DE102009049671A1

DE102009049671A1 - Integrierte Schaltung mit ESD Struktur

Info

Publication number: DE102009049671A1
Application number: DE102009049671A
Authority: DE
Inventors: Andreas Peter Meiser; Nils Dr. Jensen; Gerhard Dr. Prechtl
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2009-10-16
Filing date: 2009-10-16
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-17
Also published as: DE102009049671B4; US20110089532A1; US8368177B2

Abstract

Es ist eine integrierte Schaltung beschrieben, die einen Halbleiterkörper (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist. Innerhalb des Halbleiterkörpers (100) ist eine erste Halbleiterzone (105) von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp, die an eine Oberfläche (110) des Halbleiterkörpers (100) reicht, ausgebildet sowie eine zweite Halbleiterzone (115) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die in die erste Halbleiterzone (105) eingebettet ist und bis zur Oberfläche (110) reicht. Eine dritte Halbleiterzone (120) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ragt entlang einer parallel zur Oberfläche (110) verlaufenden lateralen Richtung (125) wenigstens teilweise aus der ersten Halbleiterzone (105) heraus. Eine Kontaktstruktur (135) stellt an der Oberfläche (110) einen elektrischen Kontakt zur ersten (105) und zweiten (115) Halbleiterzone her. Die zweite Halbleiterzone (115) ist entlang der lateralen Richtung (125) zwischen dem aus der ersten Halbleiterzone (105) herausragenden Teil der dritten Halbleiterzone (120) und einem die erste Halbleiterzone (105) kontaktierenden Teil der Kontaktstruktur (135) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einer ESD (Electrostatic Discharge, Elektrostatische Entladung) Struktur.
ESD Strukturen dienen dem Schutz elektronischer Schaltungsblöcke vor elektrostatischen Entladungspulsen oder weiteren Strompulsen, die etwa während der Herstellung der integrierten Schaltung oder während ihres Betriebs auftreten können. Beispiele derartiger Pulse sind HBM (HEM: Human Body Model) Pulse gemäß DIN IEC 60749-26, MM (MM: Maschine Model) Pulse gemäß DIN IEC 60749-27, CDM (CDM: Charged Device Model) Pulse gemäß DIN IEC 60749-28. Ohne ESD Strukturen droht die Zerstörung von Nutzbauelementen der zu schützenden Schaltungsblöcke, z. B. durch Strom- oder Spannungsüberlastung, was beispielsweise zu Kurzschlüssen, einem Anstieg von Leckströmen oder auch zu defekten Gateoxiden führen kann. Dies kann zum Verlust der Funktionsfähigkeit der integrierten Schaltung führen.
ESD Strukturen umfassen typischerweise Schutzelemente wie z. B. hierfür ausgelegte NPN- oder PNP-Bipolartransistoren, parasitäre NPN- oder PNP Bipolartransistoren, SCRs (Silicon Controlled Rectifiers) bzw. Thyristoren. Hierin wird der Ausdruck parasitärer Bipolartransistor für eine Abfolge von NPN bzw. PNP Gebieten beliebiger Nutzbauelemente verwendet, deren NPN bzw. PNP Gebiete als Bipolartransistor wirken können.
ESD Strukturen weisen typischerweise Durchbruchspannungen auf, die über der maximalen Betriebsspannung des zu schützenden Pins liegen und unterhalb der Zerstörspannung der an diesen Pin angeschlossenen Nutzbauelementen liegen. Typischerweise beginnt die ESD Struktur im Bereich dieser beiden Spannungen im Falle eines elektrostatischen Entladungsvorgangs damit, Entladungsstrom abzuführen. Hierbei ist es wünschenswert, dass die Durchbruchsspannung der ESD Struktur einen möglichst geringen Abstand von der maximalen Betriebsspannung am zu schützenden Pin hat, um ein möglichst großes Spannungsfenster bis zur Zerstörspannung der Nutzbauelemente für den Betrieb der ESD Struktur zur Verfügung zu haben. Der Minimierung dieses Abstands sind etwa durch Prozessschwankungen der Durchbruchspannung und der Temperaturabhängigkeit der Durchbruchspannung Grenzen gesetzt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine integrierte Schaltung mit einer ESD Struktur anzugeben, die ein möglichst großes Betriebs-Spannungsfenster im ESD Belastungsfall aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Lehre des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
1 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt durch einen Teil einer ESD Struktur, bei der ein elektrischer Durchbruch durch eine an einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers reichende Halbleiterzone definiert ist, die aus einer weiteren Halbleiterzone vom selben Leitfähigkeitstyp hervorragt.
2 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt durch einen Teil einer ESD Struktur mit einer Feldplatte zur Beeinflussung des elektrischen Feldverlaufs im Bereich des elektrischen Durchbruchs.
3 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt durch einen Teil einer ESD Struktur mit einem lateralen pnp Transistor.
4 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt durch einen Teil einer ESD Struktur, bei der ein elektrischer Durchbruch durch eine innerhalb des Halbleiterkörpers vergrabene Halbleiterzone definiert ist, die aus einer weiteren Halbleiterzone vom selben Leitfähigkeitstyp hervorragt.
5 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt durch einen Teil einer ESD Struktur, bei der ein elektrischer Durchbruch durch eine an einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers reichende Halbleiterzone definiert ist, die aus einer weiteren Halbleiterzone vom selben Leitfähigkeitstyp an gegenüberliegenden Seiten hervorragt.
6A zeigt in schematischer Vereinfachung eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte ESD Struktur bei radialsymmetrischer Gestaltung der Halbleiterzonen.
6B zeigt in schematischer Vereinfachung eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte ESD Struktur bei streifenförmiger Gestaltung der Halbleiterzonen.
7 zeigt in schematischer Vereinfachung einen Querschnitt durch eine ESD Struktur mit einem vertikalen NPN Transistor und einem lateralen PNP Transistor sowie Emittervorwiderständen.
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sowie deren Merkmale sind jeweils beliebig miteinander kombinierbar, d. h., es gibt keine Einschränkung dahingehend, dass bestimmte Merkmale, die im Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben werden, nicht mit Merkmalen einer anderen Ausführungsform kombinierbar sein könnten.
Die schematische Darstellung in 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörpers 100 vom n-Typ, in dem eine integrierte Schaltung ausgebildet ist. Im Halbleiterkörper 100 ist eine erste Halbleiterzone 105 vom p-Typ ausgebildet, die an eine Oberfläche 110 des Halbleiterkörpers 100 reicht. Eine zweite Halbleiterzone 115 vom n-Typ ist innerhalb der ersten Halbleiterzone 105 eingebettet. Eine dritte Halbleiterzone 120 vom p-Typ ist teilweise in der ersten Halbleiterzone 105 einbettet und ragt teilweise entlang einer parallel zur Oberfläche 110 verlaufenden lateralen Richtung 125 aus der ersten Halbleiterzone 105 heraus. Die dritte Halbleiterzone 120 reicht bis zur Oberfläche 110 des Halbleiterkörpers 100.
Der aus der ersten Halbleiterzone 105 lateral herausragende Teil der dritten Halbleiterzone 120 ist nicht über den zugehörigen Oberflächenbereich 130 elektrisch kontaktiert, sondern über eine Kontaktstruktur 135 in einem weiteren Oberflächenbereich 140, an den sowohl die erste Halbleiterzone 105 als auch die dritte Halbleiterzone 120 angrenzen. Die zweite Halbleiterzone 115 ist entlang der lateralen Richtung 125 zwischen dem aus der ersten Halbleiterzone 105 herausragenden Teil der dritten Halbleiterzone 120 und dem die erste Halbleiterzone 105 als auch die dritte Halbleiterzone 120 im weiteren Oberflächenbereich 140 kontaktierenden Teil der Kontaktstruktur 135 angeordnet.
Eine elektrische Durchbruchsspannung zwischen dem Halbleiterkörper 100 vom n-Typ einerseits und der ersten sowie dritten Halbleiterzone 105, 120 vom p-Typ andererseits ist durch den Halbleiterkörper 100 und die dritte Halbleiterzone 120 festgelegt. Beispielhaft ist ein Durchbruchsort 145 in einem Krümmungsbereich der dritten Halbleiterhalbleiterzone 120 dargestellt.
In diesem Ausführungsbeispiel als auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind die erste und dritte Halbleiterzone 105, 120 vom p-Typ und der Halbleiterkörper 100 als auch die zweite Halbleiterzone 115 vom n-Typ. Ebenso können auch die erste und dritte Halbleiterzonen 105, 120 vom n-Typ und der Halbleiterkörper 100 als auch die zweite Halbleiterzone 115 vom p-Typ sein.
Bei dem Halbleiterkörper 100 kann es sich beispielhaft um eine Epitaxieschicht oder eine Abfolge von Epitaxieschichten handeln, die auf einem Halbleitersubstrat wie einer Halbleiterscheibe epitaktisch aufgewachsen sind. Beispielsweise kann das Halbleitersubstrat vom selben Leitfähigkeitstyp wie der Halbleiterkörper sein, wobei ein Anschluss an Halbleiterbauelemente, die im Halbleiterkörper ausgebildet sind, sowohl von einer Vorderseite an der Oberfläche des Halbleiterkörpers als auch an einer Rückseite an der Oberfläche des Halbleitersubstrats erfolgen kann. Ebenso kann das Halbleitersubstrat auch einen vom Halbleiterkörper entgegen gesetzten Leitfähigkeitstyp ausweisen, wobei sämtliche elektrische Anschlüsse an Halbleiterbauelemente etwa über die Oberfläche des Halbleiterkörpers geführt sein können. In diesem Fall kann der Halbleiterkörper beispielsweise über eine vergrabene Schicht und einen mit leitfähigem Material gefüllten Graben oder auch über eine zur Oberfläche reichende Halbleiteranschlussanschlusszone vom selben Leitfähigkeitstyp wie der Halbleiterkörper elektrisch kontaktiert sein. Auch kann es sich bei dem Halbleiterkörper um den Halbleiterbereich eines SOI (Silicon-On-Insulator) Substrats handeln.
Die Kontaktstruktur 135 kann beispielsweise zur Oberfläche 110 reichende Kontaktstöpsel aufweisen. In diesem Fall kann ein erster Teil der Kontaktstöpsel auf den weiteren Oberflächenbereich 140 geführt sein zur Kontaktierung von erster und dritter Halbleiterzone 105, 120 und ein zweiter Teil der Kontaktstöpsel kann beispielweise auf einen Oberflächenbereich der zweiten Halbleiterzone 115 geführt sein. Ebenso kann die Kontaktstruktur 135 auch als durchgängiger Kontakt auf die Oberfläche 110 geführt sein und sowohl die zweite Halbleiterzone 115 als auch die erste Halbleiterzone 105 kontaktieren. Die Kontaktstruktur 135 kann die erste und zweite Halbleiterzone kurzschließen (vgl. 1) oder diese Zonen auch über einen Widerstand von beispielsweise weniger als 5 Ω miteinander elektrisch verbinden.
Die Kontaktstruktur 135 stellt beispielsweise den Kontakt zur Anode der ESD Struktur her, während eine weitere Kontaktstruktur (nicht gezeigt) den Kontakt zu einer Kathode der ESD Struktur, welche den Halbleiterkörper 100 umfasst, herstellt.
Die Anordnung von erster bis dritter Halbleiterzone 105, 115, 120 sowie der Kontaktstruktur 135 ermöglicht es, eine ESD Struktur mit vorteilhaften Eigenschaften wie vergrößertem ESD Fenster anzugeben. Beispielhaft sei dies für den Fall einer ESD Belastung erläutert. Im ESD Belastungsfall wird über die ESD Struktur ein Entladungsstrom abgeführt. Hierbei steigt zunächst die Spannung zwischen Anode und Kathode der Struktur bis zur Durchbruchspannung zwischen Halbleiterkörper 100 und dritter Halbleiterzone 120 an. Diese Durchbruchspannung lässt sich beispielsweise mit geringeren Fertigungsschwankungen herstellen als bei einer ESD Struktur, die eine dritte Halbleiterzone aufweist, welche durch Ausdiffusion von etwa streifenförmig oder stöpselförmigen Gebieten definiert ist. In letzterem Falle treten zusätzliche Prozessschwankungen der Durchbruchspannung auf, welche auf Ungenauigkeiten bei der lithografischen Definition der streifen- oder stöpselförmigen Gebieten definiert sind.
Der im elektrischen Durchbruch fließende Durchbruchstrom wie ein Avalanchestrom fließt zu einem Teil, d. h. der Löcherstrom, vom Durchbruchsort 145 zu dem Teil der Kontaktstruktur 135, der den weiteren Oberflächenbereich 140 kontaktiert. Hierbei wird ein ohmscher Spannungsabfall in der dritten Halbleiterzone 120 bzw. entlang des entsprechenden Teils der ersten Halbleiterzone 105 erzeugt, der vom spezifischen Widerstand dieser Zonen abhängt. Dieser Spannungsabfall führt bei einem Kurzschluss oder einer niederohmschen Verbindung zwischen der ersten Halbleiterzone 105 und der zweiten Halbleiterzone 115 über die Kontaktstruktur 135 dazu, dass ein parasitärer NPN Bipolartransistor 150 einschaltet. Den Emitter des parasitären Bipolartransistors 150 bildet die zweite Halbleiterzone 115 vom n-Typ, die Basis des parasitären Bipolartransistors bilden die erste und dritte Halbleiterzone 105, 120 und den Kollektor des parasitären Bipolartransistors bildet der Halbleiterkörper 100. Dieser parasitäre Bipolartransistor führt den Entladungsstrom im ESD Belastungsfall ab.
Während die erste Halbleiterzone 105 die Eigenschaften des parasitären Bipolartransistors 150 wie etwa die Stromverstärkung β mitbestimmt, z. B. über die Dotierstoffkonzentration und die Tiefe dieser Zone, bestimmt die dritte Halbleiterzone 120 die elektrische Durchbruchspannung. Somit lässt sich in vorteilhafter Weise eine räumliche Entkopplung zwischen elektrischem Durchbruchsort 145 und Ort des den Entladungsstrom abführenden parasitären Bipolartransistors 150 erzielen, so dass die Eigenschaften des elektrischen Durchbruchs sowie des parasitären Bipolartransistors unabhängig voneinander optimiert werden können über die Gestaltung der ersten sowie dritten Halbleiterzone 105, 120.
Die schematische Darstellung in 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörpers 200 vom n-Typ, in dem ähnlich zu der in 1 gezeigten Anordnung erste, zweite und dritte Halbleiterzonen 205, 215, 220 innerhalb des Halbleiterkörpers 200 ausgebildet sind und von einer Kontaktstruktur 235 an der Oberfläche 210 des Halbleiterkörpers 200 elektrisch kontaktiert werden.
Anders als bei der in 1 gezeigten Anordnung erstreckt sich die dritte Halbleiterzone 220 nicht von dem aus der ersten Halbleiterzone 205 herausragenden Teil lateral über die zweite Halbleiterzone 215 hinweg, sondern grenzt lateral an die erste Halbleiterzone 205 an oder überlappt nur geringfügig mit dieser, so dass ein durchgängiges Gebiet vom p-Typ vorliegt. Dies hat verglichen mit der in 1 gezeigten Anordnung zur Folge, dass die im ESD Belastungsfall im elektrischen Durchbruch erzeugten Löcher einen vergleichsweise höheren Widerstand zur elektrischen Kontaktstruktur 235 erfahren. Mit anderen Worten weist die in 2 gezeigte Anordnung einen vergleichsweise höheren parasitären Basisbahnwiderstand auf als die in 1 gezeigte Anordnung. Das Ausmaß dieser Widerstandserhöhung hängt vom Verhältnis der Bahnwiderstände der ersten und dritten Halbleiterzonen 205, 220 und damit unter anderem vom Dotierstoffprofil der entsprechenden Halbleiterzonen ab. Mit der Erhöhung des Basisbahnwiderstand des parasitären NPN Bipolartransistors, der im ESD Belastungsfall den Entladungsstrom abführt, kann der sogenannte Triggerstrom, der dem Strom zum Einschalten des parasitären NPN Bipolartransistors entspricht, reduziert werden, womit sich beispielsweise ein schnelleres Einschalten im ESD Belastungsfall erzielen lässt. Außerdem kann mit der in 2 gezeigten Anordnung beispielsweise eine höhere Stromverstärkung β des parasitären NPN Bipolartransistors als mit der in 1 erzeigten Anordnung erzielt werden, falls die Dotierstoffkonzentration der dritten Halbleiterzone 140 in 1 ausreichend hoch ist, dass sie zur Rekombination in der Basis der parasitären NPN beiträgt.
Eine Feldplatte 260, die beispielsweise aus einem leitfähigen Material wie Metall oder dotiertem Halbleitermaterial wie dotiertem Polysilizium bestehen kann, ist über der Oberfläche 210 angeordnet zur Beeinflussung der elektrischen Feldkrümmung in einem Bereich zwischen der dritten Halbleiterzone 220 und dem Halbleiterkörper 200. Beispielsweise ist die Feldplatte 260 über dem Durchbruchsort 245 positioniert. Die Feldplatte eignet sich beispielsweise dazu, eine Verschiebung der elektrischen Durchbruchspannung zu verhindern, die auftreten kann, falls sich ein Teil der im elektrischen Durchbruch erzeugten Ladungsträger in einem Dielektrikum an der Oberfläche 210 ansammelt und die elektrische Feldkrümmung am Durchbruchsort mitbestimmt. Zudem lässt sich mit der Feldplatte 260 beispielsweise in begrenztem Umfang eine Feinjustage der Durchbruchspannung vornehmen. Die Feldplatte kann beispielsweise elektrisch mit der Kontaktstruktur 235 kurzgeschlossen sein. Auch kann die Feldplatte an ein hiervon verschiedenes Potenzial angeschlossen sein.
Die schematische Darstellung in 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörpers 300 vom n-Typ, in dem ähnlich zu der in 1 gezeigten Anordnung erste, zweite und dritte Halbleiterzonen 305, 315, 320 innerhalb des Halbleiterkörpers 300 ausgebildet sind und von einer Kontaktstruktur 335 an der Oberfläche 310 des Halbleiterkörpers 300 elektrisch kontaktiert werden.
Anders als bei der in 1 gezeigten Anordnung und ähnlich zur in 2 gezeigten Anordnung grenzt die dritte Halbleiterzone 320 lateral an die erste Halbleiterzone 305 an oder überlappt nur geringfügig mit dieser, so dass ein durchgängiges Gebiet vom p-Typ vorliegt.
Eine vierte Halbleiterzone 365 vom p-Typ, die zur Oberfläche 310 des Halbleiterkörpers 300 reicht, ist von der zweiten Halbleiterzone 320 entlang der lateralen Richtung 325 beabstandet und elektrisch an einen Pin angeschlossen, der verschieden ist von dem Pin, an den die erste und die zweite Halbleiterzone elektrisch angeschlossen sind. Die erste und zweite Halbleiterzone sind beispielsweise an einen Anodenpin wie einen Massepin angeschlossen, während die vierte Halbleiterzone beispielsweise an einen Kathodenpin wie etwa einen zu schützenden Versorgungs- oder Eingangs-/Ausgangspin angeschlossen ist. Die vierte Halbleiterzone 365 bildet den Emitter eines weiteren parasitären Bipolartransistors, nämlich eines PNP Transistors 370, der im ESD Belastungsfall aktiviert sein kann. Basis dieses parasitären PNP Bipolartransistors 370 bildet der Halbleiterkörper 300 vom n-Typ und Kollektor dieses parasitären PNP Bipolartransistors bilden die erste und dritte Halbleiterzone 305, 320. Der PNP Transistor wird über den Kollektorstrom des parasitären NPN Bipolartransistors 350 angesteuert. Das Einschalten des PNP Bipolartransistors lässt sich beispielsweise über die Verschaltung zwischen der vierten Halbleiterzone 365 und einem elektrischen Anschluss des Halbleiterkörpers 300 steuern. Wird etwa der Halbleiterkörper 300 an der Oberfläche 310 kontaktiert und ist dieser Kontakt mit dem Kontakt auf der vierten Halbleiterzone 365 kurzgeschlossen, so wird der parasitäre PNP Transistor 370 beispielsweise über den Kollektorstrom des NPN Bipolartransistors 350, insbesondere über den hervorgerufenen Spannungsfall zwischen vierter Halbleiterzone 365 und dem umgebenden Bereich des Halbleiterkörpers 300 angesteuert. Dieser Spannungsabfall hängt etwa vom Widerstand des Halbleiterkörpers 300 als auch von der Position des Kontaktes zum Halbleiterkörper 300 relativ zur vierten Halbleiterzone 365 ab. Der Kollektorstrom des parasitären NPN Transistors 350 übernimmt die Ansteuerung des PNP Transistors so wie der am Durchbruchsort 345 im elektrischen Durchbruch erzeugte Löcherstrom die Ansteuerung des NPN Transistors 350 übernimmt.
Der mit der vierten Halbleiterzone 365 ausgebildete laterale PNP Transistor 370 eignet sich beispielsweise zur Homogenisierung des Stromflusses während einer ESD Entladung. So wird etwa einer Stromfilamentierung des parasitären NPN Transistors in einer zur Zeichenebene der 3 senkrechten Ebene, d. h. entlang einer Weite des Bauelements, entgegen gewirkt, da ein entlang dieser senkrechten Ebene konzentrierter Kollektorstrom des parasitären NPN Transistors 350 aufgund der Aufweitung des Stroms im Kollektor zu einer in dieser Ebene homogeneren Ansteuerung des PNP parasitären Transistors 370 führt. Der PNP Transistor 370 steuert dann seinerseits den parasitären NPN Transistor 350 wieder homogener in der senkrechten Ebene an, wodurch einer Stromfilamentierung entgegen gewirkt wird.
Die schematische Darstellung in 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörpers 400 vom n-Typ, in dem ähnlich zu der in 1 gezeigten Anordnung erste, zweite und dritte Halbleiterzonen 405, 415, 420 innerhalb des Halbleiterkörpers 400 ausgebildet sind und von einer Kontaktstruktur 435 an der einer Oberfläche 420 des Halbleiterkörpers 400 elektrisch kontaktiert erden.
Anders als bei der in 1 gezeigten Anordnung und ähnlich zur in 2 gezeigten Anordnung grenzt die dritte Halbleiterzone 420 lateral an die erste Halbleiterzone 405 an oder überlappt nur geringfügig mit dieser, so dass ein durchgängiges Gebiet vom p-Typ vorliegt. Anders als bei den in den in 1 bis 3 gezeigten Anordnungen ist die dritte Halbleiterzone 420 innerhalb des Halbleiterkörpers 400 vergraben, so dass diese Zone nicht an die Oberfläche 420 angrenzt. Beispielsweise kann die dritte Halbleiterzone 420 durch Ionenimplantation bei geeignet gewählter Implantationsenergie und unter Berücksichtigung des Temperaturbudgets nach der Implantation ausgebildet werden. Das Vergraben der dritten Halbleiterzone 420 innerhalb des Halbleiterkörpers 400 ermöglicht es, den Durchbruchsort 445 in die Tiefe des Halbleiterkörpers und damit weg von der Oberfläche 410 zu verlagern, um so beispielsweise einer Ansammlung von Ladungsträgern an der Granzfläche und einer hiermit möglicherweise verbundenen Verschiebung des elektrischen Durchbruchs entgegen zu wirken.
Die schematische Darstellung in 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörpers 500 vom n-Typ, in dem ähnlich zu der in 1 gezeigten Anordnung erste, zweite und dritte Halbleiterzonen 505, 515a, 515b, 520 innerhalb des Halbleiterkörpers 500 ausgebildet sind und von einer Kontaktstruktur 535 an einer Oberfläche 510 des Halbleiterkörpers 500 elektrisch kontaktiert werden.
Anders als bei der in 1 gezeigten Anordnung ragt die dritte Halbleiterzone 520 an gegenüberliegen Seiten lateral aus der ersten Halbleiterzone 505 hervor und es sind zweite Halbleiterzonen 515a und 515b innerhalb der ersten Halbleiterzone 505 derart eingebettet, dass der die erste Halbleiterzone 550 kontaktierende Teil der Kontaktstruktur 535 zwischen diesen positioniert ist. Ein am elektrischen Durchbruchsort 545a im elektrischen Durchbruch erzeugter Löcherstrom fließt unterhalb der zweiten Halbleiterzone 515a zur Kontaktstruktur 535 ab und steuert den parasitären NPN Transistor 550a an, während ein im elektrischen Durchbruch am Durchbruchsort 545b erzeugter Löcherstrom unterhalb der zweiten Halbleiterzone 515b zur Kontaktstruktur 535 fließt und den parasitären NPN Transistor 550b ansteuert. Die Anordnung der zweiten und dritten Halbleiterzone kann beispielsweise in der in 5 gezeigten Querschnittsansicht symmetrisch zur Mitte der ersten Halbleiterzone 505 sein.
Die in 5 gezeigte Anordnung kann beispielsweise zu einer vorteilhaften ESD Robustheit pro Fläche einer mit dieser Anordnung erzeugten ESD Struktur führen, da der Entladungsstrom im ESD Belastungsfall über zwei Strompfade abgeführt werden kann, nämlich den ersten parasitären NPN Bipolartransistor 550a und den hiervon räumlich getrennten zweiten parasitären NPN Bipolartransistor 550b.
Die in 5 im Querschnitt gezeigte Anordnung kann sich senkrecht zum gezeigten Querschnitt auf verschiedene Weise erstrecken, d. h. die Geometrie einer mit dieser Halbleiterzonen erzeugten ESD Struktur kann verschieden sein.
Beispielhaft ist in 6A eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte Anordnung bei radialsymmetrischer Gestaltung der Halbleiterzonen gezeigt. Hierbei sind die Außenkanten der ersten und dritten Halbleiterzone 605, 620 dargestellt als auch die Innen- und Außenkante der ringförmigen zweiten Halbleiterzone 615. Die in 5 mit den Bezugszeichen 515a und 515b gekennzeichneten zweiten Halbleiterzonen verschmelzen bei Draufsicht auf die Ausführung gemäß 6 zur ringförmigen zweiten Halbleiterzone 615.
Beispielhaft ist in 6B eine Draufsicht auf die in 5 gezeigte Anordnung bei streifenförmiger Gestaltung der Halbleiterzonen gezeigt. Hierbei sind die Außenkanten der ersten, zweiten und dritten Halbleiterzone 705, 715a, 715b, 720 dargestellt. Der elektrische Durchbruch lässt sich bei der dargestellten Anordnung beispielsweise auf diejenigen Bereiche konzentrieren, in denen die dritte Halbleiterzone 720 über die erste Halbleiterzone 705 ragt. Da die erste Halbleiterzone 705 entlang der vertikalen Richtung 726 über die dritte Halbleiterzone 720 ragt, kann der elektrische Durchbruch von diesem Bereich ferngehalten werden, da zunächst die dritte Halbleiterzone 720 gegenüber dem Halbleiterkörper durchbricht. Die Gestaltung der Ecken der Halbleiterzonen kann neben den beispielhaft dargestellten in einem Winkel von 90° zulaufenden Kanten auch abgeschrägt sein.
Die schematische Darstellung in 7 zeigt einen Querschnitt durch einen Teil eines Halbleiterkörpers 800 vom n-Typ, in dem ähnlich zu der in 3 gezeigten Anordnung erste, zweite, dritte und vierte Halbleiterzonen 805, 815, 820 und 865 innerhalb des Halbleiterkörpers 800 ausgebildet sind und Teil einer ESD Struktur bilden. Die erste, zweite und dritte Halbleiterzone 805, 815, 820 bilden die Anode der ESD Struktur und sind über die Oberfläche 810 elektrisch mit der Kontaktstruktur 835 verbunden. Der Halbleiterkörper 800 ist über eine vergrabene fünfte Halbleiterzone 875 vom n-Typ und eine Anschlusssäule 880, z. B. eine dotierte Halbleitersäule vom n-Typ oder einen leitfähiges Material wie dotiertes Halbleitermaterial oder metallisches Material aufweisenden Graben, an eine weitere Kontaktstruktur 836 an der Oberfläche 810 des Halbleiterkörpers 800 angeschlossen. Die an die weitere Kontaktstruktur 836 angeschlossenen Halbleiterzonen bilden die Kathode der ESD Struktur. Die weitere Kontaktstruktur 836 kontaktiert auch die als Emitter des parasitären lateralen PNP Transistors 870 wirkende vierte Halbleiterzone 865.
Eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Halbleiterzone 805 und der zweiten Halbleiterzone 815 kann innerhalb der Kontaktstruktur 835 einen Widerstand 838, z. B. einen Widerstand aus dotiertem Halbleitermaterial wie dotiertem Polysilizium, aufweisen. Der Widerstand 838 kann beispielsweise kleiner als 5 Ohm sein. Der Widerstand 838 kann sich beispielsweise entlang einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Richtung wie etwa der in 6B gezeigten vertikalen Richtung 726 parallel zur zweiten Halbleiterzone 815 erstrecken. Der Widerstand 838 kann in Bezug auf die Oberfläche 810 beispielsweise wenigstens teilweise überlappend zur ersten Halbleiterzone 805 ausgebildet sein. Der Widerstand 838 kann beispielsweise in Bezug auf die Oberfläche 810 innerhalb der ersten Halbleiterzone 805 ausgebildet sein. Mit dem Widerstand 838 lässt sich etwa eine Emittergegenkopplung erzielen, die einer Stromfilamentierung und einer hiermit möglicherweise verbundenen Zerstörung der ESD Struktur entgegen wirkt.
Eine elektrische Verbindung zwischen der Anschlusssäule 880 und der vierten Halbleiterzone 865 kann innerhalb der weiteren Kontaktstruktur 836 einen weiteren Widerstand 839, z. B. einen Widerstand aus dotiertem Halbleitermaterial wie dotiertem Polysilizium, aufweisen. Der Widerstand 838 kann beispielsweise kleiner als 5 Ohm sein. Der weitere Widerstand 839 kann sich beispielsweise entlang einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Richtung wie etwa der in 6B gezeigten vertikalen Richtung 726 parallel zur vierten Halbleiterzone 865 erstrecken. Der weitere Widerstand 839 kann in Bezug auf die Oberfläche 810 beispielsweise wenigstens teilweise überlappend zur vierten Halbleiterzone 865 ausgebildet sein. Mit dem weiteren Widerstand 839 lässt sich eine Emittergegenkopplung im parasitären lateralen PNP Transistor 870 erzielen, die einer Stromfilamentierung und einer hiermit möglicherweise verbundenen Zerstörung der ESD Struktur entgegen wirkt.
Der Widerstand und/oder der weitere Widerstand sind optional, so dass beispielsweise ein metallischer Kurzschluss zwischen der Anschlusssäule 880 und der vierten Halbleiterzone 865 bzw. zwischen der ersten Halbleiterzone 805 und der zweiten Halbleiterzone 815 vorliegt.
Die in obigen Beispielen gezeigte zweite Halbleiterzone, vierte Halbleiterzone, die vergrabene fünfte Halbleiterzone als auch die Anschlusszone können beispielsweise eine maximale Dotierstoffkonzentration im Bereich von 10¹⁸cm^–3 bis 10²¹cm^–3 aufweisen.
Eine maximale Dotierstoffkonzentration der dritten Halbleiterzone kann beispielsweise im Bereich von 10¹⁷cm^–3 bis 10¹⁹cm^–3 liegen. Die maximale Dotierstoffkonzentration der ersten Halbleiterzone kann beispielsweise kleiner als 10¹⁸cm^–3, insbesondere kleiner als 5 × 10¹⁷cm^–3 und größer als die Dotierstoffkonzentration des Halbleiterkörpers sein.
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 Nicht-Patentliteratur

DIN IEC 60749-26 [0002]
DIN IEC 60749-27 [0002]
DIN IEC 60749-28 [0002]

Claims

Integrierte Schaltung, die aufweist: einen Halbleiterkörper (100) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und darin ausgebildet: eine erste Halbleiterzone (105) von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegen gesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp, die an eine Oberfläche (110) des Halbleiterkörpers (100) reicht; eine zweite Halbleiterzone (115) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die in die erste Halbleiterzone (105) eingebettet ist und bis zur Oberfläche (110) reicht; eine dritte Halbleiterzone (120) vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die entlang einer parallel zur Oberfläche (110) verlaufenden lateralen Richtung (125) wenigstens teilweise aus der ersten Halbleiterzone (105) herausragt; eine Kontaktstruktur (135), welche an der Oberfläche (110) einen elektrischen Kontakt zur ersten (105) und zweiten (115) Halbleiterzone herstellt; und wobei die zweite Halbleiterzone (115) entlang der lateralen Richtung (125) zwischen dem aus der ersten Halbleiterzone herausragenden Teil (130) der dritten Halbleiterzone und einem die erste Halbleiterzone kontaktierenden Teil (140) der Kontaktstruktur (135) angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei eine elektrische Durchbruchspannung (145) zwischen dem Halbleiterkörper (100) einerseits und der ersten (105) und dritten (120) Halbleiterzone andererseits durch den Halbleiterkörper (100) und die dritte Halbleiterzone (120) festgelegt ist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dritte Halbleiterzone (120) an die Oberfläche (110) reicht und der Oberflächenbereich (130) des aus der ersten Halbleiterzone (105) herausragenden Teils der dritten Halbleiterzone (120) frei ist von einer elektrischen Kontaktierung über diesen Oberflächenbereich (140).
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die dritte Halbleiterzone (420) innerhalb des Halbleiterkörpers (400) vergraben ist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterzone (805) und die zweite Halbleiterzone (815) über die Kontaktstruktur (835) elektrisch miteinander verbunden sind und die Verbindung einen elektrischen Widerstand (838) von weniger als 5 Ohm aufweist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, wobei die elektrische Verbindung ein metallischer Kurzschluss ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, wobei der elektrische Widerstand (838) dotiertes Halbleitermaterial aufweist und in Bezug auf die Oberfläche (810) wenigstens teilweise überlappend zur ersten Halbleiterzone (805) angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die dritte Halbleiterzone (520) entlang der lateralen Richtung (525) an gegenüberliegenden Seiten aus der ersten Halbleiterzone (505) ragt.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 8, wobei sich die dritte Halbleiterzone (120) entlang der lateralen Richtung (125) durch die erste Halbleiterzone (105) hindurch erstreckt.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste (605), zweite (615) und dritte (620) Halbleiterzone radialsymmetrisch ausgebildet sind mit einem Symmetriezentrum in der Mitte der ersten Halbleiterzone (605).
Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste (705), zweite (715a, 715b) und dritte (720) Halbeiterzone streifenförmig ausgebildet sind.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterzone (105) tiefer in den Halbleiterkörper (100) reicht als die dritte Halbleiterzone (120) und die dritte Halbleiterzone (120) tiefer in den Halbleiterkörper reicht als die zweite (115) Halbleiterzone.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Feldplatte (260) über der Oberfläche (210) angeordnet ist zur Beeinflussung der elektrischen Feldkrümmung in einem Bereich zwischen der zweiten Halbleiterzone (220) und dem Halbleiterkörper (200).
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine maximale Dotierstoffkonzentration der zweiten (115) Halbleiterzone größer als 10¹⁸cm^–3 ist und die maximale Dotierstoffkonzentration der ersten Halbleiterzone (105) kleiner als 10¹⁸cm^–3 ist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterzone (105), die zweite Halbleiterzone (115) und die dritte Halbleiterzone (120) Bestandteile einer ESD Struktur sind.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die aufweist: eine vierte Halbleiterzone (365) von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegen gesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp, die an die Oberfläche (310) des Halbleiterkörpers (300) reicht, von der zweiten Halbleiterzone (320) entlang der lateralen Richtung (325) beabstandet ist und elektrisch an einen Pin angeschlossen ist, der verschieden ist von dem Pin, an den die erste (305) und die zweite (315) Halbleiterzone elektrisch angeschlossen sind.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 16, wobei ein zur Oberfläche (310) vertikales Dotierstoffprofil der dritten Halbleiterzone (320) mit dem Dotierstoffprofil der vierten Halbleiterzone (365) übereinstimmt.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 16 oder 17, die aufweist: eine Halbleiteranschlusszone (880) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die elektrisch mit dem Halbleiterkörper (800) verbunden ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 18, wobei die Halbleiteranschlusszone (880) und die vierte Halbleiterzone (865) elektrisch miteinander verbunden sind und die Verbindung einen elektrischen Widerstand (839) von weniger als 5 Ohm aufweist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 19, wobei die elektrische Verbindung ein metallischer Kurzschluss ist.
Integrierte Schaltung nach Anspruch 19, wobei der elektrische Widerstand (839) dotiertes Halbleitermaterial aufweist und in Bezug auf die Oberfläche (810) wenigstens teilweise überlappend zu wenigstens einer Zone aus Halbleiteranschlusszone (880) und vierter Halbleiterzone (865) angeordnet ist.
Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die aufweisend: eine im Halbleiterkörper (800) vergrabene fünfte Halbleiterzone (875) vom ersten Leitfähigkeitstyp, die elektrisch über die Oberfläche (810) angeschlossen ist.