DE102006015131B4 - Semiconductor structure with sinker contact and method for its production - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterstruktur, welche ein Halbleitersubstrat, eine hochdotierte vergrabene Schicht, die wenigstens in Teilen des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, eine einkristalline Halbleiterschicht ("Epischicht"), die auf dem Halbleitersubstrat und der vergrabenen Schicht angeordnet ist, und einen von einer Oberfläche der Halbleiterschicht bis zur vergrabenen Schicht reichenden niederohmigen Kontakt in Form eines Diffusionsgebiets ("Sinker-Kontakt") umfasst, wobei eine den Sinker-Kontakt im Wesentlichen umrahmende Sinker-Grabenisolierung angeordnet ist, welche den Sinker-Kontakt von angrenzenden Gebieten der Epischicht elektrisch isoliert.The invention relates to a semiconductor structure comprising a semiconductor substrate, a heavily doped buried layer formed in at least portions of the semiconductor substrate, a monocrystalline semiconductor layer ("epilayer") disposed on the semiconductor substrate and the buried layer, and a surface of the semiconductor substrate Semiconductor layer to the buried layer reaching low-resistance contact in the form of a "sinker contact", wherein a sinker trench isolation substantially framing the sinker contact is arranged, which electrically isolates the sinker contact of adjacent areas of the epilayer.
Description
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Halbleiterbauelemente und betrifft insbesondere eine Halbleiterstruktur mit einem eine vergrabenene Schicht kontaktierenden Sinker-Kontakt, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The The present invention is in the field of semiconductor devices and more particularly relates to a semiconductor structure having a buried layer contacting sinker contact, as well as a method for their production.
Moderne integrierte Schaltungen enthalten eine Vielzahl von elektrisch isolierten Schaltungselementen. Im Zuge einer fortschreitende Miniaturisierung werden diese Schaltungselemente immer kleiner, so dass auch die elektrischen Isolierungen zwischen den Schaltungselementen in entsprechender Weise kleiner werden müssen.modern Integrated circuits contain a variety of electrically isolated Circuit elements. In the course of a progressive miniaturization These circuit elements are getting smaller, so that too electrical insulation between the circuit elements in a corresponding manner have to get smaller.
In den heute gängigen Smart Power Technologie (SPT)-Produkten, welche die Funktionalität von CMOS-, Bipolar- und DMOS-Bauteilen in sich vereinigen, werden unterschiedliche Schaltungselemente auf einem Halbleiterchip beispielsweise mittels einer Diffusionsisolierung voneinander elektrisch isoliert. Um eine solche Diffusionsisolierung herzustellen, können beispielsweise durch eine maskierte Implantation geeignete Dotierstoffe in den Halbleiter eingebracht werden, welche durch anschließendes Tempern elektrisch aktiviert werden.In today's common Smart Power Technology (SPT) products, which the functionality CMOS, bipolar and DMOS devices different circuit elements on a semiconductor chip, for example electrically insulated from each other by diffusion insulation. Around To produce such a diffusion insulation, for example, by a masked implantation suitable dopants in the semiconductor are introduced, which is electrically activated by subsequent annealing become.
Um als Isolierung wirken zu können, muss das erzeugte Dotiergebiet vom Leitungstyp des Substrats bzw. der darauf aufgebrachten einkristallinen Epischicht verschieden sein. So wird beispielsweise ein p-dotiertes Dotiergebiet in einem n-dotierten Substrat bzw. Epischicht erzeugt. Bekannt ist auch die Formung einer Grabensisolation, bei welcher von der Epischicht bis zum Halbleitersubstrat reichende tiefe Gräben ("deep trenches") geätzt werden, die anschließend mit einem isolierenden Material (beispielsweise Siliziumdioxid) verfüllt werden. Solche Grabenisolationen umrahmen gewöhnlich die Halbleiterbauelemente bzw. lateralen Bereiche, in denen eine Mehrzahl von solchen Halbleiterbauelementen beherbergt sind, um diese elektrisch voneinander zu isolieren.Around to act as insulation, the generated doping region of the conductivity type of the substrate or the monocrystalline epi layer applied thereto is different be. For example, a p-doped doping region becomes one n-doped substrate or epi layer generated. Also known is the formation of a trench isolation, in which from the epi layer to the semiconductor substrate reaching deep trenches be etched ("deep trenches"), the following with an insulating material (for example silicon dioxide) filled become. Such trench isolations usually frame the semiconductor devices or lateral areas in which houses a plurality of such semiconductor devices are to electrically isolate them from each other.
Manche integrierte Schaltungen, wie Bipolar- und DMOS-Transistoren, welche auch in SPT-Produkten eingesetzt werden, verwenden eine hochdotierte vergrabene Schicht ("buried layer") als Kollektor- oder Draingebiet. Um einen niederohmigen Kontakt zur vergrabenen Schicht herzustellen, wird beispielsweise ein bis zur vergrabenen Schicht reichendes Diffusionsgebiet ("Sinker-Kontakt") erzeugt. Die Herstellung eines solchen Sinker-Kontakts kann durch Implantation geeigneter Dotierstoffe und Tempern erfolgen, wobei das Tempern dazu dient, die Dotierstoffe in die Epischicht einzutreiben, bis diese die vergrabene Schicht erreichen, und um diese elektrisch zu aktivieren. Die Dotierstoffe sind hierbei so gewählt, dass der Sinker-Kontakt eine Dotierung vom gleichen Leitungstyp wie die vergrabene Schicht hat, während die Dotierung zum Leitungstyp der Epi-Schicht verschieden ist, um zu erreichen, dass der Sinker-Kontakt gegenüber der Epischicht elektrisch isoliert ist.Some integrated circuits, such as bipolar and DMOS transistors, which are also used in SPT products used, use a highly doped buried layer ("buried layer") as a collector or drainage area. To make a low-resistance contact to the buried Layer is, for example, one to buried Layer-reaching diffusion region ("sinker contact") generated. The production of such Sinker contact can be achieved by implantation of suitable dopants and annealing, the annealing serving to provide the dopants to drive into the epoch layer until this buried layer reach, and to activate them electrically. The dopants are chosen here that the sinker contact a doping of the same conductivity type as the buried layer has, while the doping is of the conductivity type the epi-layer is different in order to achieve that sinker contact across from the epi layer is electrically isolated.
Nachteilig beim Herstellen einer Diffusionsisolierung, wie beispielsweise eines Sinker-Kontakts zur Kontaktierung einer vergrabenen Schicht, ist insbesondere die Tatsache, dass beim Tempern stets eine laterale Ausdiffusion der Dotierstoffe erfolgt, so dass der Platzbedarf einer solchen Diffusionsisolierung vergleichsweise hoch ist. Zudem muss die Diffusionsisolierung zur Erzielung einer ausreichenden Spannungsfestigkeit die Ausbildung einer Raumladungszone mit einer genügenden lateralen Abmessung ermöglichen, so dass in der Umgebung des Diffusionsgebiets ausreichend Platz vorgehalten werden muss. Insofern benötigen herkömmliche Diffusionsisolierungen vergleichsweise viel Platz, was nachteilig in Hinblick auf eine Miniaturisierung der Halbleiterbauelemente ist.adversely when producing a diffusion insulation, such as a Sinker contact for contacting a buried layer is in particular the fact that during tempering always a lateral Outdiffusion of the dopants takes place, so that the space requirement of a such diffusion insulation is comparatively high. In addition, must the diffusion insulation to achieve a sufficient dielectric strength the formation of a space charge zone with a sufficient lateral Allow dimension, so that there is enough space around the diffusion area must be kept. In this respect, require conventional diffusion insulation comparatively much space, which is disadvantageous in terms of a Miniaturization of the semiconductor devices is.
Im
Einzelnen ist aus der
Weiterhin
behandelt die
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiterstruktur sowie ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, durch welche ein Sinker-Kontakt zur Kontaktierung einer vergrabenen Schicht mit einem geringeren lateralen Platzbedarf als bislang realisiert werden kann, ohne die Spannungsfestigkeit der Diffusionsisolierung einzubüßen.It Object of the invention, a semiconductor structure and a method specify for their production, by which a sinker contact for contacting a buried layer with a lower one lateral space requirement can be realized so far, without the Forfeit the dielectric strength of the diffusion insulation.
Diese Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Halbleiterstruktur des Patentanspruches 1 bzw. ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruches 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Patentansprüche 2 und 3 angegeben.These The object is according to the proposal of the invention by a semiconductor structure of claim 1 or a process for their preparation with the features of claim 4 solved. Advantageous embodiments The invention are characterized by the features of claims 2 and 3 indicated.
Erfindungsgemäß ist eine Halbleiterstruktur gezeigt, welche in herkömmlicher Weise ein Halbleitersubstrat und eine hochdotierte vergrabene Schicht, die wenigstens in Teilen des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, aufweist. Die hochdotierte vergrabene Schicht kann als Kollektor- oder Drainge biet eines Bipolar- oder DMOS-Transistors dienen. Auf dem Halbleitersubstrat und der vergrabenen Schicht ist, wie üblich, eine einkristalline Halbleiterschicht (Epischicht) angeordnet, die gewöhnlich mittels Molekularstrahlepitaxie abgeschieden wird. Weiterhin ist die Halbleiterstruktur mit einem von einer Oberfläche der Epischicht bis zur vergrabenen Schicht reichenden niederohmigen Kontakt in Form eines Diffusionsgebiets (Sinker-Kontakt) versehen, um einen elektrischen Anschluss zur vergrabenen Schicht zu schaffen.According to the invention is a Semiconductor structure shown, which in a conventional manner, a semiconductor substrate and a highly doped buried layer, at least in part of the semiconductor substrate is formed. The highly doped buried layer can be used as a collector or drain of a bipolar or DMOS transistor serve. On the semiconductor substrate and the buried layer is, as usual, a monocrystalline semiconductor layer (epi-layer) is arranged, the usually is deposited by molecular beam epitaxy. Furthermore, the Semiconductor structure with one from one surface of the epi layer to the buried layer reaching low-resistance contact in the form of a Diffusion area (sinker contact) provided to an electrical To create connection to the buried layer.
Die erfindungsgemäße Halbleiterstruktur zeichnet sich nun in wesentlicher Weise dadurch aus, dass eine den Sinker-Kontakt im Wesentlichen umrahmende Grabenisolierung ("Sinker-Grabenisolierung") angeordnet ist, welche den Sinker-Kontakt von angrenzenden (dotierten) Gebieten der Epischicht isoliert bzw. abgrenzt. Um eine elektrische Isolation des Sinker-Kontakts von den angrenzenden Gebieten der Epischicht zu erreichen, sind die Gräben der Grabenisolierung mit einem isolierenden Material, wie Siliziumdioxid, verfüllt. Jedoch kann auch jedes andere, geeignete isolierende Material verwendet werden.The inventive semiconductor structure records Now, in a significant way, that the sinker contact essentially surrounding trench isolation ("sinker trench isolation"), which is the sinker contact isolated from adjacent (doped) areas of the epilayer demarcates. To an electrical insulation of the sinker contact of the To reach adjacent areas of the epistoleate, the trenches are the trench isolation with an insulating material, such as silica, filled. however Any other suitable insulating material may also be used.
Durch die Sinker-Grabenisolierung kann in vorteilhafter Weise eine räumliche Eingrenzung des Sinker-Kontakts erreicht werden, da bei der Herstellung des Sinker-Kontakts die Dotierstoffe beim Eintreiben in die Epischicht nur bis zur Sinker-Grabenisolierung diffundieren können. Durch die Sinker-Grabenisolierung kann somit ein Sinker-Kontakt mit gewünschten Abmessungen realisiert werden. Zudem muss aufgrund der isolierenden Eigenschaften der Sinker-Grabenisolierung der Sinker-Kontakt lediglich seine Funktion als niederohmiger Anschluss der vergrabenen Schicht erfüllen. Im Unterschied zu einer Diffusionsisolierung erübrigt sich somit hinsichtlich einer genügenden Spannungsfestigkeit ausreichend Platz zur Ausbildung einer Raumladungszone in der Umgebung des Sinker-Kontakts vorzuhalten, so dass der Platzbedarf des Sinker- Kontakts im Vergleich zu einer Diffusionsisolierung reduziert ist.By the sinker trench isolation can advantageously be a spatial Limitation of the sinker contact can be achieved because in the production the sinker contact the dopants when driving into the epilayer only up to the sinker trench isolation can diffuse. Through the sinker trench isolation Thus, a sinker contact with desired dimensions can be realized become. In addition, due to the insulating properties of the sinker trench insulation the sinker contact only its function as a low-impedance connection meet the buried layer. In contrast to a diffusion insulation is thus unnecessary in terms a sufficient one Dielectric strength sufficient space to form a space charge zone in the vicinity of the sinker contact so that the space requirement of the sinker contact compared to a diffusion insulation is reduced.
Durch den gewählten Ausdruck "im Wesentlichen" bezüglich der Umrahmung des Sinker-Kontakts durch die Sinker-Grabenisolierung soll angedeutet werden, dass es nicht notwendig ist, dass die Sinker-Grabenisolierung den Sinker-Kontakt auf seiner ganzen, die Epischicht querenden (vertikalen) Abmessung umgibt. Vielmehr genügt es, wenn die Sinker-Grabenisolierung den Sinker-Kontakt in Bezug auf dessen vertikale Abmessung so weit umgibt, dass eine Ausdiffusion der Dotierstoffe aus dem Sinker-Kontakt in die umliegenden dotierten Gebiete der Epischicht so weit verhindert wird, dass die elektrischen Eigenschaften der umliegenden dotierten Gebiete bzw. die Spannungsfestigkeit der Isolation nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Beispielsweise soll sich der Zahlenwert einer elektrischen Eigenschaft durch die Ausdiffusion der Dotierstoffe um nicht mehr als 20%, vorzugsweise nicht mehr als 10%, ändern. Eine gewisse geringe Ausdiffusion der Dotierstoffe aus dem Sinker-Kontakt in die umliegenden dotierten Gebiete der Epischicht ist somit unschädlich.By the chosen one Expression "essentially" with respect to Surrounding the sinker contact by the sinker trench isolation is to be indicated that it is not necessary that the sinker trench isolation the Sinker contact on its whole, the epi layer crossing (vertical) dimension surrounds. Rather, it is enough it when the sinker trench isolation the sinker contact with respect to its vertical dimension so far surrounds that outdiffusion of the dopants from the sinker contact prevented in the surrounding doped regions of the epilayer so far is that the electrical properties of the surrounding doped Areas or the dielectric strength of the insulation is not essential impaired become. For example, the numerical value of an electrical Property by the outdiffusion of the dopants by not more than 20%, preferably not more than 10% change. A certain small Outdiffusion of the dopants from the sinker contact into the surrounding doped regions of the epilayer is thus harmless.
In vorteilhafter Weise reicht die den Sinker-Kontakt umrahmende Sinker-Grabenisolierung jedoch wenigstens bis zur Höhe der vergrabenen Schicht, um eine Ausdiffusion der Dotierstoffe des Sinker-Kontakts in die umliegenden Gebiete der Epischicht oder eine Verringerung der Spannungsfestigkeit gänzlich zu vermeiden. Die Sinker-Grabenisolierung kann hierbei in die vergrabene Schicht eintauchen, jedoch nur so weit, dass elektrische Eigenschaften der vergrabenen Schicht nicht wesentlich beeinträchtigt sind. Ein Teil der Sinker-Grabenisolierung kann die vergrabene Schicht auch durchtrennen, wobei die Sinker-Grabenisolierung an der gewünschten Kontaktstelle nicht vollständig durchtrennt werden darf.In Advantageously, however, the sinker trench isolation surrounding the sinker contact is sufficient at least up to the height the buried layer, to an outdiffusion of the dopants of the sinker contact in the surrounding areas of the epilayer or a reduction the dielectric strength throughout to avoid. The sinker trench isolation can be buried in the buried Dip layer, but only so far that electrical properties the buried layer are not significantly affected. Part of the sinker trench isolation can also sever the buried layer, with the sinker trench isolation at the desired Contact point not complete may be severed.
Weist die Halbleiterstruktur eine Tiefgrabenisolierung zur elektrischen Isolierung von aktiven Strukturen, wie Bipolar- oder DMOS-Transistoren, oder von lateralen Bereichen, in denen solche aktiven Strukturen enthalten sind, auf, bei welcher die Gräben von der Oberfläche der Epischicht bis wenigstens zum Halbleitersubstrat reichen, so ist es äußerst vorteilhaft, wenn ein Teil der Tiefgrabenisolierung einen Teil der den Sinker-Kontakt umrahmenden Sinker-Grabenisolierung formt. Eine vollständige Ummantelung des Sinker-Kontakts durch die Tiefgrabenstruktur ist jedoch nicht sinnvoll, da die vergrabene Schicht ansonsten an der gewünschten Kontaktstelle durchtrennt wäre. Beispielsweise kann die Tiefgrabenstruktur den Sinker-Kontakt bezüglich dreier Raumrichtungen umgeben, während bezüglich einer vierten Raumrichtung lediglich ein bis zur vergrabenen Schicht reichender Isolationsgraben vorgesehen ist. Aus Gründen einer einfachen Herstellung weist die Tiefgrabenisolierung eine größere Breite auf als der lediglich bis zur vergrabenen Schicht reichende Isolationsgraben der Sinker-Grabenisolierung.has the semiconductor structure a deep trench isolation to the electric Isolation of active structures, such as bipolar or DMOS transistors, or of lateral Areas containing such active structures, at which the trenches from the surface the epi layer to at least extend to the semiconductor substrate, so it is extremely beneficial if part of the deep trench isolation forms part of the sinker contact framing sinker trench isolation shaped. A complete sheath However, the sinker contact through the deep trench structure is not makes sense, because the buried layer otherwise at the desired Contact point would be severed. For example, the deep trench structure, the sinker contact with respect to three spatial directions surrounded while in terms of a fourth spatial direction only one to the buried layer reaching isolation trench is provided. For the sake of one simple production, the deep trench isolation has a greater width on as the only reaching to the buried layer isolation trench the sinker trench isolation.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur mit einer, durch einen Sinker-Kontakt kontaktierten, vergrabenen Schicht gezeigt, welches die folgenden Schritte umfasst:
- a) Bereitstellen eines Halbleiter-Schichtstapels, der ein Halbleitersubstrat, eine hochdotierte vergrabene Schicht, die wenigstens in Teilen des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, und eine einkristalline Halbleiterschicht, die auf dem Halbleitersubstrat und der vergrabenen Schicht angeordnet ist, umfasst;
- b) Herstellen einer laterale Bereiche des Halbleitersubstrats voneinander elektrisch isolierenden, bis in das Halbleitersubstrat reichenden Tiefgrabenisolierung;
- c) Herstellen einer Grabenisolierung ("Sinker-Kontakt-Fenster"), welche ein von der Oberfläche der Halbleiterschicht im Wesentlichen (oder mindestens) bis zur vergrabenen Schicht reichendes Gebiet umrahmt, das als Sinker-Kontakt zur vergrabenen Schicht vorgesehen ist;
- d) Herstellen eines Diffusionsgebiets (Sinker-Kontakt) innerhalb des Sinker-Kontakt-Fensters, was in herkömmlicher Weise beispielsweise durch maskierte Implantation von geeigneten Dotierstoffen und anschließendes Tempern erfolgen kann.
- a) providing a semiconductor layer stack, comprising a semiconductor substrate, a heavily doped buried layer, at least in parts of Semiconductor substrate is formed, and a monocrystalline semiconductor layer, which is disposed on the semiconductor substrate and the buried layer comprises;
- b) producing a lateral regions of the semiconductor substrate from each other electrically insulating deep trench isolation extending into the semiconductor substrate;
- c) forming a trench isolation ("sinker contact window") framing an area substantially (or at least) to the buried layer, which is provided as sinker contact with the buried layer, from the surface of the semiconductor layer;
- d) forming a sinker contact within the sinker contact window, which can be done in a conventional manner, for example by masked implantation of suitable dopants and subsequent annealing.
Die Tiefgrabenisolierung und das Sinker-Kontakt-Fenster (bzw. deren Gräben) werden in einem gleichen Ätzschritt hergestellt. Die Tiefe des Sinker-Kontakt-Fensters oder wenigstens eines Teils hiervon lässt sich in vorteilhafter Weise über die Grabenbreite vorgeben.The Tiefgrabenisolierung and the sinker contact window (or their ditches) are in a same etching step produced. The depth of the sinker contact window or at least a part of it leaves in an advantageous way about specify the trench width.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:The Invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment, wherein Reference to the attached Drawings is taken. Show it:
Gleiche bzw. gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.Same or equivalent elements are in the figures with the same reference numerals designated.
Zunächst wird
Bezug auf die
Weiterhin
ist eine von der Oberfläche
Der
Sinker-Kontakt
Mithilfe
des den Sinker-Kontakt
In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Sinker-Kontakt
Wie
aus
In der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur kann in vorteilhafter Weise eine konventionelle Sinker-Kontaktbelegung eingesetzt werden. Eine laterale Ausdiffusion der Dotierstoffe während des Eintreibens und der elektrischen Aktivierung wird durch das Sinker-Kontakt-Fenster unterbunden. In vorteilhafter Weise werden nur Gräben zum Zwecke einer Isolation eingesetzt.In the semiconductor structure according to the invention can advantageously a conventional sinker contact assignment be used. A lateral outdiffusion of the dopants during the Driving and electrical activation is through the sinker contact window prevented. Advantageously, only trenches for Used for isolation purposes.
- 11
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 22
- vergrabene Schichtburied layer
- 33
- Sinker-KontaktSinker Contact
- 44
- TiefgrabenisolierungDeep grave insulation
- 55
- Isolationsgrabenisolation trench
- 66
- Epischichtepilayer
- 77
- Oberflächesurface
- TT
- Grabentiefegrave depth
- WW
- Grabenweitegrave width
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