met3 jeweils abwechselnd mit den zweiten Streifen Source-Met2, die mit den Source-Zonen S verbunden sind, und mit den zweiten Streifen Drain-Met2, die mit den Drain-Zonen D verbunden sind, über entsprechende in den Schnittbereichen der zweiten und dritten Streifen liegende Durchkontaktie­ rungen Via-2 verbunden.

In diesem speziellen Fall beträgt der maximale Spannungsab­ fall in einer Verbindung entlang einer einzelnen Source- oder Drain-Zone in der ersten Metallisierungsschicht Met1 4,3 mV, in der zweiten Metallisierungsschicht Met2 8 mV und in der dritten Metallisierungsschicht Met3 14,7 mV. Diese Zahlen beziehen sich wie oben auf einen Transistor mit einem Durchlaßwiderstand RDSon von 25 mΩ. Dies entspricht einem Spannungsabfall von 0,5 V bei einem Strom von 20 A und einer Temperatur von 100°C in einer Fläche von 0,75 cm². Der Ge­ samtspannungsabfall beträgt daher 27 mV bei 25°C.

Diese zweite Ausführungsform ist dann ideal, wenn unterhalb der dritten Metallisierungsschicht Met3 eine Polyimidschicht zur Reduzierung von mechanischen Spannungen gebildet werden muß, denn hierbei muß der Photoprozeß zur Strukturierung des Polyimid keine besonders hohe Auflösung aufweisen. Die Durchkontaktierungen können von der Größenordnung von 10 µm sein.

Wie vorstehend ausführlich erklärt, leistet die vorliegende Erfindung einen wertvollen Beitrag zur Herstellung effekti­ ver Leistungsbauelemente mit verbesserter Zuverlässigkeit und erniedrigt die Herstellungskosten.

Claims (17)

1. Leistungsbauelementanordnung mit
einer Vielzahl von in einem Halbleitersubstrat identisch aufgebauten Zellen, die jeweils eine erste Hauptelektroden­ zone (S), eine zweite Hauptelektrodenzone (D) und eine da­ zwischenliegende Steuerelektrodenzone (G) enthalten; wobei
alle Zellen durch Verbinden der ersten Hauptelektrodenzonen (S), der zweiten Hauptelektrodenzonen (D) und der Steuer­ elektrodenzonen (G) parallel geschaltet sind; dadurch gekennzeichnet, daß
eine erste Metallisierungsschicht (Met1), welche über Durch­ kontaktierungen mit den ersten und zweiten Hauptelektroden­ zonen (S, D) verbunden ist, vorgesehen ist;
wahlweise eine zweite, darüberliegende Metallisierungs­ schicht (Met2), welche über Durchkontaktierungen (Via-1) mit der ersten Metallisierungsschicht (Met1) verbunden ist, vor­ gesehen ist;
eine dritte, darüberliegende Metallisierungsschicht (Met3), welche über Durchkontaktierungen (Via-1) mit der ersten Me­ tallisierungsschicht (Met1) oder über Durchkontaktierungen (Via-2) mit der wahlweise vorgesehenen zweiten Metallisie­ rungsschicht (Met2) verbunden ist, vorgesehen ist;
die erste und die wahlweise vorgesehene zweite Metallisie­ rungsschicht (Met1, Met2) Al-Metall oder eine Al-Metallver­ bindung oder eine Al-Metallegierung enthalten und eine erste und zweite Dicke aufweisen; und
die dritte Metallisierungsschicht (Met3) ein Metall oder eine Metallverbindung oder eine Metallegierung enthält und eine dritte Dicke, die wesentlich größer als die erste und die zweite Dicke ist, aufweist.

2. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Metallisierungsschicht (Met3) Cu-Metall oder eine Cu-Metallverbindung oder eine Cu-Metallegierung enthält.

3. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die ersten Hauptelektrodenzonen (S) und die zweiten Haupt­ elektrodenzonen (D) längliche Zonen sind, die abwechselnd nebeneinander in dem Halbleitersubstrat angeordnet sind; und
beiderseits unmittelbar angrenzend an die ersten Hauptelek­ trodenzonen (S) in dem Halbleitersubstrat die Steuerelektro­ denzonen verlaufen.

4. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Metallisierungsschicht (Met1) nebeneinanderliegen­ de erste Streifen (Source-Met1, Drain-Met1) aufweist, die parallel zu einer jeweiligen ersten oder zweiten Hauptelektrodenzone (S, D) verlaufen;
die zweite Metallisierungsschicht (Met2) nebeneinanderlie­ gende zweite Streifen (Source-Met2, Drain-Met2) aufweist, die parallel zu einer jeweiligen ersten oder zweiten Hauptelektrodenzone (S, D) verlaufen;
die dritte Metallisierungsschicht (Met3) nebeneinanderlie­ gende dritte Streifen (Source-Met3, Drain-Met3) aufweist, die senkrecht zur Längsrichtung der ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen (S, D) verlaufen und die ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen benachbarter Zellen teilweise überlappen; und
die dritten Streifen (Drain-Met3, Source-Met3) jeweils ab­ wechselnd mit den ersten Hauptelektrodenzonen (S) der über­ lappten Zellen und mit den zweiten Hauptelektrodenzonen (D) der überlappten Zellen verbunden sind.

5. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchkontaktierungen (Via-2), über die die jeweiligen dritten Streifen mit den entsprechenden zweiten Streifen verbunden sind, und die Durchkontaktierungen (Via-1), über die die jeweiligen zweiten Streifen mit den entsprechenden ersten Streifen verbunden sind, übereinander angeordnet sind.

6. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchkontaktierungen (Via-2), über die die jeweiligen dritten Streifen mit den entsprechenden zweiten Streifen verbunden sind, und die Durchkontaktierungen (Via-1), über die die jeweiligen zweiten Streifen mit den entsprechenden ersten Streifen verbunden sind, gegeneinander versetzt angeordnet sind.

7. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Metallisierungsschicht (Met1) nebeneinanderliegen­ de erste Streifen (Source-Met1, Drain-Met1) aufweist, die parallel zu einer jeweiligen ersten oder zweiten Hauptelektrodenzone (S, D) verlaufen;
die zweite Metallisierungsschicht (Met2) nebeneinanderlie­ gende zweite Streifen (Source-Met2, Drain-Met2) aufweist, die senkrecht zur Längsrichtung der ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen (S, D) verlaufen und die erste und zweite Hauptelektrodenzonen benachbarter Zellen teilweise überlappen;
die dritte Metallisierungsschicht (Met3) nebeneinanderlie­ gende dritte Streifen (Source-Met3, Drain-Met3) aufweist, die parallel zu den ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen (S, D) verlaufen;
die zweiten Streifen (Source-Met2, Drain-Met2) jeweils ab­ wechselnd mit den ersten Hauptelektrodenzonen (S) der über­ lappten Zellen und mit den zweiten Hauptelektrodenzonen (D) der überlappten Zellen verbunden sind; und
die dritten Streifen (Source-Met3, Drain-Met3) jeweils ab­ wechselnd mit den zweiten Streifen (Source-Met2), die mit den ersten Hauptelektrodenzonen (S) verbunden sind, und mit den zweiten Streifen (Drain-Met2), die mit den zweiten Hauptelektrodenzonen (D) verbunden sind, über entsprechende in den Schnittbereichen der zweiten und dritten Streifen liegende Durchkontaktierungen (Via-2) verbunden sind.

8. Leistungsbauelementanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der dritten Metallisierungsschicht (Met-3) eine Polyimidschicht zur Reduzierung von mechanischen Spannungen gebildet ist.

9. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Hauptelektrodenzonen (S, D) Diffu­ sionszonen sind.

10. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dicke und die zweite Dicke im Bereich von 0,5 und 3 µm liegen.

11. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dicke 0,76 µm beträgt.

12. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Dicke 1,52 µm beträgt.

13. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Dicke 10-30 µm beträgt.

14. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbauelemente MOS- oder DMOS-Feldeffekttran­ sistoren sind.

15. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbauelemente Bipolartransistoren sind.

16. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbauelemente Resurf-Transistoren sind.

17. Leistungsbauelementanordnung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsbauelemente Thyristoren sind.