DE102008035536A1

DE102008035536A1 - ESD-Bauelement (Electro Static Discharge - Elektrostatische Entladung) und Verfahren zum Herstellen eines ESD-Bauelents

Info

Publication number: DE102008035536A1
Application number: DE102008035536A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ostermann; Nicola Vannucci
Original assignee: Infineon Technologies Austria AG
Current assignee: Infineon Technologies Austria AG
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-07-30
Publication date: 2009-02-26
Also published as: US20090032906A1

Abstract

Ein ESD-Bauelement (electro static discharge - elektrostatische Entladung) umfasst einen Halbleiterkörper (18). Der Halbleiterkörper umfasst eine erste Oberfläche (19), ein erstes Halbleitergebiet (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, ein zweites Halbleitergebiet (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, das auf dem ersten Halbleitergebiet (11) angeordnet ist, und ein drittes Halbleitergebiet (13) des ersten Leitfähigkeitstyps. Das dritte Halbleitergebiet (13) ist durch das zweite Halbleitergebiet (12) von dem ersten Halbleitergebiet (11) isoliert. Eine Widerstandsstruktur (50) ist in dem Halbleiterkörper (18) angeordnet und umfasst mindestens eine Grabenstruktur (51, 52). Die Widerstandsstruktur (50) ist mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet (12) angeordnet und stellt eine hochohmige elektrische Verbindung (53) zwischen einem ersten Abschnitt (21) und einem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) bereit.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die zunehmende Verwendung von empfindlichen Halbleiterbauelementen und integrierten Schaltungen in schwierigen Umgebungen wie etwa automotiven Anwendungen erfordert entsprechende Schutzbauelemente wie etwa ESD-Bauelemente. Unter rauhen Bedingungen verwendete integrierte Schaltungen (IC) erfordern einen robusten Schutz unter verschiedenen Arbeitsbedingungen.
Effektive ESD-Bauelemente sollten in der Lage sein, ESD-HBM-(Human Body Model)- und ESD-MM(Machine Model)-Beanspruchungen zu unterstützen, die verschiedene Stoßspannungen betreffen. Solche schützenden Strukturen müssen auch während eines ESD-Impulses mindestens einen Mindeststrom aushalten können und einen zuverlässigen Schutz über die Lebensdauer des ganzen Systems bereitstellen können. ESD-Bauelemente sind beispielsweise in DE 10 2004 009 981 B4 , DE 10 2004 042 348 A1 , US 2002/0008287 A1 , US 2003/0006464 A1 , US 2003/0201498 A1 , US 2005/0195540 A1 , US 2006/0157790 A1 , US 2004/0104437 A1 and US 2006/0234399 A1 beschrieben.
Einige ESD-Bauelemente umfassen in der Regel einen Polysiliziumwiderstand mit einem vordefinierten Widerstandswert und einer eigenen Diode. Andere ESD-Bauelemente umfassen Feldeffekttransistoren. Solchen ESD-Bauelementen mangelt es jedoch an Flexibilität bezüglich des abgedeckten Spannungsbereichs. Dies ist besonders bei Betrachtung verschiedener Arten von ICs und verschiedener Anwendungen wichtig, die unterschiedliche Mindestschutzspannungen und -ströme erfordern. Weiterhin nehmen viele ESD-Schutzstrukturen eine große Fläche der Chipfläche in Anspruch, was zu erhöhten Kosten führt.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einer Ausführungsform wird ein ESD-Bauelement bereitgestellt, das einen Halbleiterkörper umfasst. Der Halbleiterkörper umfasst eine erste Oberfläche, ein erstes Halbleitergebiet eines ersten Leitfähigkeitstyps, ein zweites Halbleitergebiet eines zweiten Leitfähigkeitstyps, das auf dem ersten Halbleitergebiet angeordnet ist, und ein drittes Halbleitergebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp. Das dritte Halbleitergebiet ist von dem ersten Halbleitergebiet durch das zweite Halbleitergebiet isoliert oder getrennt. Eine Widerstandsstruktur ist in dem Halbleiterkörper angeordnet und umfasst mindestens eine Grabenstruktur. Die Widerstandsstruktur ist mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet angeordnet und stellt eine hochohmige elektrische Verbindung zwischen einem ersten Abschnitt und einem zweiten Abschnitt des zweiten Halbleitergebiets bereit.
Die mindestens im zweiten Halbteitergebiet angeordnete Widerstandsstruktur gestattet eine flexible Justierung ihres Widerstandswerts durch entsprechendes Anordnen und Auslegen der Grabenstruktur. Das Design der Grabenstruktur kann gemäß spezifischer Anforderungen und Anwendungen ausgewählt werden. Durch entsprechendes Definieren des Widerstandswerts der Widerstandsstruktur kann die Schutzspannung der ESD-Struktur gesteuert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Vorteile einschließlich einer vollen und ausführbaren Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Weise davon, für einen Durchschnittsfachmann ist im Rest der Spezifikation einschließlich Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren eingehender dargelegt. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer ESD-Struktur gemäß einer Ausführungsform,
2 die Variation der Durchbruchsspannung BV_CE in Abhängigkeit von dem Widerstandswert der Widerstandsstruktur,
3 eine Querschnittsansicht eines ESD-Bauelements gemäß einer Ausführungsform,
4 eine Draufsicht auf das Metallisierungslayout des ESD-Bauelements von 3,
5 eine weitere Draufsicht auf das Metallisierungslayout des ESD-Bauelements von 3,
6A und 6B eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht der Anordnung von Dotierungsgebieten der in 3 gezeigten Ausführungsform,
7 und 8 das Layout der Grabenstruktur der in 3 gezeigten Ausführungsform,
9 eine Querschnittsansicht eines ESD-Bauelements gemäß einer weiteren Ausführungsform,
10 das Layout der Grabenstruktur der in 9 gezeigten Ausführungsform,
11 das Metallisierungslayout der in 9 gezeigten Ausführungsform,
12 ein Schaltungsdiagramm der in 9 gezeigten ESD-Struktur,
13A ein Layout einer Grabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform,
13B ein Layout einer Grabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform,
14 ein Layout einer Grabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren dargestellt sind. Jedes Beispiel wird als Erläuterung bereitgesteltt und ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung gedacht. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte oder beschriebene Merkmale an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen beinhaltet. Die Beispiele sind unter Verwendung spezifischer Sprache beschrieben, die nicht so ausgelegt werden sollte, dass sie den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche beschränkt. Die Zeichnungen sind nicht skaliert und sind nur zu veranschaulichenden Zwecken.
Der Ausdruck „lateral" wie in dieser Spezifikation beschrieben soll eine Orientierung parallel zu der Hauptoberfläche eines Halbleiterkörpers wie etwa eines Wafers oder Die beschreiben.
Der Ausdruck „vertikal" wie in dieser Spezifikation beschrieben soll eine Orientierung beschreiben, die senkrecht zu der Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers wie etwa eines Wafers oder Die angeordnet ist.
In dieser Spezifikation beschriebene spezifische Ausführungsformen betreffen ESD-Bauelemente und insbesondere ESD-Bauelemente, die einen vertikalen Bipolartransistor umfassen. Insbesondere umfasst das ESD-Bauelement einen vertikalen Bipolaransistor mit großflächigem Übergang umfassend einen internen Basis- und/oder Kollektorwiderstand, ausgebildet durch eine Widerstandsstruktur mit einem entsprechend ausgelegten „Grabenlabyrinth". Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
1 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines ESD-Bauelements 4 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das ESD-Bauelement 4 umfasst einen Bipolartransistor 5 und einen durch 7 bezeichneten Widerstand. Der Kollektor des Bipolartransistors 5 ist direkt mit Masse verbunden. Die Basis des Bipolartransistors 5 ist durch Widerstand 7 mit Masse verbunden. Der Emitter des Bipolartransistors ist mit einer Padstruktur 2 eines IC (engl: integrated circuit) 6 verbunden. Das ESD-Bauelement 4 schützt den IC 6 vor hohen elektrostatischen Spannungen zwischen der Padstruktur 2 und Masse.
Indem der Widerstandswert R_B des Widerstands 7 gewählt wird, kann die Mindestschutzspannung des ESD-Bauelements 4 definiert werden. Die Abhängigkeit der Mindestschutzspannung, die der Durchbruchsspannung BV_CE zwischen Kollektor and Emitter entspricht, ist schematisch in 2 dargestellt. Wenn R_B klein ist, erreicht die Durchbruchsspannung BV_CE ihren Sättigungswert bei BV_CES. Wenn andererseits R_B ansteigt, nimmt die Durchbruchsspannung ab und erreicht schließlich BV_CEO. Die Variation der Durchbruchsspannung kann signifikant sein, und für viele Anwendungen ist ein hoher Widerstandswert R_B erwünscht, um die Durchbruchsspannung BV_CE abzusenken. Dies ist besonders relevant für empfindliche Elektronikbauelemente, die niedrigen Spannungsstößen noch nicht einmal widerstehen können.
3 zeigte eine Querschnittsansicht eines ESD-Bauelements 4 gemäß einer ersten Ausführungsform, das einen Halbleiterkörper 18 umfasst. Der Halbleiterkörper 18 kann ein beliebiges geeignetes Halbleitermaterial wie etwa Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC) oder einen Verbindungshalbleiter wie Galliumarsenid (GaAs) umfassen. Der Halbleiterkörper, dessen vertikale Erstreckung durch Pfeil 18 angegeben ist, umfasst eine erste Oberfläche 19. Diese Oberfläche bildet eine Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers 18. In der Regel ist der Halbleiterkörper 18 n-dotiert. Der Halbleiterkörper 18 umfasst eine zweite Oberfläche 29, die gegenüber der ersten Oberfläche 19 angeordnet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der Halbleiterkörper 18 durch ein Halbleitersubstrat 15 und eine auf dem Halbleitersubstrat 15 ausgebildete Epitaxieschicht 16 ausgebildet. Die obere Oberfläche der Epitaxieschicht 16 bildet die erste Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers 18. Das Halbleitersubstrat 15 kann beispielsweise stark n-dotiert sein. Ein Fachmann versteht, dass der Halbleiterkörper 18 auch ein einkristallines Material ohne Epitaxieschicht sein kann.
Ein p-dotiertes erstes Halbleitergebiet 11 ist in dem Halbleiterkörper 18, insbesondere in der Epitaxieschicht 16, angeordnet. Das erste Halbleitergebiet 11 kann als eine vergrabene Schicht oder wie bei dieser Ausführungsform als eine p-Wanne (engl.: p-well) ausgebildet sein und wird als eine p-Isolationswanne und als ein Kollektor verwendet.
Ein n-dotiertes zweites Halbleitergebiet 12 ist in der Epitaxieschicht 16 auf dem ersten Halbleitergebiet 11 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist das zweite Halbleitergebiet 12 als eine in dem ersten Halbleitergebiet 11 an der ersten Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers 18 eingebettete n-Wanne ausgebildet. Das zweite Halbleitergebiet 12 besitzt eine typische Dotierungskonzentration von etwa 5 × 10¹⁵/cm³ bis etwa 1 × 10¹⁶/cm³ und bildet hier ein Basisgebiet.
Ein p-dotiertes drittes Halbleitergebiet 13 ist so auf dem zweiten Halbleitergebiet 12 angeordnet, dass es durch das zweite Halbleitergebiet 12 von dem ersten Halbleitergebiet 11 isoliert und davon beabstandet ist. Das dritte Halbleitergebiet 13 ist an der ersten Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers 18 angeordnet und bildet hier ein Emittergebiet.
Bei bestimmten Ausführungsformen sind p-dotierte Gebiete von einem ersten Leitfähigkeitstyp, während n-dotierte Gebiete von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sind. Der Fachmann versteht, dass der erste und der zweite Leitfähigkeitstyp auch vertauscht sein können. Das erste, zweite und dritte Halbleitergebiet 11, 12, 13 bilden hier zusammen einen vertikalen pnp-Bipolartransistor mit großflächigen Übergängen, wie später beschrieben.
Eine mindestens eine Grabenstruktur 51, 52 umfassende Widerstandsstruktur 50 ist mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet 12 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Grabensegmente gezeigt, die eine innere Ringstruktur 51 und eine äußere Ringstruktur 52 bilden, wie aus der folgenden Beschreibung deutlicher hervorgeht. In der Regel erstrecken sich die Ringstrukturen 51, 52 im Querschnitt senkrecht zu der ersten Oberfläche 11 von der ersten Oberfläche 19 durch das zweite Halbleitergebiet 12 mindestens zum ersten Halbleitergebiet 11. Die Ringstrukturen 51, 52 unterteilen das zweite Halbleitergebiet 12 derart in einen ersten Abschnitt 21 und einen zweiten Abschnitt 22, dass eine hochohmige elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 21 und dem zweiten Abschnitt 22 des zweiten Halbleitergebiets 12 bereitgestellt wird.
Bei dieser Ausführungsform erstrecken sich die Ringstrukturen 51, 52 von der ersten Oberfläche ganz durch das zweite und das erste Halbleitergebiet 11, 12, um dadurch das erste und zweite Halbleitergebiet 11, 12 in jeweils einen ersten und zweiten Abschnitt zu trennen. Das Erstrecken durch das erste Halbleitergebiet 11 hindurch ist jedoch nicht erforderlich, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, da die Ringstrukturen 51, 52 hauptsächlich zum Definieren eines Widerstands 27 in dem zweiten Halbleitergebiet 12 bestimmt sind.
Das dritte Halbleitergebiet 13 ist im zweiten Abschnitt 22 des zweiten Halbleitergebiets 12 an der ersten Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers 18 angeordnet.
Ein stark n-dotiertes viertes Halbleitergebiet 14 ist im ersten Abschnitt 21 des zweiten Halbleitergebiets 12 angeordnet und bildet hier ein Basiskontaktgebiet.
Die elektrische Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 21, 22 des zweiten Halbleitergebiets 12 wird durch einen leitenden Abschnitt 53 des zweiten Halbleitergebiets 12 mit einer im Vergleich zu dem ersten und zweiten Abschnitt 21, 22 reduzierten Querschnittsfläche bereitgestellt. Die Querschnittsfläche des leitenden Abschnitts 53 wird durch die Ringstrukturen 51, 52 definiert oder begrenzt. Insbesondere beschränken die Ringstrukturen 51, 52 die Querschnittsfläche in lateraler Richtung, während die Querschnittsfläche in vertikaler Richtung durch die Dicke H des zweiten Halbleitergebiets 12 begrenzt wird, wobei die Dicke H durch den Abstand zwischen dem ersten Halbleitergebiet 11 und der ersten Oberfläche 19 definiert wird. Der Abstand D zwischen benachbarten Grabenstrukturen 51, 52 ist derart ausgewählt, dass die Querschnittsfläche des leitenden Abschnitts 53 klein gemacht ist, um ihren Widerstandswert zu erhöhen. Die Querschnittsfläche ist hier in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Oberfläche 19 definiert.
Die Länge L des leitenden Abschnitts 53 ist durch das Layout und die Anordnung der Grabenstruktur in einer Projektion auf die erste Oberfläche 19 definiert. Um dies zu veranschaulichen, wird auf 13A Bezug genommen, die eine Ausführungsform der Grabenstruktur in Draufsicht auf die erste Oberfläche 19 zeigt. Eine kreisförmig angeordnete Grabenstruktur 50 umfasst eine nicht-kontinuierliche innere Ringstruktur 51 und eine nicht-kontinuierliche äußere Ringstruktur 52, die die innere Ringstruktur 51 umgibt. Jede Ringstruktur 51, 52 wird durch zwei jeweilige Grabensegmente 51-1, 51-2 bzw. 52-1, 52-2 gebildet, die zusammen eine jeweilige kreisförmige Struktur bilden. Die Grabensegmente 51-1, 51-2 und 52-1, 52-2 sind von halbkreisförmiger Bogengestalt. Lücken 51-3, 52-3 sind zwischen den Grabensegmenten 51-1, 51-2 und 52-1, 52-2 der jeweiligen Grabenstrukturen 51, 52 angeordnet. Die innere Ringstruktur 51 ist bezüglich der äußeren Ringstruktur 52 um ihre Drehachse so um 90° gedreht, dass die Lücken 51-3, 52-3 um 90° zueinander versetzt sind.
In dieser Beschreibung soll der Ausdruck „nicht-kontinuierlich" beschreiben, dass die Ringstrukturen oder die Grabenstruktur keine geschlossene Struktur bilden, sondern aufgrund der darin ausgebildeten Lücken unzusammenhängend oder „gebrochen" sind. Die Grabenstruktur oder die Ringstruktur umfasst mindestens eine Lücke zum Bereitstellen der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt.
Der radiale Abstand zwischen der inneren und der äußeren Ringstruktur 51, 52 entspricht hier dem Abstand D wie in 3 angegeben. Die Querschnittsfläche A des leitenden Abschnitts 53, sich zwischen der inneren und der äußeren Ringstruktur 51, 52 erstreckend, ist durch D × H definiert. Die Länge L des leitenden Abschnitts 53 entspricht bei dieser Ausführungsform einem Viertel des Umfangs eines Kreises. Elektrischer Strom von dem zweiten Abschnitt 22 des ersten Halbleitergebiets 12, der von der Grabenstruktur 50 umgeben ist, zu dem ersten Abschnitt 21 des Halbleiterabschnitts außerhalb der Grabenstruktur 50 fließt durch eine Lücke 51-3 der inneren Ringstruktur 51, den leitenden Abschnitt 53 und eine Lücke 52-3 der äußeren Ringstruktur 52.
Wenn ein spezifischer Widerstand ρ des Materials des zweiten Halbleitergebiets 12 gegeben ist, dann ist der Widerstand R jedes leitenden Abschnitts 53 durch R = ρ × L/A = ρ × L/(D × H) gegeben. Der Widerstand R des leitenden Abschnitts 53 kann deshalb durch geeignetes Skalieren der geometrischen Proportionen justiert werden. Bei der oben angegebenen Ausführungsform ist die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 21 und dem zweiten Abschnitt 22 des zweiten Halbleitergebiets 12 durch vier leitende Abschnitte 53 jeweils mit einer Gestalt eines Viertelkreisbogens gegeben. Somit beträgt der Gesamtwiderstand der elektrischen Verbindung Rtotal = 1/4 × ρ × L/(D × H),da die vier leitenden Abschnitte 53 parallel zueinander geschaltet sind. Durch Verwendung entsprechender geometrischer Formen kann die Querschnittsfläche des leitenden Abschnitts 53 reduziert und ihre Länge verlängert werden, um beliebige hochohmige Verbindungen zu erhalten. Der Einfluss der Lücken wird der Einfachheit halber hier nicht betrachtet. Ein Fachmann versteht, dass das Verändern der Größe der Lücken auch den Widerstand erhöhen wird.
Der spezifische Widerstand ρ des zweiten Halbleitergebiets 12 wird hauptsächlich durch seine Dotierungskonzentration definiert. Da eine gegebene Dotierungskonzentration in der Regel in dem zweiten Abschnitt 22 (die als intrinsische Basis fungiert) des zweiten Halbleitergebiets 12 erwünscht ist, wird der Widerstand des oder der leitenden Abschnitte 53 hauptsächlich dadurch variiert, dass die geometrischen Umstände verändert werden. In der Regel werden der Abstand D und die Länge L verändert, um den Widerstand zu justieren. Es ist jedoch auch möglich, die Dotierungskonzentration in dem Bereich der leitenden Abschnitte 53 beispielsweise durch selektive Implantierung zu ändern. Weiterhin kann auch die Dicke H des zweiten Halbleitergebiets 12 geändert werden.
Ein Beispiel zum weiteren Vergrößern des Widerstands durch geometrische Mittel ist in 13B gezeigt. Jede der inneren und äußeren Ringstruktur 51, 52 wird durch ein einzelnes nicht-kontinuierliches Ringsegment 51-1, 52-2 gebildet, die jeweils nur eine Lücke 51-3, 52-3 umfassen. Die Lücken 51-3, 52-3 werden relativ zueinander um 180° gedreht, so dass zwei leitende Abschnitte 53 von halbkreisförmiger Bogengestalt entstehen. Wenn der spezifische Widerstand ρ ist und D und H die gleichen sind wie in 13A und L1 = 2 × L, dann ist der Gesamtwiderstand R_total gegeben durch Rtotal = 1/2 × ρ × 2 × L/(D × H) = ρ × L/(D × H).
Somit ist der Gesamtwiderstand R_total der durch die Grabenstruktur von 13B definierten Widerstandsstruktur 50 um das Vierfache höher als der Widerstandswert der durch die Grabenstruktur von 13A definierten Widerstandsstruktur.
In der Regel liegt der Gesamtwiderstand R_total, der der Widerstandswert R_B des Widerstands 7 in 1 ist, im Bereich von etwa 1 × 10³ Ohm bis etwa 1 × 10⁴ Ohm. Der Fachmann erkennt, dass noch höhere Werte durch Vergrößern der Anzahl von Ringstrukturen und Reduzieren des Abstandes D zwischen benachbarten Ringstrukturen erhalten werden können. Beispielsweise ist eine Widerstandsstruktur mit vier konzentrisch angeordneten Ringsegmenten, die einen mäanderartig geformten Leiterabschnitt 53 definieren, in 14 gezeigt.
Die Grabenstruktur 50 definiert deshalb eine Grenze oder Rand des leitenden Abschnitts 53 oder der Abschnitte. die die hochohmige elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt 21 und dem zweiten Abschnitt 22 des zweiten Halbleitergebiets 22 bilden. Um einen hohen Widerstand zu erhalten, umfasst die Grabenstruktur 50 mindestens zwei beabstandete Grabensegmente oder Ringstrukturen, wie beispielsweise oben beschrieben, die in Projektion auf die erste Oberfläche 19 mindestens in Sektionen parallel zu oder entlang voneinander verlaufen, wobei der leitende Abschnitt 53 zwischen den Grabensegmenten angeordnet ist und durch diese definiert ist wird.
Die Grabensegmente können relativ zueinander versetzt sein. Im Fall der in 13A und 13B gezeigten Ausführungsformen bedeutet versetzen, dass die ringartigen Grabensegmente relativ zueinander gedreht sind. Wenn die Grabenstruktur durch andere geometrische Strukturen wie lange gerade Grabenwände oder gestufte Grabenwände gebildet wird, wird ein Versetzen oder Verschieben der jeweiligen Segmente zueinander dazu verwendet, um die Länge des zwischen den Grabensegmenten angeordneten leitenden Abschnitts 53 zu vergrößern.
Die Grabensegmente umfassen in der Regel ein isolierendes Material, so dass sie nichtleitend sind. Für die Herstellung werden Grabensegmente gemäß einem gegebenen oder vorausgewählten Layout mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet 12 und falls gewünscht auch in dem ersten Halbleitergebiet 11 ausgebildet. In der Regel erstrecken sich die Grabensegmente vertikal vollständig durch das zweite Halbleitergebiet 12 und mindestens teilweise in das erste Halbleitergebiet 11. Wenn die Grabensegmente auch in dem ersten Halbleitergebiet 11 erwünscht sind, erstrecken sie sich auch dort hindurch. Danach werden die Grabensegmente mit einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid gefüllt.
Wieder unter Bezugnahme auf 3 bedeckt eine erste isolierende Schicht 61 die erste Oberfläche 11. Eine Metallisierungsstruktur 40 ist auf der ersten isolierenden Schicht 61 angeordnet. Die Metallisierungsstruktur 40 umfasst einen Emitterkontaktabschnitt 41, einen Kollektorkontaktabschnitt 42 und einen Basiskontaktabschnitt 43. Das Layout der Metallisierungsstruktur 40 ergibt sich aus den 4 und 5.
4 zeigt eine Draufsicht (Projektion auf die erste Oberfläche 19) der Metallisierungsstruktur 40. Die Metallisierungsstruktur 40 ist bei dieser Ausführungsform im Wesentlichen kreisförmig. Der Kollektorkontaktabschnitt 42 ist von kreisförmiger Gestalt und zentral in der Metallisierungsstruktur 40 angeordnet. Der Emitterkontaktabschnitt 41 umfasst hier zwei Emitterkontaktsegmente 41-1, die den Kollektorkontaktabschnitt 42 umgeben. Die Emitterkontaktsegmente 41-1 können wie halbkreisförmige Bögen geformt sein. Der Emitterkontaktabschnitt 41 und der Kollektorkontaktabschnitt 42 sind lateral beabstandet, um elektrisch voneinander isoliert zu sein. Eine Lücke 48 ist zwischen den Emitterkontaktsegmenten 41-1 vorgesehen, um einen Raum für eine Kollektorverbindung 49 zwischen dem Kollektorkontaktabschnitt 42 und dem Basiskontaktabschnitt 43, der den Emitterkontaktabschnitt 41 umgibt, bereitzustellen. Der Basiskontaktabschnitt 43 umfasst zwei Basiskontaktsegmente 43-1, zwischen denen Lücken 44 vorgesehen sind, um zu gestatten, dass eine Emitterverbindung 47 dort hindurchgeht.
Wieder unter Bezugnahme auf 3 ist der Kollektorkontaktabschnitt 42 über einem stark p-dotierten zentralen Kontaktgebiet 17 angeordnet, das in dem ersten Halbleitergebiet 11 an der ersten Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers 18 angeordnet ist. Stark p-dotierte periphere Kontaktgebiete 17 zu dem ersten Halbleitergebiet 11 sind in äußeren Gebieten des ESD-Bauelements 4 angeordnet. Das zentrale Kontaktgebiet 17 ist durch einen in der ersten isolierenden Schicht 61 ausgebildeten Kontakt 45 mit dem Kollektorkontaktabschnitt 42 verbunden. Die Anordnung des Kontakts 45 wird aus 5 ersichtlicher, die zwei konzentrische Kontaktringe zeigt, die bei dieser Ausführungsform den Kontakt 45 bilden.
Der Emitterkontaktabschnitt 41 ist über dem dritten Halbleitergebiet 13 angeordnet und bedeckt teilweise die Widerstandsstruktur 50 bei Betrachtung in einer Projektion auf die erste Oberfläche 19. Ein Kontakt 46 ist in der ersten isolierenden Schicht 61 angeordnet, um eine elektrische Verbindung zwischen dem dritten Halbleitergebiet 13 und dem Emitterkontaktabschnitt 41 bereitzustellen. Der Kontakt 46 wird hier durch zwei halbkreisbogenförmige Kontaktsegmente gebildet, von denen jeder mit einem jeweiligen Emitterkontaktsegment 41-1 in Kontakt steht.
Basiskontaktabschnitt 43 ist über dem vierten Halbleitergebiet 14 und dem peripheren Kontaktgebiet 17 angeordnet, wie in 3 gezeigt, und kontaktiert jedes dieser Gebiete durch Kontakte 44, die entlang der kreisförmigen Erstreckung der jeweiligen Basiskontaktsegmente 43-1 verlaufen. Der Basiskontaktabschnitt 43 liefert durch periphere Kontaktgebiete 17 auch eine elektrische Verbindung zu dem ersten Halbleitergebiet 1l. Da das erste Halbleitergebiet 11 den Kollektor und das zweite Halbleitergebiet 12 die Basis des vertikalen Bipolartransistors bildet, sind beide miteinander und mit Masse verbunden.
Im Gegensatz dazu ist der durch das dritte Halbleitergebiet 13 gebildete Emitter des Bipolartransistors durch Kontakt 46, Emitterkontaktabschnitt 41 und Durchkontakte 31 mit einer über der Metallisierungsstruktur 40 angeordneten Padmetallisierung 30 verbunden. Die Metallisierungsstruktur 40 ist zwischen der ersten Oberfläche 19 des Halbleiterkörpers 18 und der Padmetallisierung 30 angeordnet und ist durch eine zweite isolierende Schicht 62 von der Padmetallisierung 30 isoliert. Die Padmetallisierung 30 bedeckt in Projektion auf die erste Oberfläche 19 das ganze ESD-Bauelement 4 und bildet hier beispielsweise einen Padkontakt wie etwa ein Eingangspad eines IC.
Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird der inhärente Widerstandswert des zweiten Halbleitergebiets 12 durch die Grabenstruktur vergrößert, die die verfügbare Querschnittsfläche des zweiten Halbleitergebiets 12 in einem Gebiet zwischen ihrem ersten und zweiten Abschnitt 21, 22 reduziert und dadurch die Gestalt und Querschnittsfläche des leitenden Abschnitts 53 des zweiten Halbleitergebiets 12 definiert, der zwischen ihrem ersten und dem zweiten Abschnitt 21, 22 angeordnet ist.
Das ESD-Bauelement wie hierin beschrieben besitzt in dem Querschnitt senkrecht zu der ersten Oberfläche 18 eine im Wesentlichen symmetrische Anordnung relativ zu einer senkrecht zu der ersten Oberfläche 18 angeordneten Achse. In einer Draufsicht ist das ESD-Bauelement 4 im Wesentlichen kreisförmig angeordnet.
Ein Vorteil einer derartigen Struktur liegt darin, dass das ESD-Bauelement unter der Padmetallisierung 30 integriert werden kann und keinen weiteren Raum in dem Halbleiterkörper 18 einnimmt. Dies sorgt für eine kompaktere Anordnung, eine kleinere Chipfläche und kurze elektrische Verbindungen, was für Schutzbauelemente ein hoher Vorteil ist.
Ein weiterer Vorteil ist mit der Struktur des vertikalen Bipolartransistors verbunden. Der Bipolaransistor umfasst flache und große Übergänge, die eine große Fläche einnehmen.
Der Bipolartransistor ist deshalb in der Lage, einen niederohmige elektrische Verbindung zwischen der Padmetallisierung 30 und Masse in dem Fall bereitzustellen, dass ein ESD-Impuls eintritt.
Das ESD-Bauelement weist weiterhin eine hohe Leistung hinsichtlich Robustheit und Ladungsableitungskapazität (thermische Ableitungskapazität) auf, da der Entladungsstrom durch den vertikalen Bipolartransistor mit flachen und großen Übergängen fließt.
Zudem garantiert die vertikale Anordnung des Bipolartransistors eine gute Stabilität seiner elektrischen Charakteristiken.
Zusätzlich dazu kann die Schutzspannung des ESD-Bauelements durch Variieren des Layouts der Grabenstruktur flexibel definiert werden.
Das ESD-Bauelement wie hierin beschrieben eignet sich insbesondere für integrierte Schaltungen und Bauelemente, die einen Drainkontakt auf der zweiten Oberfläche des Halbleiterkörpers aufweisen.
Die Anordnung der Übergänge des Bipolartransistors werden aus 6A offensichtlicher, die einen Querschnitt zeigt, und 6B, 7 und 8, die eine Draufsicht auf die erste Oberfläche 18 zeigen. Bei diesen Figuren ist das Halbleitersubstrat 15 nicht gezeigt.
Das erste Halbleitergebiet 11 ist hier als eine große p-Wanne ausgebildet und kann sich zu anderen Gebieten in dem Halbleiterkörper 18 erstrecken, die nicht gezeigt sind. Das erste Halbleitergebiet 11 kann durch Implantierung ausgebildet werden und kann als Isolationswanne dienen, um das zweite Halbleitergebiet 12 gegenüber anderen n-dotierten Gebieten des Halbleiterkörpers 18 zu isolieren.
Das zweite Halbleitergebiet 12, das ringartig ausgebildet ist, ist in das erste Halbleitergebiet 11 eingebettet. Diese Anordnung liefert einen großen pn-Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleitergebiet 11, 12. Das zweite Kalbleitergebiet 12 kann durch Implantierung zum Ausbilden einer n-Wanne ausgebildet werden, die vollständig an ihrer Peripherie und an ihrer unteren Grenze vom ersten Halbleitergebiet 11 umgeben ist.
Das stark p-dotierte dritte Halbleitergebiet 13 ist von ringartiger Gestalt und in den zweiten Abschnitt 21 des zweiten Halbleitergebiets 12 eingebettet. Das dritte Halbleitergebiet 13 kann beispielsweise zusammen mit dem zentralen und peripheren Kontaktgebiet 17 ausgebildet werden, die alle stark p-dotiert sind. Das periphere Kontaktgebiet 17 ist von ringartiger Gestalt und umgibt das zweite Halbleitergebiet 12 lateral, wohingegen das zentrale Kontaktgebiet 17 eine kompakte kreisförmige Gestalt aufweist. Die Kontaktgebiete 17 stellen eine elektrische Verbindung zu dem ersten Halbleitergebiet 11 und somit zu dem Kollektor des Bipolartransistors bereit.
Zum Kontaktieren des zweiten Halbleitergebiets 12 ist das vierte Halbleitergebiet 14 ebenfalls ringartig geformt, um das dritte Halbleitergebiet 13 zu umgeben, wenngleich ausreichend Raum zwischen ihnen gelassen ist, um die Grabensstruktur wie in 7 dargestellt anzuordnen.
Die in 7 und 8 gezeigte Widerstandsstruktur 50 umfasst drei konzentrisch angeordnete Grabenstrukturen 51, 52 und 54, zwischen denen der leitende Abschnitt 53 angeordnet ist, der die elektrische Verbindung zwischen dem ersten (äußeren) Abschnitt 21 des zweiten Halbleitergebiets 12 und dem zweiten (inneren) Abschnitt 22 des zweiten Halbleitergebiets 12 bereitstellt.
8 zeigt die in das zweite Halbteitergebiet 12 eingebettete Widerstandsstruktur 50, ohne das dritte, vierte bzw. die Kontaktgebiete 13, 14 und 17 zu zeigen. Wie sich aus 8 ergibt, ist der zweite Abschnitt 22 des Halbleitergebiets 12 in einer Projektion auf die erste Oberfläche 18 von dem ersten Abschnitt 21 des zweiten Halbleitergebiets umgeben, wobei die Grabenstrukturen 51, 52, 54 zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 21, 22 angeordnet sind.
Der vertikale Bipolartransistor besitzt deshalb eine kreisförmige oder ringartige Anordnung und umfasst konzentrisch angeordnete Halbleitergebiete, die die Basis und das Emittergebiet bilden, in eine Kollektorwanne eingebettet.
Andere ESD-Bauelemente umfassen einen Feldeffekttransistor. Hohe Spannungen zwischen Source und Drain des Feldeffekttransistors lösen den inhärent parasitären Bipolartransistor des Feldeffekttransistors aus, was dann eine elektrische Verbindung zu Masse liefert. Im Gegensatz dazu umfasst das vorliegende ESD-Bauelement einen realen vertikalen Bipolartransistor und nicht eine parasitäre Struktur eines Feldeffekttransistors. Dies gestattet die Ausbildung von großflächigen Übergängen im Gegensatz zu parasitären Bipolartransistoren, die oftmals nur kleinflächige Übergänge besitzen und bei denen Source und Drain des Feldeffekttransistors, die Emitter und Kollektor des Bipolartransistors bilden, signifikant zueinander beabstandet sind, was den Stromfluss einschränkt.
Die Einsatzspannung des vorliegenden Bipolartransistors ist für die Effektivität des ESD-Bauelements wesentlich. Gegebenenfalls können mehrere, in einer Kaskadenkonfiguration gestapelte Bipolartransistoren verwendet werden, um einen großen Bereich kritischer Spannungen abzudecken.
Zum Ausbilden des ESD-Bauelements 4 wird der Halbleiterkörper 18 bereitgestellt, der das erste, zweite bzw. dritte Halbleitergebiet 11, 12, 13 umfasst. Diese Gebiete werden in der Regel durch Implantierung in dieser Reihenfolge ausgebildet, um selbige aufeinander oder in einer gestapelten Weise anzuordnen. Zusätzlich dazu können das vierte Halbleitergebiet 14 und die Kontaktgebiete 17 durch Implantierung ausgebildet werden.
Bei einem weiteren Schritt wird die Widerstandsstruktur 50 wie oben angegeben beispielsweise durch Ätzen von Gräben in den Halbleiterkörper 18 gebildet, die danach mit einein isolierenden Material gefüllt werden. Nach dem Ausbilden der Widerstandsstruktur 50 wird die erste isolierende Schicht 61 abgeschieden und strukturiert, um Öffnungen zu den jeweiligen Halbleitergebieten vorzusehen. Die Öffnungen werden mit einem leitenden Material gefüllt, um die Kontakte zu der danach ausgebildeten Metallisierungsstruktur 40 zu bilden, die auf der ersten isolierenden Schicht 61 abgeschieden ist. Die Metallisierungsstruktur 40 wird in der Regel durch Ätzen strukturiert.
Diese Anordnung wird dann von der zweiten isolierenden Schicht 62 bedeckt, in der Öffnungen ausgebildet sind, um eine elektrische Verbindung zu dem Emitterkontaktabschnitt 41 der Metallisierungsstruktur 40 bereitzustellen. Die Öffnungen werden dann mit einem leitenden Material gefüllt, um Durchkontakte 31 zu bilden, die den Emitterkontaktabschnitt 41 der Metallisierungsstruktur 40 mit der auf der zweiten isolierenden Schicht 62 ausgebildeten Padmetallisierung 30 verbinden.
Eine weitere Ausführungsform eines ESD-Bauelements 104 ist in 9 bis 11 gezeigt. Das entsprechende elektrische Diagramm ist in 12 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist der Widerstand 107 zwischen dem Kollektor des Bipolartransistors 105 und Masse angeordnet. Die Basis ist potentialfrei, während der Emitter mit einer Padstruktur 102 verbunden ist.
9 zeigt einen Querschnitt senkrecht zu einer ersten Oberfläche 119 eines Halbleiterkörpers 118, der ein stark n-dotiertes Halbleitersubstrat 115 und eine n-dotierte Epitaxiesschicht 116 umfasst. In der Epitaxieschicht 116 ist ein p-dotiertes erstes Halbleitergebiet 111 (Isolationswanne, Kollektor) ausgebildet. Auf der p-Wanne 111 und in Kontakt damit ist ein n-dotiertes zweites Halbleitergebiet 112 (Basis) angeordnet, das lateral von dem n-Gebiet der Epitaxieschicht 116 durch eine periphere p-Wanne 170 und ein p-dotiertes Kontaktgebiet 117, das mit dem ersten Halbleitergebiet 111 in Kontakt steht, isoliert ist.
Ein p-dotiertes drittes Halbleitergebiet 113 (Emitter) ist in das zweite Halbleitergebiet 112 eingebettet und von dem ersten Halbleitergebiet 111 durch das zweite Halbleitergebiet 112 getrennt oder isoliert. Analog zu der ersten Ausführungsform bilden das erste, zweite und dritte Halbleitergebiet 111, 112 und 113 zusammen einen vertikalen Bipolartransistor mit großen flachen Übergängen.
Feldoxidabschnitte 173 werden auf der ersten Oberfläche 119 ausgebildet, um das periphere Kontaktgebiet 117 von dem zweiten Halbleitergebiet 112 bzw. das zweite Halbleitergebiet 112 von dem dritten Halbleitergebiet 113 zu trennen. In einem peripheren Gebiet des ESD-Bauelements 104 kann eine als eine lokale elektrische Verbindung für hier nicht gezeigte Bauelemente verwendete Polysiliziumschicht 181 auf dem Feldoxid 173 angeordnet werden.
Eine Widerstandsstruktur 150 erstreckt sich durch das zweite Halbleitergebiet 112 und ganz durch das erste Halbleitergebiet 111, um einen ersten Abschnitt 121 und einen zweiten Abschnitt 122 des ersten Halbleitergebiets 111 zu definieren. Die Widerstandsstruktur 150 kann eine erste und eine zweite Grabenstruktur 151, 152 umfassen, die voneinander beabstandet sind, um einen leitenden Abschnitt 153 dazwischen zu definieren. Die Grabenstrukturen 151, 152 können von ähnlicher Gestalt wie in der ersten Ausführungsform sein.
Die Grabenstrukturen 151, 152 sind mit einem nichtleitenden Material 163 wie etwa TEOS gefüllt. Die Widerstandsstruktur 150 und das zweite Halbleitergebiet 112 sind mit einer BPSG-Schicht 164 bedeckt, die eine Isolation gegenüber einer ersten Metallisierungsschicht bereitstellt, die einen Emitterkontaktabschnitt 141 in Kontakt mit dem dritten Halbleitergebiet 113 und einem Kollektorkontaktabschnitt 142 in Kontakt mit dem peripheren Kontaktgebiet 117 umfasst. Der Bereich des ersten Halbleitergebiets 111, der zu dem von der Widerstandsstruktur 150 verbesserten Reihenwiderstand beiträgt, ist in 9 durch gepunktete Linien angegeben.
Eine zweite isolierende Schicht 162, beispielsweise durch IMD ausgebildet, bedeckt den Kollektorkontaktabschnitt 142 und die BPSG-Schicht 164, lässt aber den Emitterkontaktabschnitt 141 unbedeckt, so dass dieser Abschnitt mit einem Kontaktpad 130 in Kontakt steht. Eine Passivierungsschicht 175 bedeckt die ganze Struktur außer dem Padkontakt 130, um eine externe Verbindung zu dem Kontaktpad 130 zu gewährleisten. Durch Definieren des Widerstandswerts innerhalb des ersten Halbleitergebiets 111 zwischen dem peripheren Kontaktgebiet 117 und dem zweiten Abschnitt 122 kann die Durchbruchsspannung des Bipolartransistors justiert werden.
Die in 9 gezeigte Struktur ist bezüglich einer vertikalen Achse 172 ähnlich der ersten Ausführungsform rotationssymmetrisch. Die kreisförmige Anordnung dieser Ausführungsform ist in 10 und 11 gezeigt.
Der erste Abschnitt 121 des ersten Halbleitergebiets 111 (Kollektor) ist von dem inneren zweiten Abschnitt 122 durch die Grabenstruktur 150 getrennt, die eine Grabenstruktur ähnlich der in der ersten Ausführungsform beschriebenen umfasst. Der geometrische Weg des Stroms von dem zweiten zu dem ersten Abschnitt 22, 21 durch die Widerstandsstruktur 150 ist durch 180 angegeben.
Der in vier Viertelgebiete segmentierte Kollektorkontaktabschnitt 142 umgibt den zentralen Emitterkontaktabschnitt 141. Wie 11 zeigt, ist das Kontaktpad 130 über dem Emitterkontaktgebiet 141 angeordnet.
Wie oben dargestellt bildet die Grabenstruktur der Widerstandsstruktur in der Regel ein Grabenlabyrinth, um einen engen und langen leitenden Abschnitt reduzierter Querschnittsfläche bereitzustellen, der eine hochohmige Verbindung zwischen dem inneren (zweiten) und äußeren (ersten) Abschnitt des ersten (Kollektor) und/oder des zweiten (Basis) Halbleitergebiets bildet. Die Widerstandsstruktur ist jedoch nicht auf die oben gezeigten Konfigurationen beschränkt und kann so modifiziert werden, dass sie eine beliebige Gestalt wie etwa mäanderartig oder spiralförmig aufweist.
Die obige geschriebene Beschreibung verwendet spezifische Ausführungsformen zum Offenbaren der Erfindung, einschließlich dem besten Modus, und auch um jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Wenngleich die Erfindung im Hinblick auf verschiedene spezifische Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass die Erfindung mit Modifikation innerhalb des Gedankens und Schutzbereichs der Ansprüche praktiziert werden kann. Insbesondere können gegenseitig sich nicht ausschließende Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombinier werden. Der patentierbare Schutzbereich wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele enthalten, die sich dem Fachmann ergeben. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die von der wörtlichen Sprache der Ansprüche nicht differieren, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit insubstantiellen Differenzen von den wörtlichen Sprachen der Ansprüche enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102004009981 B4 [0002]
- DE 102004042348 A1 [0002]
- US 2002/0008287 A1 [0002]
- US 2003/0006464 A1 [0002]
- US 2003/0201498 A1 [0002]
- US 2005/0195540 A1 [0002]
- US 2006/0157790 A1 [0002]
- US 2004/0104437 A1 [0002]
- US 2006/0234399 A1 [0002]

Claims

ESD-(electro static discharge – elektrostatische Entladung)Bauelement, umfassend: einen Halbleiterkörper (18) umfassend eine erste Oberfläche (19), ein erstes Halbleitergebiet (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, ein auf dem ersten Halbleitergebiet (11) angeordnetes zweites Halbleitergebiet (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und ein drittes Halbleitergebiet (13) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das von dem ersten Halbleitergebiet (11) durch das zweite Halbleitergebiet (12) isoliert oder getrennt ist; und eine Widerstandsstruktur (50) umfassend mindestens eine Grabenstruktur (50), wobei die Widerstandsstruktur (50) mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet (12) angeordnet ist und eine hochohmige elektrische Verbindung (53) zwischen einem ersten Abschnitt (21) und einem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) bereitstellt.
ESD-Bauelement nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Grabenstruktur (50) sich in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Oberfläche (19) von der ersten Oberfläche durch das zweite Halbteitergebiet (12) mindestens zu dem ersten Halbleitergebiet (11) erstreckt.
ESD-Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das dritte Halbleitergebiet (13) in dem zweiten Abschnit (22) des zweiten Halbleitergebiet (12) angeordnet ist.
ESD-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend ein viertes Halbteitergebiet (14) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, das in dem ersten Abschnitt (21) des zweiten Halbleitergebiets (12) angeordnet ist.
ESD-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich die Grabenstruktur (50) in dem Querschnitt senkrecht zu der ersten Oberfläche von der ersten Oberfläche (19) ganz durch das zweite und das erste Halbleitergebiet (12, 11) erstreckt, um dadurch das erste und zweite Halbleitergebiet (11, 12) in jeweils einen ersten und zweiten Abschnitt (21, 22) zu trennen.
ESD-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Grabenstruktur (50) eine Grenze eines leitenden Abschnitts (53) definiert, der die hochohmige elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt (21) und dem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets bildet.
ESD-Bauelement nach Anspruch 6, wobei die Grabenstruktur (50) mindestens zwei beabstandete nichtleitende Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) umfasst, die in Projektion auf die erste Oberfläche mindestens abschnittsweise aneinander entlang verlaufen, wobei der leitende Abschnitt (53) zwischen den Grabensegmenten (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) angeordnet ist.
ESD-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der zweite Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) in einer Projektion auf die erste Oberfläche von dem ersten Abschnitt (21) des zweiten Halbleitergebiets (12) umgeben ist, wobei die Grabenstruktur (50) zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt (21, 22) angeordnet ist und diese trennt.
ESD-Bauelement nach Anspruch 8, wobei die Grabenstruktur (50) in einer Projektion auf die erste Oberfläche nichtleitende beabstandete Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) umfasst, die eine nichtkontinuierliche ringförmige Struktur bilden, die den zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) umgibt, wobei die Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) einen Rand eines leitenden Abschnitts 53 definieren, der die hochohmige elektrische Verbindung zwischen dem ersten Abschnitt (21) und dem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) bildet.
ESD-Bauelement nach Anspruch 9, wobei die Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) mindestens eine äußere und eine innere Ringstruktur derart bilden, dass der leitende Abschnitt (53) mindestens abschnittsweise zwischen und entlang der äußeren und der inneren Ringstruktur verläuft.
ESD-Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) mindestens drei nichtkontinuierliche konzentrische Ringstrukturen bilden, die den zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets derart umgeben, dass der leitende Abschnitt (53) mäanderartig durch die Grabenstruktur verläuft.
ESD-Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiterhin umfassend eine Padmetallisierung (30) in elektrischer Verbindung mit dem dritten Halbleitergebiet (13).
ESD-Bauelement nach Anspruch 12, weiterhin umfassend eine Metallisierungsstruktur (40) zum elektrischen Verbinden des ersten Halbleitergebiets (11) mit dem ersten Abschnitt (21) des zweiten Halbleitergebiets (12), wobei die Metallisierungsstruktur (40) zwischen der ersten Oberfläche (19) des Halbleiterkörpers und der Padmetallisierung (30) angeordnet ist.
ESD-Bauelement, umfassend: einen Halbleiterkörper (18) mit einer ersten Oberfläche (19); mindestens ein in dem Halbleiterkörper angeordnetes Halbleitergebiet, wobei das Halbleitergebiet einen ersten und einen zweiten Abschnitt (21, 22) umfasst, wobei in einer Projektion auf die erste Oberfläche (19) der zweite Abschnitt (22) von dem ersten Abschnitt (21) umgeben ist; und eine Grabenstruktur (50), die in der Projektion auf die erste Oberfläche (19) den zweiten Abschnitt (22) umgibt und den ersten Abschnitt (21) von dem zweiten Abschnitt (22) trennt, wobei die Grabenstruktur (50) einen hochohmigen leitenden Abschnitt (53) zum elektrischen Verbinden des ersten Abschnitts (21) mit dem zweiten Abschnitt (22) definiert.
ESD-Bauelement nach Anspruch 14, wobei die Grabenstruktur (50) eine ringförmige Gestalt umfasst.
ESD-Bauelement nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Grabenstruktur (50) in Projektion auf die erste Oberfläche (19) nichtleitende Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) umfasst, die eine ringförmige nichtkontinuierliche Struktur bilden, wobei die Grabensegmente den Rand des leitenden Abschnitts (53) bilden.
ESD-Bauelement nach Anspruch 16, wobei die nichtleitenden Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) mindestens eine äußere und eine innere nichtkontinuierliche Ringstruktur derart bilden, dass der leitende Abschnitt (53) mindestens abschnittsweise zwischen und entlang der äußeren und der inneren Ringstruktur verläuft.
ESD-Bauelement, umfassend: einen Halbleiterkörper (18) umfassend eine erste Oberfläche (19), ein erstes Halbleitergebiet (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, ein auf dem ersten Halbleitergebiet (11) angeordnetes zweites Halbleitergebiet (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und ein drittes Halbleitergebiet (13) vom ersten Leitfähigkeitstyp, das von dem ersten Halbleitergebiet (11) durch das zweite Halbleitergebiet (12) isoliert oder getrennt ist; wobei das zweite Halbleitergebiet (12) einen ersten und einen zweiten Abschnitt (21, 22) umfasst, wobei in einer Projektion auf die erste Oberfläche (19) der zweite Abschnitt (22) von dem ersten Abschnitt (21) umgeben ist; und eine Widerstandsstruktur (50), die nichtleitende Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) und mindestens einen hochohmigen leitenden Abschnitt (53) zum elektrischen Verbinden des ersten Abschnitts (21) mit dem zweiten Abschnitt (22) umfasst, wobei die Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) mindestens eine innere und eine äußere nichtkontinuierliche Grabenstruktur bilden, wobei der leitende Abschnitt (53) mindestens abschnittsweise entlang und zwischen der inneren und äußeren Grabenstruktur verläuft.
EDS-Baulement nach Anspruch 18, weiterhin umfassend eine Padmetallisierung (30) in elektrischem Kontakt mit dem dritten Halbleitergebiet (13), wobei das erste, zweite und dritte Halbleitergebiet (11, 12, 13) in einem Querschnitt senkrecht zu der ersten Oberfläche (19) im Wesentlichen unter der Padmetallisierung (30) angeordnet sind.
Verfahren zum Herstellen eines ESD-Bauelements, umfassend: Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (18); Ausbilden eines ersten Halbleitergebiets (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps in dem Halbleiterkörper; Ausbilden eines zweiten Halbleitergebiets (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps auf dem ersten Halbleitergebiet (11); Ausbilden eines dritten Halbleitergebiets (13) des ersten Leitfähigkeitstyps, das durch das zweite Halbleitergebiet (12) von dem ersten Halbleitergebiet (11) isoliert oder getrennt ist; und Ausbilden einer Widerstandsstruktur (50), die mindestens eine Grabenstruktur umfasst, wobei die Widerstandsstruktur mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet (12) angeordnet ist und eine hochohmige elektrische Verbindung (53) zwischen einem ersten Abschnitt (21) und einem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Ausbildens der Widerstandsstruktur (50) das Ausbilden mindestens zweier beabstandeter nichtleitender Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet (12) derart umfasst, dass ein leitender Abschnitt (53) des zweiten Halbleitergebiets (12) zum Ausbilden der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (21, 22) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt des Ausbildens der Widerstandsstruktur (50) das Ausbilden beabstandeter nichtleitender Grabensegmente (51, 51-1, 51-2, 52, 52-1, 52-2) mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet (12) umfasst, wobei die Grabensegmente Abschnitte einer ringförmigen Grabenstruktur bilden, die mindestens eine innere und eine äußere Ringstruktur aufweist, so dass ein leitender Abschnitt (53) des zweiten Halbleitergebiets (12) zum Ausbilden der elektrischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt (21, 22) zwischen der inneren Ring- und der äußeren Ringstruktur angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Widerstandsstruktur (50) derart ausgebildet ist, dass die Widerstandsstruktur zwischen dem ersten Abschnitt (21) des zweiten Halbleitergebiets (12) und dem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei der Halbleiterkörper (18) eine erste Oberfläche (19) umfasst und wobei die Widerstandsstruktur (50) derart ausgebildet ist, dass in einer Projektion auf die erste Oberfläche (19) die Widerstandsstruktur (50) den zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12) umgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, weiterhin umfassend das Ausbilden einer Metallisierungsstruktur (40) auf dem Halbleiterkörper zum elektrischen Verbinden des ersten Abschnitts (21) des zweiten Halbleitergebiets (12) mit dem ersten Halbleitergebiet (11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, weiterhin umfassend das Ausbilden einer Padmetallisierungsstruktur (30) auf dem Halbleiterkörper (18) in elektrischem Kontakt mit dem dritten Halbleitergebiet (13).
ESD-Bauelement, umfassend: einen Halbleiterkörper (18), umfassend ein erstes Halbleitergebiet (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps, ein zweites Halbleitergebiet (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, das auf dem ersten Halbleitergebiet (11) angeordnet ist, und ein drittes Halbleitergebiet (13) des ersten Leitfähigkeitstyps, das durch das zweite Halbleitergebiet (12) von dem ersten Halbleitergebiet (11) isoliert oder getrennt ist; und ein Widerstandsmittel (50), das mindestens eine Grabenstruktur (51, 52) umfasst und mindestens in dem zweiten Halbleitergebiet (12) angeordnet ist zum Bereitstellen einer hochohmigen elektrischen Verbindung (53) zwischen einem ersten Abschnitt (21) und einem zweiten Abschnitt (22) des zweiten Halbleitergebiets (12).