DE102015105816A1 - Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur Download PDF

Info

Publication number
DE102015105816A1
DE102015105816A1 DE102015105816.2A DE102015105816A DE102015105816A1 DE 102015105816 A1 DE102015105816 A1 DE 102015105816A1 DE 102015105816 A DE102015105816 A DE 102015105816A DE 102015105816 A1 DE102015105816 A1 DE 102015105816A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
semiconductor device
electrostatic discharge
heat removal
discharge protection
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102015105816.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Joachim Weyers
Markus Schmitt
Armin Tilke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Original Assignee
Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG filed Critical Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Priority to DE102015105816.2A priority Critical patent/DE102015105816A1/de
Priority to US15/099,327 priority patent/US20160307884A1/en
Publication of DE102015105816A1 publication Critical patent/DE102015105816A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
    • H01L27/0251—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices
    • H01L27/0255—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection for MOS devices using diodes as protective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H01L29/66098—Breakdown diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
    • H01L29/6609—Diodes
    • H01L29/66098—Breakdown diodes
    • H01L29/66106—Zener diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/6634—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recess formed by etching in the source/emitter contact region
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861—Diodes
    • H01L29/866—Zener diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

Eine Halbleiterkörper (10) umfasst einen Halbleiterkörper (100), der eine erste Oberfläche (101) und eine zweite Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101) hat. Die Halbleitervorrichtung (10) umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100) und eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) auf der ersten Isolationsschicht (200). Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) umfasst einen ersten Anschluss (312) und einen zweiten Anschluss (314). Die Halbleitervorrichtung (10) umfasst weiterhin eine Wärmeabfuhrstruktur (700), die ein erstes Ende (701) in direktem Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) und ein zweites Ende (702) in direktem Kontakt mit einem elektrisch isolierenden Bereich hat. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) umfasst erste und zweite Ausdiffusionsbereiche (320, 322) des gleichen Leitfähigkeitstyps, die zu der Wärmeabfuhrstruktur (700) selbstausgerichtet sind, und die weiterhin ein Nettodotierstoffprofil haben, das mit zunehmendem Abstand von der Wärmeabfuhrstruktur (700) in einer lateralen Richtung (x) zwischen dem ersten Anschluss (312) und dem zweiten Anschluss (314) abnimmt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Eine Schlüsselkomponente in Halbleiteranwendungen ist ein Festkörperschalter. Als ein Beispiel schalten Schalter von Automobil-Anwendungen und Industrie-Anwendungen ein und aus. Festkörperschalter umfassen typischerweise beispielsweise Feldeffekttransistoren (FETs), wie Metall-Oxid-Halbleiter-FETs (MOSFETs) oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs).
  • In diesen Anwendungen kann eine Schädigung eines Gatedielektrikums zwischen Gate und Source der Transistoren durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen einem Gatekontaktgebiet und einem Sourcekontaktgebiet der Halbleitervorrichtung verursacht sein. Um das Gatedielektrikum vor einem elektrostatischen Entladungsereignis zu schützen, sind elektrostatische Entladungs-(ESD-)Schutzstrukturen vorgesehen, die die Transistoren vor einer elektrostatischen Entladung beispielsweise während eines Zusammenbaus oder Betriebes schützen. Diese ESD-Schutzstrukturen erfordern ein nicht vernachlässigbares Gebiet innerhalb der integrierten Halbleitervorrichtung.
  • Es ist weiterhin vorteilhaft, das thermoelektrische sichere Betriebsgebiet einer ESD-Struktur zu vergrößern, um eine vorbestimmte elektrostatische Entladungsrobustheit zu erzielen, während gleichzeitig ein reduzierter Flächenverbrauch der ESD-Schutzstruktur vorliegt.
  • Es ist so wünschenswert, eine Halbleitervorrichtungsstruktur mit erhöhtem ESD-Schutz und verbesserten thermischen Eigenschaften vorzusehen, während gleichzeitig eine optimierte Gebiets- bzw. Flächeneffizienz vorliegt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Das obige Problem wird gelöst durch die Lehren der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel bzw. einer Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung umfasst diese einen Halbleiterkörper, der eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche hat. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers und eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur auf der ersten Isolationsschicht. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine Wärmeabfuhrstruktur, die ein erstes Ende in direktem Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur und ein zweites Ende in direktem Kontakt mit einem elektrisch isolierenden Bereich hat. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur umfasst erste und zweite Ausdiffusionsbereiche des gleichen Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyps, die selbstausgerichtet bzw. selbstjustiert zu der Wärmeabfuhrstruktur sind und weiterhin ein Nettodotierstoffprofil haben, das mit einem zunehmendem Abstand von der Wärmeabfuhrstruktur in einer lateralen Richtung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss abnimmt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Bilden einer ersten Isolationsschicht auf einem Halbleiterkörper. Eine Polysiliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps wird auf der ersten Isolationsschicht gebildet. Eine zweite Isolationsschicht wird auf der Polysiliziumschicht gebildet. Ein Trench bzw. Graben, der die zweite Isolationsschicht und die Polysiliziumschicht durchdringt, wird gebildet. Eine Wärmeabfuhrstruktur wird in dem Trench gebildet. Erste und zweite Ausdiffusionsbereiche eines zweiten Leitfähigkeitstyps werden in der Polysiliziumschicht gebildet, um eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur zu bilden.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 2A und 2B sind schematische Draufsichten eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die längs einer Schnittebene A-A' der 2A oder der 2B gemäß einem Ausführungsbeispiel geführt sind.
  • 4 ist eine detaillierte Darstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung von 3.
  • 5A ist ein Diagramm, das ein Nettodotierstoffprofil längs einer lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • 5B ist ein Diagramm, das ein erstes Nettodotierstoffprofil längs einer lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Vergleich mit einem zweiten Nettodotierstoffprofil längs einer lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur veranschaulicht.
  • 6A ist eine detaillierte Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die das erste Dotierstoffprofil längs einer lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • 6B ist eine detaillierte Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die das zweite Dotierstoffprofil längs einer lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur gemäß einem Beispiel veranschaulicht.
  • 7 ist ein Graph, der eine erste I-V-Kennlinie einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Vergleich mit einer zweiten I-V-Kennlinie einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel veranschaulicht.
  • 8 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die in einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B gemäß einem Ausführungsbeispiel geführt ist.
  • 9 veranschaulicht ein schematisches Prozessdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 10A bis 10G sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 11A bis 11C sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur und erster sowie zweiter Ausdiffusionsbereiche gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 12A bis 12C sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur und erster und zweiter Ausdiffusionsbereiche gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 13A bis 13D sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur und erster und zweiter Ausdiffusionsbereiche gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiel gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgebildet werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle und logische Änderungen gemacht werden können ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht und beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus.
  • Die Begriffe ”nacheinander”, ”aufeinander folgend” und ähnliche Begriffe umfassen eine lose Ordnung von Elementen und schließen zusätzliche Elemente, die zwischen den aufgereihten Elementen gelegen sind, nicht aus.
  • Die unbestimmten Artikel und bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • In dieser Beschreibung können sich n-Typ oder n-dotiert auf einen ersten Leitfähigkeitstyp beziehen, während p-Typ oder p-dotiert sich auf einen zweiten Leitfähigkeitstyp bezieht. Halbleitervorrichtungen können mit entgegengesetzten Dotierungsbeziehungen gebildet sein, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann. Weiterhin veranschaulichen einige Figuren relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” nächst zu dem Dotierungstyp. Beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsbereiches ist, während ein ”n+”-Dotierungsbereich eine größere Dotierungskonzentration hat als der ”n”-Dotierungsbereich. Eine Angabe der relativen Dotierungskonzentration bedeutet jedoch nicht, dass Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration die gleiche absolute Dotierungskonzentration haben, falls nicht etwas anderes festgestellt wird. Beispielsweise können zwei verschiedene n+-Bereiche verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben. Das gleiche gilt beispielsweise für einen n+- und einen p+-Bereich.
  • Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein n- oder p-Typ sein, sofern der zweite Leitfähigkeitstyp komplementär ist.
  • Der Begriff ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter.
  • Die Begriffe ”Wafer”, ”Substrat”, ”Halbleiterkörper” oder ”Halbleitersubstrat”, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können irgendeine auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie Silizium (Si), Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Schichten von Silizium, getragen durch eine Basishalbleiterunterlage, und andere Halbleiterstrukturen umfassen. Der Halbleiter braucht nicht auf Silizium zu beruhen. Der Halbleiter könnte ebenso Silizium-Germanium (SiGe), Germanium (Ge) oder Galliumarsenid (GaAs) sein. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) das Halbleitersubstratmaterial bilden.
  • Der Begriff ”horizontal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung bzw. Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer ersten oder Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Die sein.
  • Der Begriff ”vertikal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Ausrichtung bzw. Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche, d. h. parallel zu der Normalrichtung der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats oder -körpers angeordnet ist.
  • Ein Prozessieren eines Halbleiterwafers kann in Halbleitervorrichtungen resultieren, die Anschlusskontakte, wie Kontaktpads bzw. -kissen (oder Elektroden) haben, die es erlauben, einen elektrischen Kontakt mit integrierten Schaltungen oder diskreten Halbleitervorrichtungen herzustellen, die in den Halbleiterkörper eingeschlossen sind. Die Elektroden können eine oder mehrere Elektrodenmetallschichten umfassen, die auf das Halbleitermaterial der Halbleiterchips angewandt bzw. aufgetragen sind. Die Elektrodenmetallschichten können mit irgendeiner gewünschten geometrischen Gestalt und irgendeiner gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Die Elektrodenmetallschichten können beispielsweise in der Form einer ein Gebiet bedeckenden Schicht sein. Irgendein gewünschtes Metall, beispielsweise Cu, Ni, Sn, Au, Ag, Pt, Pd und eine Legierung von einem oder mehrerer dieser Metalle kann als das Material verwendet werden. Die Elektrodenmetallschicht bzw. die Elektrodenmetallschichten brauchen nicht homogen zu sein und brauchen nicht nur aus einem Material hergestellt werden, d. h., verschiedene Zusammensetzungen und Konzentrationen der Materialien, die in der Elektrodenmetallschicht bzw. den Elektrodenmetallschichten enthalten sind, sind möglich. Als ein Beispiel können die Elektrodenschichten groß genug dimensioniert bzw. bemessen sein, um mit einem Draht gebondet bzw. verbunden zu werden.
  • In Ausführungsbeispielen, die hier offenbart sind, werden eine oder mehrere leitende Schichten, insbesondere elektrisch leitende Schichten, aufgebracht. Es soll betont werden, dass irgendwelche derartige Begriffe, wie ”gebildet” oder ”aufgebracht” bedeuten sollen, dass wörtlich alle Arten und Techniken eines Anwendens bzw. Auftragens von Schichten abgedeckt sind. Insbesondere bedeuten sie, dass Techniken abgedeckt sind, in welchen Schichten einmal als ein Ganzes aufgetragen werden, wie beispielsweise Laminattechniken, sowie Techniken, in welchen Schichten in einer sequentiellen Weise aufgetragen werden, wie beispielsweise Sputtern, Überziehen, Formen, CVD (chemische Dampfabscheidung), physikalische Dampfabscheidung (PVD), Verdampfung, hybride physikalisch-chemische Dampfabscheidung (HPCVD) usw.
  • Die aufgetragene leitende Schicht kann unter anderem eine oder mehrere Schichten aus einer Schicht eines Metalls, wie Cu oder Sn oder einer Legierung hiervon, einer Schicht einer leitenden Paste und einer Schicht eines Bond- bzw. Verbindungsmaterials aufweisen. Die Schicht eines Metalls kann eine homogene Schicht sein. Die leitende Paste kann Metallpartikel umfassen, die in einem verdampfbaren oder härtbarem Polymermaterial verteilt sind, wobei die Paste fluid-, viskos- oder wachsartig sein kann. Das Bondmaterial kann angewandt werden, um elektrisch und mechanisch den Halbleiterchip beispielsweise mit einem Träger oder beispielsweise einem Kontaktclip bzw. einer Kontaktklammer zu verbinden. Ein weiches Lotmaterial oder insbesondere ein Lotmaterial, das in der Lage ist, Diffusionslotbonds zu bilden, kann verwendet werden, beispielsweise ein Lotmaterial, das einen oder mehrere Stoffe aus Sn, SnAg, SnAu, SnCu, In, InAg, InCu und InAu aufweist.
  • Ein Zerlegungsprozess kann verwendet werden, um den Halbleiterwafer in einzelne Chips zu teilen. Irgendeine Technik zum Zerlegen kann angewandt werden, beispielsweise ein Blattzerlegen (Sägen), Laserzerlegen, Ätzen usw. Der Halbleiterkörper, beispielsweise ein Halbleiterwafer, kann zerlegt werden durch Anwenden des Halbleiterwafers auf ein Band, insbesondere ein Zerlegungsband, Anwenden des Zerlegungsmusters bzw. der Zerlegungsstruktur, insbesondere einer rechteckförmigen Struktur, auf den Halbleiterwafer, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben erwähnten Techniken, und Ziehen des Bands beispielsweise längs vier orthogonalen Richtungen in der Ebene des Bandes. Durch Ziehen des Bandes wird der Halbleiterwafer in eine Vielzahl von Halbleiterdies (Chips) geteilt.
  • Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, falls nicht speziell etwas anderes bemerkt ist.
  • 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst einen Halbleiterkörper 100, der eine erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102 entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 101 hat. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht 200 auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 und eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 auf der ersten Isolationsschicht 200. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 umfasst einen ersten Anschluss 312 und einen zweiten Anschluss 314. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Wärmeabfuhrstruktur 700, die ein erstes Ende 701 in direktem Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und ein zweites Ende 702, das in direktem Kontakt mit einem elektrisch isolierenden Bereich ist, aufweist.
  • Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 umfasst einen ersten Ausdiffusionsbereich 320 und einen zweiten Ausdiffusionsbereich 322 des gleichen Leitfähigkeitstyps. Die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 sind selbstausgerichtet bzw. -justiert zu der Wärmeabfuhrstruktur 700. Die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 umfassen weiterhin ein Nettodotierstoffprofil, das mit zunehmendem Abstand von der Wärmeabfuhrstruktur 700 in einer lateralen Richtung x zwischen dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 abnimmt bzw. abfällt.
  • Aufgrund der Struktur der Halbleitervorrichtung 10 kann ein wohldefiniertes Dotierstoffprofil innerhalb der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erzielt werden, das weiterhin bezüglich der Wärmeabfuhrstruktur 700 zentriert ist. Somit können sowohl gute Wärmeabfuhreigenschaften als auch wohldefinierte elektrische Eigenschaften der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erreicht werden. Eine lithographische Fehlausrichtung bei Aufbringen der Wärmeabfuhrstruktur 700 auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann vermieden oder dieser entgegengewirkt werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 kann Leistungshalbleiterelemente, wie IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), z. B. RC-IGBTs (rückwärts leitende IGBTs), RB-IGBT (rückwärts sperrende IGBTs) und IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) einschließlich MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) aufweisen. Die Halbleitervorrichtung 10 kann auch einen Superjunction- bzw. Superübergangs-Transistor, einen Trench-Feldeffekttransistor oder irgendeine weitere Transistorvorrichtung, die einen Laststrom über einen Steueranschluss steuert, aufweisen.
  • Wenn die Chipgröße der Halbleitervorrichtung 10 reduziert wird, resultiert eine kleinere Eingangskapazität in einem erhöhten Risiko einer Schädigung infolge eines elektrostatischen Entladungsereignisses zwischen Gate und Source der Halbleitervorrichtung 10. Somit kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 in einem Leistungshalbleiterelement angewandt werden, um ein Gatedielektrikum zwischen einem Gate und einer Source eines Transistors vor einer Schädigung durch Abführen von Energie, verursacht durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen einem Gatekontaktgebiet und einem Sourcekontaktgebiet, zu schützen.
  • Die 2A und 2B sind schematische Draufsichten von Teilen einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Wie in 2A gezeigt ist, ist eine erste Elektrode 500 in einem Eckteil der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet und kann als ein Gatekontaktgebiet 510 (siehe 8) wirken, das ein Gatepad umfassen kann. Das Gatepad kann verwendet werden, um ein Bonden oder Löten eines Kontaktes zu der mit einer externen Vorrichtung oder einem externen Element zu verbindenden ersten Elektrode 500 vorzusehen. Eine zweite Elektrode 600 ist nächst zu der ersten Elektrode 500 angeordnet und kann als ein Sourcekontaktgebiet 610 (siehe 8) wirken, durch das Sourcezonen 150 von Transistorzellen 20 in dem Halbleiterkörper 100 kontaktiert sind.
  • Wenn die Halbleitervorrichtung 10 als ein Leistungshalbleiterelement gebildet wird, kann eine resultierende Dicke der Metallisierung der ersten Elektrode 500 und der zweiten Elektrode 600 in einem Bereich von 1 μm bis 10 μm oder 3 μm bis 7 μm sein, und die erste Elektrode 500 sowie die zweite Elektrode 600 können durch einen Mindestabschnitt B in einer Spanne von 5 μm bis 20 μm oder 10 μm bis 15 μm getrennt sein. Wie in 2B gezeigt ist, kann die erste Elektrode 500 auch in einem Mittelteil der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet sein, wobei die zweite Elektrode 600 die erste Elektrode 500 umgibt. Mögliche Stellen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 sind durch Strichlinien angezeigt, wobei die angegebenen Stellen lediglich beispielhaft sind und nicht als begrenzend aufgefasst werden sollten.
  • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung 10, geführt längs einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Der Halbleiterkörper 100 kann aus einkristallinem Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium Si, Siliziumcarbid SiC, Germanium Ge, einem Silizium-Germanium-Kristall SiGe, Galliumnitrid GaN oder Galliumarsenid GaAs vorgesehen sein. Ein Abstand zwischen den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 ist gewählt, um eine spezifizierte Spannungssperrfähigkeit zu erzielen und kann wenigstens 20 μm, beispielsweise wenigstens 50 μm, betragen. Andere Ausführungsbeispiele können Halbleiterkörper 100 mit einer Dicke von einigen 100 μm vorsehen. Der Halbleiterkörper 100 kann eine rechteckförmige Gestalt mit einer Randlänge in der Spanne von einigen Millimetern haben.
  • Die Normale zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert eine vertikale Richtung z, und Richtungen orthogonal zu der Normalrichtung sind laterale Richtungen. Wie beispielsweise aus 2A und 2B ersehen werden kann, ist die laterale Richtung x so definiert, dass sie sich zwischen dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 erstreckt. Somit ist die laterale Richtung x effektiv parallel zu der Richtung eines Durchbruchstroms innerhalb der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310. Für ein unzweideutiges Verständnis der Erfindung kann die laterale Richtung x so definiert werden, dass sie sich längs der Schnittebene A-A' von 2A oder 2B erstreckt. Jedoch ist für den Fachmann zu verstehen, dass innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310', wie in 2A gezeigt, die laterale Richtung x als eine Richtung zu definieren ist, die orthogonal zu der oben definierten lateralen Richtung x ist. Weiterhin kann, wie aus 8 ersehen werden kann, die laterale Richtung x sogar in entgegengesetzten Richtungen ausgedehnt sein.
  • Die erste Isolationsschicht 200 ist auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 gebildet. Die erste Isolationsschicht 200 kann irgendein Dielektrikum oder eine Kombination von Dielektrika umfassen, die gestaltet sind, um den Halbleiterkörper 100 von der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 auf der ersten Isolationsschicht 200 zu isolieren. Die erste Isolationsschicht 200 kann einen Stoff oder irgendeine Kombination von einem Oxid, Nitrid, Oxynitrid, einem Hoch-k-Material, einem Imid, einem isolierenden Harz oder Glas als Beispiel umfassen. Die erste Isolationsschicht 200 kann ein Felddielektrikum, wie ein Feldoxid und/oder ein Gatedielektrikum, wie ein Gateoxid, umfassen. Die erste Isolationsschicht 200 kann ein Feldoxid umfassen, das beispielsweise durch eine lokale Oxidation eines Silizium-(LOCOS-)Prozesses, aufgetragenes Oxid oder STI (flache Trenchisolation) gebildet ist. Die Dicke des Felddielektrikums der ersten Isolationsschicht 200 kann in einer Spanne von 0,5 μm bis 5 μm oder 1 μm bis 3 μm sein, die Dicke des Gatedielektrikums der ersten Isolationsschicht 200 kann in einer Spanne von 5 nm bis 200 nm oder 40 nm bis 120 nm sein.
  • Die zweite Isolationsschicht 400 wird auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und der ersten Isolationsschicht 200 gebildet. Die zweite Isolationsschicht kann Siliziumnitrid aufweisen. Die zweite Isolationsschicht 400 kann einen Stapel einer ersten und einer zweiten dielektrischen Schicht 410 und 420 aufweisen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste dielektrische Schicht 410 ein Tetraethylorthosilikat (TEOS)/undotierten Silikatglas-(USG-)Film umfassen. Die Dicke der ersten dielektrischen Schicht der zweiten Isolationsschicht 400 kann in einer Spanne von 50 nm bis 500 nm sein. Die zweite dielektrische Schicht 420 kann ein Phosphorsilikatglas (PSG) oder ein Borphosphorsilikatglas (BPSG) umfassen. Die Dicke der zweiten dielektrischen Schicht der zweiten Isolationsschicht 400 kann beispielsweise in einer Spanne von 200 nm bis 2 μm sein.
  • Die erste Elektrode 500 wird auf der zweiten Isolationsschicht 400 gebildet. Nächst zu der ersten Elektrode 500 wird die zweite Elektrode 600 auf der zweiten Isolationsschicht 400 gebildet, die von der ersten Elektrode 500 um den Abstand B (siehe auch 2A und 2B) beabstandet sein kann. Auf der ersten Elektrode 500 und der zweiten Elektrode 600 wird eine Passivierungsschicht 1000 gebildet, die einen Stoff oder irgendeine Kombination aus einem Imid, einem Nitrid, einem Oxid oder einem Oxynitrid als Beispiel umfassen kann.
  • Die erste Elektrode 500 und die zweite Elektrode 600 können getrennte Teile, beispielsweise aufgrund einer lithographischen Strukturierung bzw. Musterung einer gemeinsamen Metallverdrahtungsschicht, sein, wobei die Halbleitervorrichtung 10 lediglich eine einzige Metallverdrahtungsschicht aufweist. Die erste Elektrode 500 und die zweie Elektrode 600 können als Metallschichtstruktur gebildet sein, die als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium Al, Kupfer Cu oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese Stoffe enthalten kann. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können die erste Elektrode 500 und die zweite Elektrode 600 eine, zwei, drei oder mehr Unterschichten enthalten, wobei jede Unterschicht als ein Hauptbestandteil wenigstens einen Stoff aus Nickel Ni, Titan Ti, Silber Ag, Gold Au, Wolfram W, Platin Pt, Tantal Ta und Palladium Pd enthält. Beispielsweise kann eine Unterschicht ein Metallnitrid oder eine Metalllegierung enthalten, die Ni, Ti, Ag, Au, W, Pt, Co und/oder Pd enthält.
  • Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 kann eine Reihenverbindung bzw. Serienverschaltung von wenigstens einer Polysiliziumdiode umfassen. Wie in 3 dargestellt ist, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 eine Polysiliziumschicht 300 auf der ersten Isolationsschicht 200 umfassen, die erste Bereiche 316 und wenigstens einen zweiten Bereich 318 eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps abwechselnd angeordnet längs der lateralen Richtung x hat. Der zweite Bereich 318 umfasst die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322. Gemäß dem Ausführungsbeispiel, wie dieses in 3 gezeigt ist, können der erste Anschluss 312 und der zweite Anschluss 314 innerhalb der Polysiliziumschicht 300 den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der zweite Bereich 318 haben. Die ersten Bereiche 316 und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 können erste Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen, und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 können weiterhin zweite Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, die die ersten Dotierstoffe überkompensieren.
  • Wie unten in mehr Einzelheiten beschrieben werden wird, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 durch Bilden von Trenches, die die Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps durchdringen, und Bilden der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Polysiliziumschicht 300, um abwechselnd angeordnete erste Bereiche 316 des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Bereiche 318 des zweiten Leitfähigkeitstyps zu bilden, hergestellt werden. Die Trenches können daher mit einem leitenden Material oder einem hochdotierten Polysiliziummaterial gefüllt werden.
  • Wie aus 3 und in mehr Einzelheiten aus 4 zu sehen ist, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 weiterhin einen Zwischenbereich 324 aufweisen. Der Zwischenbereich 324 kann sandwichartig zwischen den ersten und zweiten Ausdiffusionsbereichen 320, 322 in der lateralen Richtung x sein. Der Zwischenbereich 324 kann weiterhin sandwichartig zwischen der ersten Isolationsschicht 200 und dem ersten Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 in der vertikalen Richtung z sein.
  • Der zweite Bereich 318 kann den ersten Ausdiffusionsbereich 320, den Zwischenbereich 324 und den zweiten Ausdiffusionsbereich 322 umfassen, die nacheinander in dieser Reihenfolge längs der lateralen Richtung x angeordnet sind. Der Zwischenbereich 324 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 können ein gleiches Material umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Zwischenbereich 324 n-dotiertes Polysilizium umfassen, das eine Nettodotierstoffkonzentration höher als 1 × 1017 cm–3 oder höher als 1 × 1018 cm–3 oder höher als 1 × 1019 cm–3 oder höher als 5 × 1019 cm–3 oder höher als 2 × 1020 cm–3 hat. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Zwischenbereich 324 ein Metall umfassen. Grundsätzlich kann die elektrostatische Entladungsschutzfunktion der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 auch durch Verwenden eines Zwischenbereichs 324 vorgesehen sein, der n-dotiertes Polysilizium umfasst, das eine Nettodotierstoffkonzentration niedriger als 1 × 1016 cm–3 hat. Eine niedrigere Nettodotierstoffkonzentration kann jedoch zu einer Vergrößerung des differentiellen Pfadwiderstandes und einer Durchbruchspannung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 führen. Jedoch wird der Vorteil einer selbstausgerichteten bzw. selbstjustierten ESD-Schutzstruktur beibehalten.
  • Als ein Ergebnis wird eine Polysiliziumdiodenkette oder -reihe, die in einer lateralen Richtung angeordnet ist, wobei sie abwechselnde pn-Übergänge (Dioden) an den Bereichsgrenzen der ersten und zweiten Bereiche 316, 318 in der Polysiliziumschicht 300 hat, gebildet. In einem Ausführungsbeispiel sind die Dotierungskonzentrationen der Bereiche derart angepasst, dass Reihenverbindungen von Zenerdioden innerhalb der Polysiliziumschicht 300 gebildet werden. Durch die Anzahl von aufeinanderfolgenden Dioden, deren jede einen ersten Bereich 316 und einen zweiten Bereich 318 umfasst, kann die Durchbruchspannung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 eingestellt werden.
  • Die Polysiliziumschicht 300, die auf der ersten Isolationsschicht 200 aufgetragen ist, kann eine große Korngröße von Polysilizium haben. Somit kann die laterale Abmessung bzw. Dimension der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die eine Poly-Zenerdiodenkette aufweist, beispielsweise in einer Spanne von 1 μm bis 10 μm oder 3 μm bis 5 μm sein. Durch Ausdehnen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über eine Vielzahl von Korngrenzen der Polysiliziumschicht 300 wird eine stabile Durchbruchkennlinie bzw. -eigenschaft der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 vorgesehen. In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Vielzahl von Korngrenzen innerhalb der Polysiliziumschicht 300 zu einer Elektronenbeweglichkeit in einer Spanne von 1 cm2/Vs bis 5 cm2/Vs führen. Im Fall eines Verbesserns der Korn- bzw. Granulatstruktur der Polysiliziumschicht 300 kann die Elektronenbeweglichkeit bis zu 50 cm2/Vs aufgrund von weniger Korngrenzen innerhalb der Polysiliziumschicht 300 erhöht werden. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden durch Abscheiden bzw. Aufbringen von amorphem Silizium, gefolgt von einem Laserschmelzprozess. Ein derartiges polykristallines Silizium wird Niedertemperatur-Polysilizium (LTPS) genannt. Die Elektronenbeweglichkeit von Niedertemperatur-Polysilizium ist in einer Spanne von 100 cm2/Vs bis 700 cm2/Vs.
  • Sogar höhere Elektronenbeweglichkeitswerte können erzielt werden durch polykristallines Silizium, das sogar größere Korngrenzengrößen hat. Ein Beispiel eines derartigen polykristallinen Siliziums ist ein kontinuierliches Korn-Silizium (CGS), das zu einer Elektronenbeweglichkeit in einer Spanne von 500 cm2/Vs bis 700 cm2/Vs führt. Durch Vorsehen eines kontinuierlichen Kornsiliziums in der Polysiliziumschicht 300 können Elektronenbeweglichkeitswerte erzielt werden, die vergleichbar sind mit denjenigen innerhalb des Volumenbereiches des Halbleiterkörpers 100.
  • Die Polysiliziumschicht 300 kann so wenigstens einen Stoff aus Niedertemperatur-Polysilizium (LTPS) und kontinuierlichem Kornsilizium (SGS) umfassen.
  • Die Länge der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 zwischen jeweils dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 kann in einer Spanne von 5 μm bis 150 μm oder 20 μm bis 50 μm sein. Ein Gebiet der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gemäß 2A und 2B oder 3 und 8 kann in einer Spanne von 100 μm × 50 μm × 2 = 10000 μm2 sein, indem eine kleine Gatepadlänge von 100 μm, eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 auf zwei orthogonalen Seiten (2A) oder symmetrisch auf zwei entgegengesetzten Seiten (2B) des Gatepads vorgesehen wird. Das Gebiet bzw. die Fläche der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann bis zu 500 μm × 50 μm × 2 = 50000 μm2 oder bis zu 2000 μm × 50 μm × 2 = 200.000 μm2 sein, indem eine große Gatepadlänge von 1000 μm vorgesehen wird. Das Gebiet bzw. die Fläche der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 vergrößert nicht das gesamte Chipgebiet bzw. -fläche, da die Diode zwischen und teilweise unterhalb des Metalls aufgebaut wird.
  • Eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310, die eine Diodenbreite in einer Spanne zwischen 1000 μm bis 2000 μm hat, kann längs des Gatekontaktgebietes 510 oder weiterhin innerhalb einer Randabschlussstruktur der Halbleitervorrichtung 10 integriert werden, wobei die Halbleitervorrichtung 10 eine Superjunction-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistorvorrichtung oder eine integrierte Bipolartransistor-(IGBT-)Vorrichtung mit isoliertem Gate sein kann. Ein derartiges Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft sein, falls eine Halbleitervorrichtung 10 vorgesehen wird, die ein kleines Diegebiet (kleiner als 1 mm2) hat, wobei eine Robustheit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 hinsichtlich HBM-(menschliche Körpermodell-)Tests in einer Spanne von 1 kV bis 4 kV sein kann. Unter der Annahme eines Durchbruchstromes von 1 mA je μm an Diodenbreite kann eine Robustheit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 bezüglich HBM-(menschliche Körpermodell-)Tests in einer Spanne von 300 V bis 4 kV sein.
  • Das Gebiet der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann geeignet gewählt werden, um Energie abzuführen, die durch ein elektrostatisches Entladungsereignis (ESD-Ereignis) zwischen der ersten Elektrode 500 und der zweiten Elektrode 600 verursacht ist.
  • Die erste Elektrode 500 kann elektrisch mit dem ersten Anschluss 312 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über eine erste Kontaktstruktur 800 gekoppelt sein, und die zweite Elektrode 600 kann elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über eine zweite Kontaktstruktur 900 gekoppelt sein. Die Wärmeabfuhrstruktur 700 erstreckt sich durch die zweite Isolationsschicht 400, wobei das erste Ende 701 in Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 ist und das zweite Ende 702 nicht in direktem elektrischem Kontakt mit irgendeinem Leitungsbereich, wie der ersten Elektrode 500 oder der zweiten Elektrode 600, ist.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist das zweite Ende 702 in direktem Kontakt mit einem elektrisch isolierenden Bereich, der durch die Passivierungsschicht 1000 gebildet ist, die die zweite Isolationsschicht 400 bedeckt. Das zweite Ende 702 ist so elektrisch von dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 isoliert, sofern die Verbindung des zweiten Endes 702 zu den ersten und zweiten Anschlüssen 312, 314 über das erste Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 und der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 710 nicht berücksichtigt wird. Mit anderen Worten, es gibt nicht einen weiteren leitenden Pfad von dem zweiten Ende 702 zu den ersten und zweiten Anschlüssen 312, 314, ausgenommen den leitenden Pfad über das erste Ende 701 und die elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wärmeabfuhrstruktur 700 mit einem elektrisch isolierenden Bereich eingebettet sein, der durch die zweite Isolationsschicht 400 und die Passivierung 1000 gebildet ist, wobei lediglich das erste Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 in direktem elektrischem Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 ist.
  • Die Wärmeabfuhrstruktur 700 kann sich in einer lateralen Richtung verschieden von der lateralen Richtung x längs der Grenze der ersten Elektrode 500 und/oder der zweiten Elektrode 600 (vgl. 2A und 2B) erstrecken. Beide möglichen Anordnungen der Wärmeabfuhrstruktur 700 sind in 2A veranschaulicht. Weitere Reihen der Wärmeabfuhrstruktur 700 können vorgesehen sein, wie dies beispielsweise in 2A gesehen werden kann.
  • Die Wärmeabfuhrstruktur 700 kann gleichzeitig mit den ersten und zweiten Kontaktstrukturen 800 und 900 durch Bilden von Trenches 450, 450a, 450b durch die zweite Isolationsschicht 400 und die Polysiliziumschicht 300 gebildet werden, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird. Die gleichzeitige Bildung der ersten und zweiten Kontaktstrukturen 800 und 900 zusammen mit der Wärmeabfuhrstruktur 700 führt zu einem vorteilhaften Herstellungsprozess. Wenn die erste Elektrode 500 und die zweite Elektrode 600 auf der zweiten Isolationsschicht 400 gebildet werden, um elektrisch jeweils mit der ersten Kontaktstruktur 800 und der zweiten Kontaktstruktur 900 gekoppelt zu sein, sind die Bodenseite 501 (10G) der ersten Elektrode 500 und die Bodenseite 601 der zweiten Elektrode 600 auf dem gleichen vertikalen Pegel bzw. Niveau wie das zweite Ende 702 der Wärmeabfuhrstruktur 700. Das zweite Ende 702 der Wärmeabfuhrstruktur 700 kann mit der oberen Oberfläche 402 der zweiten Isolationsschicht 400 fluchten, falls die zweite Isolationsschicht 400 eine planarisierte obere Oberfläche 402 hat.
  • Die elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die zwischen der ersten Isolationsschicht 200 und der zweiten Isolationsschicht 400 eingebettet ist, hat eine hohe thermische Impedanz aufgrund der thermischen Isolation durch Materialien wie PSG, TEOS, Polyoxid oder Feldoxide. Die Dicke der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann beispielsweise in einer Spanne von 100 nm bis 1000 nm oder in einer Spanne von 200 nm bis 600 nm oder in einer Spanne zwischen 200 nm bis 500 nm sein. Aufgrund der geringen Dicke der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 im Vergleich mit deren lateralen Abmessungen ist die transiente thermische Kapazität, d. h. die thermische Kapazität, die kurze thermische Abfuhrspitzen Puffern kann, niedrig, was zu einer Zerstörung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 oder weiteren Schädigungen der Halbleitervorrichtung 10 führen kann.
  • Aufgrund des Vorsehens der Wärmeabfuhrstruktur 700 ist die thermische Kapazität der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 710 erhöht. Eine Dicke der Wärmeabfuhrstruktur 700 längs einer lateralen Richtung (sich von dem ersten Anschluss 312 zu dem zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erstreckend) kann in einer Spanne von 100 nm bis 3000 nm sein, und eine Dicke der Wärmeabfuhrstruktur 700 längs einer vertikalen Richtung kann in einer Spanne von 1000 nm bis 2000 nm oder 350 nm bis 3500 nm sein.
  • Somit kann ein Verhältnis einer Dicke der Wärmeabfuhrstruktur 700 längs einer vertikalen Richtung und einer Dicke der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur längs einer vertikalen Richtung größer sein als 1, größer als 2, größer als 3 oder größer als 10. Durch Vorsehen der Wärmeabfuhrstruktur 700 wird die effektive Dicke, die für die thermische Kapazität relevant ist, gesteigert, was zu einer verbesserten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 mit erhöhter thermischer Robustheit führt.
  • Wie aus 4 ersehen werden kann, die eine detaillierte Darstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung 10 von 3 ist, können der erste Ausdiffusionsbereich 320 und der zweite Ausdiffusionsbereich 322 selbstausgerichtet zu einer ersten lateralen Seite 710 des ersten Endes 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 und einer zweiten Seite 720 entgegengesetzt zu der ersten Seite 710 des ersten Endes 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 sein.
  • Das erste Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 ist in einem ebenen Gebiet der Wärmeabfuhrstruktur 700 gegenüber zu der Grenzoberfläche zwischen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und der zweiten Isolationsschicht 400. Das erste Ende 701 ist ein Grenzebenengebiet zwischen der Wärmeabfuhrstruktur 700 und dem Zwischenbereich 324 des zweiten Bereiches 318 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310. Wie aus 4 ersehen werden kann, ist das erste Ende 701 ein ebenes Gebiet, das mit der Grenzoberfläche zwischen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 oder der Polysiliziumschicht 300 und der zweiten Isolationsschicht 400 fluchtet.
  • Wie oben erwähnt wurde, wird der zweite Bereich 318 in der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 durch Bilden eines Trenches, der die zweite Isolationsschicht 400 und die Polysiliziumschicht 300 durchsetzt, gebildet, wobei der Trench mit Polysilizium oder einem Metallmaterial gefüllt wird. Somit ist das erste Ende 701 nicht eine Grenzoberfläche zwischen Bereichen einer verschiedenen Materialzusammensetzung. Vielmehr kann die Materialzusammensetzung des Zwischenbereiches 324 und der Wärmeabfuhrstruktur 700 die gleiche sein. Die Wärmeabfuhrstruktur 700 ist in Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 an deren erstem Ende 701. Die erste laterale Seite 710 und die zweite laterale Seite 720 des ersten Endes 701 ist an Ecken zwischen der Wärmeabfuhrstruktur 700 und der Polysiliziumschicht 300 jeweils an einer ersten lateralen Seite und einer zweiten lateralen Seite der Wärmeabfuhrstruktur 700 gelegen.
  • Eine Grenzoberfläche zwischen dem Zwischenbereich 324 und dem ersten Ausdiffusionsbereich 320 ist durch eine Ebene gebildet, die sich vertikal von der ersten lateralen Seite 710 des ersten Endes 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 erstreckt. Eine Grenzoberfläche zwischen dem Zwischenbereich 324 und dem zweiten Ausdiffusionsbereich 322 ist durch eine Ebene gebildet, die sich vertikal von der zweiten lateralen Seite 720 des ersten Endes 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 erstreckt. Die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 sind von dem Zwischenbereich 324 in die Polysiliziumschicht 300 durch eine laterale Abmessung c ausgedehnt. Die Grenzoberfläche zwischen dem ersten/zweiten Ausdiffusionsbereich 320, 322 und dem ersten Bereich 316 ist gebildet durch einen pn-Übergang zwischen dem ersten/zweiten Ausdiffusionsbereich 320, 322 des zweiten Leitfähigkeitstyps und dem ersten Bereich 316 eines ersten Leitfähigkeitstyps.
  • Die laterale Abmessung b des zweiten Bereiches 318 ist eine Summe der lateralen Abmessung a der Wärmeabfuhrstruktur 700 an deren erstem Ende 701, d. h. dem Abstand zwischen der ersten lateralen Seite 710 und der zweiten lateralen Seite 720 des ersten Endes 701, und den lateralen Abmessungen c der zwei Ausdiffusionsbereiche 320, 322.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Verhältnis der lateralen Abmessung b des zweiten Bereiches 318 und der lateralen Abmessung a der Wärmeabfuhrstruktur 700 an dem ersten Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 kleiner als 3,0 oder kleiner als 2,0 oder kleiner als 1,5 oder kleiner als 1,2 oder kleiner als 1,1. Aufgrund des Herstellungsverfahrens der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 kann, wie weiter unten erläutert werden wird, die laterale Abmessung c des Ausdiffusionsbereiches 320 oder 322 bei kleinen Abmessungen gehalten werden, wobei der Nettodotierstoffgradient an dem pn-Übergang zwischen dem ersten Bereich 316 und dem zweiten Bereich 318 als relativ hoch erzielt werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel überschreitet die laterale Abmessung b des zweiten Bereiches 318 die laterale Abmessung a der Wärmeabfuhrstruktur 700 an dem ersten Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 um weniger als 2 μm oder um weniger als 1,5 μm oder um weniger als 1 μm. Somit kann die laterale Abmessung c des ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiches 320, 322 kleiner als 1 μm oder kleiner als 750 nm oder kleiner als 500 nm sein.
  • 5A ist ein Diagramm, das ein Nettodotierstoffprofil Cnet(x) längs einer lateralen Richtung x innerhalb einer elektrostatischen Entladungsprojektionsstruktur 310 der Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Nettodotierstoffprofil cnet(x) ist ein Nettodotierstoffprofil cnet(x, z) in der Polysiliziumschicht 300, gemittelt innerhalb der vertikalen Richtung z.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist eine Nettodotierstoffkonzentration cnet(–x1) des ersten Ausdiffusionsbereiches 320 bei einem ersten lateralen Abstand x1 von einer Mitte O der Wärmeabfuhrstruktur 700 gleich zu einer Nettodotierstoffkonzentration cnet(x1) des zweiten Ausdiffusionsbereiches 322 bei dem ersten lateralen Abstand x1 in einer entgegengesetzten Richtung von der Mitte O der Wärmeabfuhrstruktur 700. Wie aus 5A ersehen werden kann, sind die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 spiegelsymmetrisch in der lateralen Richtung x bezüglich der Wärmeabfuhrstruktur 700. Wie aus 5A ersehen werden kann, nimmt das Nettodotierstoffprofil cnet(x) mit zunehmendem Abstand von der Wärmeabfuhrstruktur 700 (der Mitte O) in der lateralen Richtung x ab.
  • 5B ist ein Diagramm, das ein erstes Nettodotierstoffprofil cnet_1(x) längs einer lateralen Richtung x innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem zweiten Nettodotierstoffprofil cnet_2 längs einer lateralen Richtung x innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur gemäß einem Beispiel veranschaulicht. Wie aus 5B ersehen werden kann, kann die laterale Abmessung b eines zweiten Bereiches 318, der das Nettodotierstoffprofil cnet_1(x) hat, mit signifikant geringeren Abmessungen als die laterale Abmessung b' eines zweiten Bereiches in einer Polydiodenstruktur, die das Nettodotierstoffprofil cnet_2(x) hat, gebildet werden. Zusätzlich ist der Nettodotierstoffgradient bei einem pn-Übergang zwischen einem ersten und einem zweiten Bereich 316, 318 höher in dem Nettodotierstoffprofil cnet_1(x) im Vergleich mit dem Nettodotierstoffprofil cnet_2(x).
  • 6A ist eine detaillierte Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10, die das erste Nettodotierstoffprofil cnet_1(x, z) innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. 6B ist eine detaillierte Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10, die das zweite Dotierstoffprofil cnet_2(x, z) innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur gemäß einem Beispiel veranschaulicht. Die Nettodotierstoffprofile in 6A und 6B sind durch Äquikonzentrationslinien in der Ebene veranschaulicht, die durch die laterale Richtung x und die vertikale Richtung z aufgespannt ist.
  • Die pn-Übergänge zwischen einem zweiten Bereich 318 und einem ersten Bereich 316 haben verschiedene Strukturen in den Vorrichtungen, wie dies in 6A und 6B gezeigt ist. Abhängig von einer Diffusion der Dotierstoffe in Siliziumkörnern, Korngrenzen und Segregationseffekten kann die Diffusionsfront in x-Richtung konkav, konvex, senkrecht oder gemischt sein. Solange die Krümmung der sich ergebenden pn-Übergänge keine spitzen Winkel hat, resultiert das Durchbruchverhalten aus einem Mittelwert der Polysiliziumkornstruktur mit einer Symmetrie bezüglich x = 0 in 5A.
  • Die Differenz zwischen den zwei dargestellten Nettodotierstoffprofilen in 6A und 6B resultiert aus den verschiedenen Herstellungsprozessen. Insbesondere ist in der Struktur, wie in 6A gezeigt, die Polysiliziumschicht 300 bereits mit Dotierstoffen eines p-Typs dotiert, der eine p+-Konzentration hat, wobei nach Bilden von Trenches in der Polysiliziumschicht 300 und Füllen der Trenches mit einem Polysiliziummaterial eines n-Typs mit einer n++-Konzentration die n-Dotierstoffe thermisch in den p+-Bereich diffundiert werden, um einen zweiten Bereich 318 benachbart zu einem ersten Bereich 316 eines p-Typs zu bilden. Im Vergleich hierzu wird in der Struktur von 6B eine n-Typ-Polysiliziumschicht 300 mit einem p++-Dotierstoff in einem ersten Bereich 316 dotiert. Um die Strukturen von 6A und 6B vergleichbar zu machen, muss der zweite Bereich 318 in 6A und 6B simuliert werden, um in einer gleichen Weise gebildet zu werden.
  • Somit können, wie aus 5B und 6A sowie 6B ersehen werden kann, die Kathodenbereiche signifikant in der Abmessung reduziert werden. Dies resultiert in einem reduzierten Kollektor/Emitter-Serienwiderstand und in einer höheren Emittereffizienz, so dass große Injektionseffekte lediglich bei höheren Durchbruchströmen auftreten.
  • 7 ist ein Graph, der eine erste I-V-Kennlinie I1(V) einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einer zweiten I-V-Kennlinie I2(V) einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel darstellt. 7 zeigt eine simulierte Diodendurchbruchstromkennlinie I1(V) einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die gemäß einem Herstellungsverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellt ist, im Vergleich zu einer simulierten Diodendurchbruchstromkennlinie I2(V) einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur, die durch einen getrennten Maskierungsprozess des ersten Bereiches 310 eines p-Typs hergestellt ist. Verglichen mit der I-V-Kennlinie I2(V) hat die erste I-V-Kennlinie I1(V) einen viermal oder fünfmal höheren Diodenstrom in einem Durchbruchstromszenario. Dies resultiert in einer viermal höheren elektrostatischen Entladungsrobustheit und in einem fünfmal höheren elektrostatischen Entladungsspannungsfenster, da der differentielle Widerstand in diesem Teil der I-V-Kennlinie drastisch reduziert ist. Aufgrund der Selbstausrichtung bzw. Selbstjustierung und der Symmetrie des zweiten Bereiches 318 innerhalb der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 ist das elektrostatische Entladungsspannungsfenster symmetrisch in beiden Stromrichtungen innerhalb der lateralen Abmessung x.
  • Eine Reduktion des elektrostatischen Entladungsspannungsfensters für positive und negative Spannungen ist wichtig für ein optimales Anpassen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 an Gateoxid-Abschirmtests einer eine integrierte elektrostatische Entladungsdiode aufweisenden Last-MOS-Vorrichtung. Je kleiner die Varianz der Vorrichtungsparameter ist, desto näher kann die Durchbruchspannung einer antiseriellen Diodenkette zu einem gewünschten Wert gebracht werden, wie etwa einer maximal erlaubten Spannung zwischen Gate und Source (VGS-Wert). Somit kann ein kleiner Diodenrückwärtsstrom bei jeweiligem niedrigem Selbsterwärmen der Halbleitervorrichtung 10 erzielt werden. Wie aus 7 ersehen werden kann, ist das elektrostatische Entladungsspannungsfenster Delta V1 der ersten I-V-Kennlinie I1(V) fünfmal kleiner als das elektrostatische Entladungsspannungsfenster Delta V2 einer Polydiodenkette gemäß einem Beispiel.
  • 8 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10, geführt längs einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Wie aus 8 ersehen werden kann, umfasst die Halbleitervorrichtung 10 weiterhin die zweite Isolationsschicht 400 auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310. Die zweite Isolationsschicht 400 umfasst die erste dielektrische Schicht 410, wie oben erläutert, und weiterhin eine dritte dielektrische Schicht 430. Die dritte dielektrische Schicht 430 der zweiten Isolationsschicht 400 kann wenigstens eine Schicht aus einer Siliziumoxidschicht, einer Nitridschicht oder einer Oxynitridschicht umfassen. Die Dicke der dritten dielektrischen Schicht 430 der zweiten Isolationsschicht 400 kann in einer Spanne von 40 nm bis 1000 nm oder in einer Spanne von 100 nm bis 300 nm sein. Auf der zweiten Isolationsschicht 400 ist ein Gatekontaktgebiet 510 gebildet, wobei das Gatekontaktgebiet 510 elektrisch mit dem ersten Anschluss 312 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über die erste Kontaktstruktur 800 gekoppelt ist. Die zweite Isolationsschicht 400 in der Halbleitervorrichtung 10 von 8 kann auch die zweite dielektrische Schicht 420 aufweisen, wie dies oben anhand von 3 erläutert ist.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 von 8 umfasst weiterhin ein Sourcekontaktgebiet 610 auf der zweiten Isolationsschicht 400, wobei das Sourcekontaktgebiet 610 elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über die zweite Kontaktstruktur 900 gekoppelt ist. Die dritte dielektrische Schicht 430 ist zwischen dem Gatekontaktgebiet 510 und der zweiten Kontaktstruktur 900 gebildet, um elektrisch das Gatekontaktgebiet 510 von dem Sourcekontaktgebiet 610 zu isolieren. Die Passivierungsschicht 1000 ist auf der zweiten Isolationsschicht 400, dem Gatekontaktgebiet 510 und dem Sourcekontaktgebiet 610 gebildet, wobei die Wärmeabfuhrstruktur 700 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 derart gebildet ist, dass deren zweites Ende 702 entweder in Kontakt mit der Passivierungsschicht 1000 oder der dritten dielektrischen Schicht 430 ist.
  • Wie aus 8 ersehen werden kann, kann die erste Isolationsschicht 200 ein Gatedielektrikum sein. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 ist auf der ersten Isolationsschicht 200 gebildet, was zu einer reduzierten thermischen transienten Impedanz aufgrund der erhöhten thermischen Kopplung zwischen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und dem Halbleiterkörper 100 führt. Das Gatedielektrikum kann ein Siliziumoxid sein, das eine Dicke in einer Spanne von 5 nm bis 200 nm oder in einer Spanne von 40 nm bis 120 nm hat. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst weiterhin Transistorzellen 20, die in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 510 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet sind. Jede der Transistorzellen 20 umfasst eine Gateelektrode 330, die auf der ersten Isolationsschicht 200 gebildet ist, Sourcezonen 150, die in Kontakt mit der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 sind und sich in den Halbleiterkörper 100 erstrecken, und Bodyzonen 160, in die die Sourcezonen 150 eingebettet sind. Die Sourcezonen 150 sind von dem ersten Leitfähigkeitstyp, und die Bodyzonen 160 sind von dem zweiten Leitfähigkeitstyp. Weiterhin ist der Drainbereich 110 des ersten Leitfähigkeitstyps an der zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterkörpers 100 vorgesehen. Der Driftbereich 120 ist zwischen dem Drainbereich 110 und den Bodyzonen 160 vorgesehen und ist von einem ersten Leitfähigkeitstyp. Im Falle einer Superjunctionvorrichtung können Säulen oder Blasen des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps beide unterhalb des Halbleiterwannenbereiches 140 und des aktiven Transistorzellfeldes ausgebildet sein. Weiterhin können Säulen oder Blasen des zweiten Leitfähigkeitstyps überlappend mit dem Halbleiterwannenbereich 140 sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Gateelektroden 330 gleichzeitig mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gebildet und können einen Teil der Polysiliziumschicht 300 sein. Die zweite Kontaktstruktur 900 ist vorgesehen, um das Sourcekontaktgebiet 610 mit dem zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 elektrisch zu verbinden. Die zweite Kontaktstruktur 900 kann weiterhin vorgesehen sein, um das Sourcekontaktgebiet 610 mit den Sourcezonen 115 der Transistorzellen 20 zu verbinden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die erste Kontaktstruktur 800 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 ein gleiches Material umfassen. Zusätzlich können gemäß einem Ausführungsbeispiel die zweite Kontaktstruktur 900 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 ein gleiches Material umfassen. Weiterhin können die erste Kontaktstruktur 800, die zweite Kontaktstruktur 900 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 ein gleiches Material umfassen. Die erste Kontaktstruktur 800, die zweite Kontaktstruktur 900 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 können gleichzeitig gebildet werden, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird.
  • Wie aus 8 ersehen werden kann, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 zwei zweite Anschlüsse 314 haben, die an entgegengesetzten Seiten von dem ersten Anschluss 312 angeordnet sind. Somit kann die laterale Richtung x zu entgegengesetzten Seiten abhängig von der Richtung von dem ersten Anschluss 312 zu dem zweiten Anschluss 314 gerichtet sein. Wie aus 8 ersehen werden kann, können eine Bodenseite 511 des Gatekontaktgebietes 510 und/oder eine Bodenseite 611 des Sourcekontaktgebietes 610 und eine obere Seite 702 der Wärmeabfuhrstruktur 700 auf einem gleichen vertikalen Pegel bzw. Niveau sein, was aus einem spezifischen Herstellungsprozess resultieren kann, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst so Transistorzellen 20, die Source- und Bodyzonen 150, 160 in dem Halbleiterkörper 100 umfassen, wobei die Sourcezonen 150 elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet 610 über die zweite Kontaktstruktur 900 gekoppelt sind. Die zweite Kontaktstruktur 900 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 können ein gleiches Material umfassen.
  • Die Dicke der ersten Isolationsschicht 200 kann in einer Spanne zwischen 0,1 μm bis 10 μm oder zwischen 0,5 μm bis 10 μm oder zwischen 0,5 μm bis 5 μm oder zwischen 1 μm und 2,5 μm oder zwischen 1,5 μm und 2 μm im Fall eines Feldoxidationsprozesses sein. Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 kann in einer Spanne zwischen 100 nm bis 1000 nm oder in einer Spanne von 200 nm bis 600 nm oder in einer Spanne zwischen 200 nm bis 500 nm sein. Aufgrund der relativ kleinen vertikalen Abmessung der Polysiliziumschicht 300 kann die Topologie der Schichtstruktur wohldefiniert sein. Somit kann eine verbesserte Tiefe eines Schärfebereiches bei einem Lithographieprozess zum Bilden von Kontaktlöchern auf aktiven Bereichen und Feldbereichen erzielt werden. Um eine ESD-Robustheit von 1 bis 4 kV zu erreichen, kann die Stromdichte bei der Diodenbreite, wie oben erläutert, ausreichend innerhalb des Gatepadbereiches und der Grenzbereiche sein.
  • Wenn die Bodyzonen 160 in dem Gebiet der Transistorzellen 20 nach Bilden der Polysiliziumschicht 300 gebildet werden, kann der Trench 450 mit einer Metallschicht aus beispielsweise Titan mit einer Dicke in einer Spanne zwischen 20 nm bis 70 nm ausgekleidet und prozessiert werden, um ein Silizid lokal an einem Bodenbereich des Trenches 450 zu bilden. Um einen Schottkykontakt zu vermeiden, können die Trenches 450, 450a, 450b tief genug gebildet werden, so dass kein Silizid in dem Bodengebiet der Trenches 450, 450a, 450b gebildet werden kann. Falls eine Borimplantation zum Bilden von Bodykontaktzonen 160a an den Transistorzellen 20 vorgenommen wird, kann die Implantation zu einem großen Teil durch Ätzen der Trenches 450, 450a, 450b für die zweite Kontaktstruktur 900 in den Halbleiterkörper 100 entfernt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Polysiliziumschicht 300 zu maskieren, falls eine Ionenimplantation zum Bilden der Bodykontaktbereiche 160a vorgenommen wird.
  • Falls die Polysiliziumschicht 300 auf einer ersten Isolationsschicht 200 gebildet wird, die eine Gateoxidschicht ist, kann eine Ätzstoppschicht unter der Polysiliziumschicht 300 abgeschieden werden, welche ein Oxid- oder ein Nitridmaterial aufweist. Durch Vorsehen einer Ätzstoppschicht zwischen der Polysiliziumschicht 300 und der ersten Isolationsschicht 200 kann verhindert werden, dass die erste Isolationsschicht 200, die ein relativ dünnes Gateoxid ist, während eines Ätzens des Trenches 450, der die Polysiliziumschicht 300 durchdringt und weiter in die erste Isolationsschicht 200 eindringt, gedünnt wird. Im Fall eines Vorsehens eines Trenches, der in den Halbleiterkörper 100 (der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 gefüllt ist) eindringt, kann die gleiche Eindringtiefe in die Polysiliziumschicht 300 erzielt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel dienen die Polysiliziumstöpsel einer Wärmeabfuhrstruktur 700, die beispielsweise von einem n+-Typ sind, als eine selbstausgerichtete bzw. selbstjustierte Dotierstoffquelle, wobei die ersten und zweiten Kontaktstrukturen 800, 900 für eine antiserielle Diodenstruktur als eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 wirken. Somit sind der wenigstens eine zweite Bereich 316 sowie die erste und zweite Kontaktstruktur 800, 900 zueinander selbstausgerichtet, was zu einer Reduktion von elektrischen Parameterschwankungen und insbesondere von einer bidirektionalen Breite des elektrostatischen Entladungsspannungsfensters bei geringem differentiellem Serienwiderstand führt. Die Integration einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 in einen Festkörperschalter, wie oben diskutiert, kann zu Kostenreduktionen von etwa 50% führen.
  • Obwohl keine Mehrschichtmetallisierungsstruktur gezeigt ist, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310, wie oben beschrieben, in diskreten Halbleitervorrichtungen oder integrierten Schaltungen mit Mehrschichtverdrahtungssystemen verwendet werden, wenn Polysiliziumstöpsel eingesetzt werden.
  • 9 veranschaulicht einen schematischen Prozessablauf eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Ein Prozessmerkmal S110 umfasst ein Bilden einer ersten Isolationsschicht auf einem Halbleiterkörper.
  • Ein Prozessmerkmal S120 umfasst ein Bilden einer Polysiliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Isolationsschicht.
  • Ein Prozessmerkmal S130 umfasst ein Bilden einer zweiten Isolationsschicht auf der Polysiliziumschicht.
  • Ein Prozessmerkmal S140 umfasst ein Bilden eines Trenches, der die zweite Isolationsschicht und die Polysiliziumschicht durchdringt.
  • Ein Prozessmerkmal S150 umfasst ein Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur in dem Trench.
  • Ein Prozessmerkmal S160 umfasst ein Bilden von ersten und zweiten Ausdiffusionsbereichen eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Polysiliziumschicht, um eine selbstausgerichtete bzw. selbstjustierte elektrostatische Entladungsschutzstruktur zu bilden.
  • In 10A bis 10G wird ein Verfahren zum Herstellen der Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel anhand von Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung von gewählten Prozessen beschrieben.
  • In 10A ist ein Halbleiterkörper 100, wie oben beschrieben, vorgesehen. Wie in 10B gezeigt ist, wird eine erste Isolationsschicht 200, wie eine Siliziumoxidschicht, auf dem Halbleiterkörper 100 gebildet. Die Oxidschicht der ersten Isolationsschicht 200 kann durch einen Feldoxidations- oder Abscheidungsprozess gebildet werden oder kann als eine Gateoxidschicht gebildet werden.
  • Wie in 10C gezeigt ist, wird eine Polysiliziumschicht 300 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Isolationsschicht 200 gebildet. Die Polysiliziumschicht 300 kann strukturiert bzw. gemustert werden, um eine Struktur innerhalb der lateralen Ebene zu haben, wie dies in 2A oder 2B gezeigt ist (siehe die Strukturen in 2A und 2B, definiert durch die Strichlinien). Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 in einer vertikalen Richtung z kann in einer Spanne von 100 nm bis 1000 nm oder 200 nm bis 600 nm oder 200 nm bis 500 nm sein. Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 kann durch die Eindringtiefe der Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Ionenimplantations- und Diffusionsprozess begrenzt sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Borionen verwendet werden, um die undotierte oder schwach n-dotierte Polysiliziumschicht 300 in einem Ionenimplantationsprozess zu dotieren. Die Polysiliziumschicht 300 kann auch von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer geringeren Dotierungskonzentration sein und kann durch Implantation von beispielsweise der Bodyimplantation in den ersten Leitfähigkeitstyp überkompensiert werden.
  • Im Falle eines Verwendens von Borionen als Dotierstoffe können die Diodenparameter der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die in der Polysiliziumschicht 300 gebildet ist, fein abgestimmt werden. Jedoch können gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel Phosphorionen verwendet werden, um die Polysiliziumschicht 300 in einem Ionenimplantationsprozess zu dotieren. Die Nettodotierstoffkonzentration der Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps kann in einer Spanne von 5 × 1016 cm–3 bis 5 × 1019 cm–3 oder in einer Spanne von 5 × 1016 cm–3 bis 5 × 1018 cm–4 oder in einer Spanne von 1 × 1017 cm–3 bis 1 × 1018 cm–3 sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Polysiliziumschicht 300 von einem p-Typ sein. Falls die erste Isolationsschicht 200 in einem Feldoxidationsprozess gebildet ist kann die erste Isolationsschicht 200 innerhalb eines Gebietes, das Transistorzellen 20 umfasst, entfernt werden, um ein Gateoxid zu bilden, das als die erste Isolationsschicht 200 in dem Transistorzellgebiet wirkt. Die Dicke des Gateoxids in einer vertikalen Richtung z kann in einer Spanne von 5 nm bis 200 nm oder 70 nm bis 90 nm oder 40 nm bis 120 nm sein. Nach Bilden eines Gateoxids auf dem Halbleiterkörper 100 kann eine Polysiliziumschicht auf der ersten Isolationsschicht 200 gebildet werden, die einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat und welche strukturiert wird, um eine Gateelektrodenschicht 330 zu bilden, wie in 8 gezeigt ist.
  • Eine Ionenimplantation von Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps zum Bilden der Bodyzonen 160 innerhalb des Halbleiterkörpers 100 kann kombiniert werden mit einer Ionenimplantation von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps innerhalb der Polysiliziumschicht 300. Somit können die Bodyzonen 160 und das Dotieren der Polysiliziumschicht 300 mit Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps in einem Prozess gebildet werden. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Polysiliziumschicht 300 eine Nettodotierstoffkonzentration von einem ersten Leitfähigkeitstyp oder einem zweiten Leitfähigkeitstyp haben, die unterhalb einer Nettodotierstoffkonzentration von 1 × 1017 cm–3 ist, oder kann weiterhin eine undotierte Polysiliziumschicht 300 sein, wobei die endgültige Nettodotierstoffkonzentration der Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps in einem folgenden Implantationsschritt der Bodyzonen 160 eingestellt werden kann. Wie weiter aus 8 ersehen werden kann, werden die Sourcezonen 150 und die Bodykontaktzonen 160a in dem Halbleiterkörper 100 gebildet.
  • Wie aus 10D ersehen werden kann, wird die zweite Isolationsschicht 400 auf der Polysiliziumschicht 300 gebildet. Wie oben erläutert wurde, kann die zweite Isolationsschicht 400 eine erste dielektrische Schicht 410 und eine zweite dielektrische Schicht 420 umfassen, wobei die erste dielektrische Schicht 410 eine USG-Schicht aufweisen kann, die eine Dicke in einer vertikalen Richtung z in einer Spanne von 50 nm bis 500 nm oder 200 nm bis 400 nm hat. Die zweite dielektrische Schicht 420 kann eine BPSG-Schicht umfassen, die eine Dicke in einer Spanne von 200 nm bis 2000 nm oder 1100 nm bis 1300 nm hat. Die erste und zweite dielektrische Schicht 410 kann weiterhin die Materialien umfassen oder eine Struktur haben wie oben erläutert wurde.
  • In 10E wird ein Trench 450 gebildet, der die zweite Isolationsschicht 400 und die Polysiliziumschicht 300 durchdringt. Der Trench 450 kann sich bis zu einer Entfernung von 300 nm in die Polysiliziumschicht 300 erstrecken. Der Trench 450 durchdringt vollständig die Polysiliziumschicht 300, um zu gewährleisten, dass die Polysiliziumschicht 300 als eine Polydiodenstruktur wirkt, wie dies weiter unten erläutert werden wird. Es kann mehr als ein Trench 450 vorgesehen werden, um mit einer jeweiligen Wärmeabfuhrstruktur 700 gefüllt zu sein. Somit kann die Wärmeabfuhrstruktur 700 mehrere Male vorgesehen werden und kann sequentiell in gleichen Abständen voneinander ausgerichtet sein. Die mehrfachen Wärmeabfuhrstrukturen 700, wie beispielsweise in 8 gezeigt, können in einen Isolationsbereich angeordnet werden, der die erste Isolationsschicht 200, die zweite Isolationsschicht 400 und die Passivierungsschicht 1000 aufweist, und bilden eine Polydiodenstruktur von Dioden, die in einer antiseriellen Kaskade innerhalb der Polysiliziumschicht 300 verbunden sind. Eine derartige Struktur kann nicht mit einer gemeinsamen Leistungsmetallisierungsschicht (die beispielsweise eine Dicke von 5 μm hat) aufgrund von gemeinsamen Auslegungs- bzw. Designregeln erzielt werden. Somit kann eine Feinstruktur von pn-Übergängen, die laterale Abmessungen in einer Spanne von 1 μm bis 10 μm oder in einer Spanne zwischen 4 μm und 5 μm haben, mit einer gemeinsamen Leistungsmetallisierung hergestellt werden.
  • Der Trench 450, der mit der Wärmeabfuhrstruktur 700 zu füllen ist, kann zu der gleichen Zeit mit einem Trench 450a, der mit der ersten Kontaktstruktur 800 zu füllen ist, und einem Trench 450b, der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 zu füllen ist, gebildet werden. Wie aus 8 ersehen werden kann, kann der Trench 450, der mit der Wärmeabfuhrstruktur 700 zu füllen ist, zur gleichen Zeit mit dem Trench 450b, der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 zu füllen ist, um die Sourcezonen 150 und die Bodyzone 160 (über die Bodykontaktzone 160a) zu kontaktieren, gebildet werden. Hier kann sich der Trench 450b, der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 zu füllen ist, beispielsweise bis zu 300 nm in den Halbleiterkörper 100 erstrecken.
  • Wie aus 10F ersehen werden kann, wird die Wärmeabfuhrstruktur 700 in dem Trench 450 gebildet, wobei weitere erste und zweite Ausdiffusionsbereiche 320, 322 eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Polysiliziumschicht 300 gebildet werden, um eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 zu bilden.
  • Beispielhafte Ausführungsbeispiele zum Bilden der Wärmeabfuhrstruktur 700 und der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 werden unten anhand von 11A bis 11C, 12A bis 12C und 13A bis 13D erläutert.
  • Wie aus 10F und 10G ersehen werden kann, können die erste Kontaktstruktur 800, die zweite Kontaktstruktur 900 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 durch den folgenden Prozess gebildet werden. Zunächst werden die Trenches 450, 450a und 450b innerhalb der zweiten Isolationsschicht 400 und der Polysiliziumschicht 300 beispielsweise durch einen anisotropen Ätzprozess gebildet. Danach kann ein elektrisch und thermisch leitendes Material auf der zweiten Isolationsschicht 400 abgeschieden bzw. aufgetragen werden, um die Trenches 450, 450a, 450b mit einem elektrisch und thermisch leitenden Material zu füllen. Das elektrisch und thermisch leitende Material auf der oberen Oberfläche 402 der zweiten Isolation 400 kann durch einen Planarisierungsprozess, beispielsweise einen chemisch-mechanischen Polier-(CMP-)Prozess entfernt werden. Durch diesen Prozess kann eine planarisierte obere Oberfläche 402 der zweiten Isolationsschicht 400 gebildet werden, mit ersten und zweiten Kontaktstrukturen 800, 900 und der Wärmeabfuhrstruktur 700. Das zweite Ende 702 der Wärmeabfuhrstruktur 700 kann in direktem Kontakt mit der Passivierungsschicht 1000 sein, bedeckend die erste Elektrode 500, die zweite Isolationsschicht 400 und die zweite Elektrode 600.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele zum Bilden der Wärmeabfuhrstruktur 700 und der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erläutert.
  • 11A bis 11C sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur 700 und erster sowie zweiter Ausdiffusionsbereiche 320, 322 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • Wie in 11A gezeigt ist, wird der Trench 450 in der zweiten Isolationsschicht 400 und der Polysiliziumschicht 300 gebildet, wobei der Trench 450 vollständig die Polysiliziumschicht 300 und die zweite Isolationsschicht 400 durchdringt. Hier kann die erste Isolationsschicht 200 als eine Ätzstoppschicht verwendet werden. Der Trench 450 kann durch einen geeigneten Prozess, beispielsweise Trocken- und/oder Nassätzen, gebildet werden. Als ein Beispiel kann der Trench 450 durch einen anisotropen Plasmaätzprozess, beispielsweise reaktives Ionenätzen (RIE) mittels eines geeigneten Ätzgases, z. B. wenigstens eines Gases aus Cl2, Br2, CCl4, CHCl3, CHBr3, BCl3, HBr, gebildet werden. Trenchseitenwände 451 des Trenches 450 können gemäß einem Ausführungsbeispiel geringfügig spitz zulaufen, beispielsweise umfassend einen spitzen Konuswinkel zwischen 88° und 90°. Geringfügig spitz zulaufende Trenchseitenwände 451 können vorteilhaft sein hinsichtlich eines Vermeidens von Trenchhohlräumen, wenn die Trenches aufgefüllt werden.
  • Wie aus 11B ersehen werden kann, wird der Trench 450 mit einem Polysiliziummaterial 730 eines zweiten Leitfähigkeitstyps gefüllt, um die Wärmeabfuhrstruktur 700 zu bilden. Das Polysiliziummaterial 730 kann von einem n-Typ sein, falls die Polysiliziumschicht 300 von einem p-Typ ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Nettodotierstoffkonzentration in dem Polysiliziummaterial 730 von einer derartigen Größe, dass das Polysiliziummaterial 730 als eine transiente unbegrenzte bzw. infinite Dotierstoffquelle verwendet werden kann. Die Nettodotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Polysiliziummaterial 730 kann höher als 1 × 1019 cm–3 oder höher als 5 × 1019 cm–3 oder höher als 1 × 1020 cm–3 sein. Die Nettodotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Polysiliziummaterial 730 kann niedriger als 5 × 1020 cm–3 sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das n+-dotierte Polysiliziummaterial 720 mit Phosphor dotiert sein.
  • Eine Dicke in der lateralen Richtung x des Trenches 450 ist in einer Spanne von 300 nm bis 1500 nm oder in einer Spanne von 500 nm bis 1200 nm oder in einer Spanne von 500 nm bis 1000 nm, eine vertikale Abmessung des Trenches 450 ist in einer Spanne von 1000 nm bis 2500 nm oder in einer Spanne von 1500 nm bis 2000 nm oder in einer Spanne von 1750 nm bis 1850 nm, und Ausheilprozesse haben ein relativ niedriges Temperaturbudget. Insbesondere können Ausheilprozesse durchgeführt werden, um die Source/Bodykontakte und die Dotierstoffe innerhalb des Polysiliziummaterials 730 zu aktivieren, wobei das Polysiliziummaterial 730 als eine transiente bzw. kurzzeitige, unbegrenzte bzw. infinite Dotierstoffquelle angesehen werden kann. Die Ausheilprozesse können bei Temperaturen zwischen 900°C bis 975°C und bei Ausheilperioden von 30 Sekunden bis 5 Minuten oder 30 Sekunden bis 100 Minuten durchgeführt werden. Alternativ können rasche thermische Ausheil-(RTP-)Prozessschritte bei Temperaturen bis zu 1100°C und einigen Sekunden Ausheilzeit durchgeführt werden.
  • Wie aus 11C ersehen werden kann, führt der Ausheil- und Aktivierungsschritt zu einer thermisch induzierten Diffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps aus der Wärmeabfuhrstruktur 700 (oder aus dem Polysiliziummaterial 730) in die Polysiliziumschicht 300, um die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 zu bilden. Aufgrund des spezifischen Ausheil- und Aktivierungsschrittes, können, wie in 11C gezeigt ist, die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 mit einer relativ kurzen lateralen Abmessung vorgesehen werden, d. h. mit einer lateralen Abmessung, die in einer Spanne zwischen 100 nm bis 700 nm oder in einer Spanne von 200 nm bis 500 nm ist. Gleichzeitig haben die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 eine relativ hohe Nettodotierstoffkonzentration (in einer Spanne zwischen 1 × 1019 cm–3 bis 1 × 1020 cm–3), kombiniert mit einem hohen Nettodotierstoffprofilgradienten bei dem pn-Übergang zwischen der Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps und dem ersten oder zweiten Ausdiffusionsbereich 320, 322 des zweiten Leitfähigkeitstyps. Der hohe Gradient bei dem pn-Übergang zwischen dem zweiten Bereich 318 (einschließlich der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322) und dem ersten Bereich 316 (einschließlich der Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps, die nach Bilden der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 zurückbleibt) wurde bereits mit Bezug auf 5A und 5B, insbesondere bei dem pn-Übergang bei einer lateralen Abmessung b/2 von dem Mittelpunkt O, diskutiert. Aufgrund des hohen Gradienten des pn-Übergangs innerhalb des ersten und zweiten Bereiches 316, 318 kann ein relativ niedriger Emitter/Kollektor-Serienwiderstand erzielt werden.
  • Die 12A bis 12C sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur 700 und erster und zweiter Ausdiffusionsbereiche 320, 322 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel veranschaulichen. Die Prozessschritte, wie in 12A bis 12C gezeigt, sind grundsätzlich die gleichen Schritte wie in 11A bis 11C gezeigt, vorbehaltlich eines Bildens des Trenches 450 innerhalb der Polysiliziumschicht 300, der nicht vollständig die Polysiliziumschicht 300 durchdringt. Die Abmessung des Trenches 450 in einer vertikalen Richtung z kann in einer Spanne von 50% bis 90% der Abmessung der Polysiliziumschicht 300 in der vertikalen Richtung z sein. Wie aus 12B und 12C ersehen werden kann, führt der Ausheil- und Aktivierungsschritt zu einer thermisch induzierten Diffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps von der Wärmeabfuhrstruktur 700 (oder von dem Polysiliziummaterial 730) in die Polysiliziumschicht 300, um die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 zu bilden. Hier tritt die Diffusion von Dotierstoffen in die Polysiliziumschicht nicht nur hauptsächlich längs der lateralen Richtung x, sondern auch längs einer vertikalen Richtung z auf. Aufgrund der Diffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps von dem Bodengebiet des Trenches 450 in die unterhalb des Trenches 450 gelegene Polysiliziumschicht 300 kann eine vollständige Durchdringung des Zwischenbereiches 324 mit Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps erzielt werden, was zu einer Polydiodenstruktur in der Polysiliziumschicht 300 führt. Wenn der Trench 450 zusammen mit Trenches in dem aktiven Gebiet, beispielsweise einem aktiven Transistorzellgebiet, prozessiert bzw. verarbeitet wird, können Silizidprozesse und/oder Kontaktimplantationen, angewandt auf die Trenches in dem aktiven Gebiet, beispielsweise bezüglich des Trenches 450 maskiert werden.
  • Die 13A bis 13D sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur 700 und erster und zweiter Ausdiffusionsbereiche 320, 322 gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 13A zeigt den Prozessschritt eines Bildens eines Trenches 450, der die zweite Isolationsschicht 400 und die Polysiliziumschicht 300 durchdringt, wie bereits oben anhand von 11A erläutert wurde. Es soll betont werden, dass die folgenden Prozessschritte, die in 13B bis 13D dargestellt sind, auch durchgeführt werden können, wenn mit einer Struktur, wie in 12A gezeigt, in welcher ein Trench 450 innerhalb der Polysiliziumschicht 300 gebildet wird, der nicht vollständig die Polysiliziumschicht 300 durchdringt, begonnen wird.
  • Wie in 13B gezeigt, wird nach Bilden des Trenches 450 ein Teil 320a, 322a der Polysiliziumschicht über Trenchseitenwände 451 des Trenches 450 durch Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps gleichmäßig in die Polysiliziumschicht 300 über die Trenchseitenwände 451 des wenigstens einen Trenches 450 durch einen Plasmadotierungsprozess eingeführt werden. Ein Plasmadotieren des Teiles der Polysiliziumschicht 300 über Trenchseitenwände 451 des Trenches 450 erlaubt Implantationen hoher Dosis bei niedrigen Energien und ist auch bekannt als PLAD (Plasmadotieren) oder PIII (Plasmaimmersionsionenimplantation).
  • Diese Methoden erlauben ein genaues Dotieren des Teiles der Polysiliziumschicht 300 an den Trenchseitenwänden 451. Ein konformes Dotieren des Teiles der Polysiliziumschicht 300 an den Trenchseitenwänden 451 kann erzielt werden durch Anlegen einer Spannung an ein Substrat, das durch ein Hochfrequenz-(HF-)Plasma umgeben ist, das ein Dotierstoffgas enthält. Zusammenstöße bzw. Kollisionen zwischen Ionen und neutralen Atomen sowie das Vorspannen des Halbleiterkörpers 100 führen zu einer breiten ringförmigen Verteilung der Dotierstoffe, was ein homogenes Dotieren über die Trenchseitenwände 451 erlaubt. Auch kann ein kleiner vertikaler Gradient in der Dosis eines Dotierens in dem Teil der Polysiliziumschicht 300 durch Plasmadotieren erreicht werden. Dies erlaubt eine vertikale Variation eines Grades an Ladungskompensation, was eine Stabilität der Herstellung und/oder eine Avalancherobustheit verbessert. Eine vertikale Variation bzw. Veränderung einer Dosis eines Dotierens kann kleiner als 20% oder kleiner als 10% oder kleiner als 5% sein.
  • Wenn ein Dotieren mit PLAD erfolgt, wird der Halbleiterkörper 100, der den Trench 450 hat, einem Plasma ausgesetzt, das Ionen von Dotierstoffen enthält. Diese Ionen werden durch ein elektrisches Feld zu dem Halbleiterkörper 100 beschleunigt und werden in einer freiliegenden Oberfläche der Polysiliziumschicht 300 implantiert. Eine implantierte Dosis kann eingestellt oder gesteuert werden über Gleichspannungsimpulse, beispielsweise negative Spannungsimpulse. Ein Faradaysystem erlaubt ein Einstellen oder Steuern der Dosis. Zwei Sätze bzw. Folgen von Spulen, d. h. eine horizontale Spule und eine vertikale Spule, erlauben ein Erzeugen des Plasmas und ein Halten von diesem in homogenem Zustand. Eine Ionendichte kann über einen Abstand zwischen den Spulen und dem Substrat eingestellt werden. Eine Wechselwirkung zwischen den vertikalen Spulen und den horizontalen Spulen erlaubt ein Einstellen oder Steuern von Homogenität und Ionendichte.
  • Eine Eindringtiefe der Dotierstoffe in die Polysiliziumschicht 300 und die Implantationsdosis können über eine gepulste Gleichspannung eingestellt werden, die zwischen dem Halbleiterkörper 100 und einem diesen umgebenden Schirmring liegt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Dotieren des Teiles der Polysiliziumschicht 300 durch Plasmadotieren ein Einführen der Dotierstoffe in den Teil der Polysiliziumschicht 300 über die Trenchseitenwände 451 unter einer Dosis in einer Spanne von 5 × 1011 cm–2 bis 3 × 1013 cm–2 oder in einer Spanne von 1 × 1012 cm–2 bis 2 × 1013 cm–2. Diese vergleichsweise niedrige Dosis erfordert Modifikationen der gepulsten Gleichspannung, die typischerweise verwendet ist. Typischerweise werden Dosen, die 1015 cm–2 überschreiten, durch diese Techniken implantiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Impulsabstand der Gleichspannungsimpulse in einer Spanne von 100 μs bis 10 ms, insbesondere zwischen 500 μs und 5 ms, eingestellt. Eine Gleichspannungsimpulsanstiegszeit ist als Beispiel auf einen Wert kleiner als 0,1 μs eingestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel liegt eine Pulsbreite zwischen 0,5 μs bis 20 μs oder zwischen 1 μs bis 10 μs.
  • Danach werden, wie in 13C gezeigt ist, die Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps thermisch induziert aus den Trenchseitenwänden 451 in die Polysiliziumschicht 300 diffundiert, um die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 zu bilden.
  • Wie in 13D gezeigt ist, kann der Trench 450 mit einem leitenden Material 740 gefüllt werden, um die Wärmeabfuhrstruktur zu bilden. Das leitende Material 740 kann ein Metall sein. Das leitende Material 740 ist ein Material, das eine thermische und elektrische Leitfähigkeit hat, um einen elektrischen Leitwert innerhalb der Polysiliziumschicht 300 zwischen dem ersten Ausdiffusionsbereich 320 und dem zweiten Ausdiffusionsbereich 322 zu gewährleisten. Das leitende Material 740 kann auch ein Halbleitermaterial oder ein Polysiliziummaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps sein, um eine Polydiodenstruktur zwischen dem ersten Ausdiffusionsbereich 320, dem Material 740 und dem zweiten Ausdiffusionsbereich 322 zu bilden. Das leitende Material 740 kann beispielsweise Wolfram oder Titan umfassen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Trench 450 geätzt werden, danach können die Trenchseitenwände 451 dotiert oder mit einem PSG/Ausheil/PSG-Glas-Nassätzen ausgekleidet werden. Hier wird in einem ersten Schritt der Trench 450 durch den Oxidstapel der zweiten Isolationsschicht 400 geätzt, wobei auf der Polysiliziumschicht 300 gestoppt wird. Dann kann zum selektiven Nassätzen des später aufgetragenen PSG-Glases (und nicht des BPSG der zweiten dielektrischen Schicht 420) eine dünne Nitridschicht (beispielsweise in einer Spanne von 20 bis 50 nm) Si3N4 (oder SiON) auf der BPSG-Oberseite und den BPSG-Seitenwänden aufgetragen werden. Dies ist gefolgt durch den Siliziumtrenchprozess, ein PSG-Füllen und eine Ausdiffusion sowie ein Nassätzen von PSG und Nitrid. Danach werden die Trenchseitenwände 451 mit TiSi2 oder CoSi2, TiN und einem Material 740, wie W, AlCu, AlSiCu oder Cu ausgekleidet.
  • Ein Vorteil der Struktur, wie oben beschrieben, ist der stabile Herstellungsprozess, da eine vertikale relative Variation von Implantationshinterflanken, die bei einer Variation oder einer Änderung einer Schichtdicke in einer vertikalen Richtung der Polysiliziumschicht 300 auftreten, oder streuende Oxide keinen Einfluss auf das Bilden der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur haben.
  • Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele herangezogen werden kann, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (20)

  1. Halbleitervorrichtung (10), umfassend: einen Halbleiterkörper (100), der eine erste Oberfläche (101) und eine zweite Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101) hat, eine erste Isolationsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100), eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) auf der ersten Isolationsschicht (200), wobei die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) einen ersten Anschluss (312) und einen zweiten Anschluss (314) umfasst, und eine Wärmeabfuhrstruktur (700), die ein erstes Ende (701) in direktem Kontakt mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) und ein zweites Ende (702) in direktem Kontakt mit einem elektrisch isolierenden Bereich (430; 1000) hat, wobei die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) erste und zweite Ausdiffusionsbereiche (320, 322) des gleichen Leitfähigkeitstyps aufweist, die selbstausgerichtet bzw. selbstjustiert zu der Wärmeabfuhrstruktur (700) sind, und weiterhin ein Nettodotierstoffprofil aufweist, das mit zunehmendem Abstand von der Wärmeabfuhrstruktur (700) in einer lateralen Richtung (x) zwischen dem ersten Anschluss (312) und dem zweiten Anschluss (314) abnimmt.
  2. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der der erste Ausdiffusionsbereich (320) und der zweite Ausdiffusionsbereich (322) zu einer ersten lateralen Seite (710) des ersten Endes (701) der Wärmeabfuhrstruktur (700) und einer zweiten lateralen Seite (720) entgegengesetzt zu der ersten lateralen Seite (710) des ersten Endes (701) der Wärmeabfuhrstruktur (700) selbstausgerichtet bzw. selbstjustiert sind.
  3. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Nettodotierstoffkonzentration des ersten Ausdiffusionsbereiches (320) bei einem ersten lateralen Abstand (x1) von einer Mitte (O) der Wärmeabfuhrstruktur (700) gleich ist zu einer Nettodotierstoffkonzentration des zweiten Ausdiffusionsbereiches (322) bei dem ersten lateralen Abstand (x1) in entgegengesetzter Richtung von der Mitte (O) der Wärmeabfuhrstruktur (700).
  4. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Nettodotierstoffprofile der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) spiegelsymmetrisch in der lateralen Richtung (x) bezüglich der Wärmeabfuhrstruktur (700) sind.
  5. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) weiterhin einen Zwischenbereich (324) aufweist, der sandwichartig zwischen den ersten und zweiten Ausdiffusionsbereichen (320, 322) in der lateralen Richtung (x) ist, wobei der Zwischenbereich (324) weiterhin in einer vertikalen Richtung (z) sandwichartig zwischen der ersten Isolationsschicht (200) und dem ersten Ende der Wärmeabfuhrstruktur (700) ist.
  6. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 5, bei der der Zwischenbereich (324) und die Wärmeabfuhrstruktur (700) ein gleiches Material umfassen.
  7. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Zwischenbereich (324) n-dotiertes Polysilizium umfasst, das eine Nettodotierstoffkonzentration höher als 1 × 1018 cm–3 hat.
  8. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Zwischenbereich (324) ein Metall umfasst.
  9. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) eine Polysiliziumschicht (300) auf der ersten Isolationsschicht (200) umfasst, welche erste Bereiche (316) und wenigstens einen zweiten Bereich (318) eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps hat, die abwechselnd längs der lateralen Richtung (x) angeordnet sind, wobei der zweite Bereich (318) die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 9, bei der die Polysiliziumschicht (300) eine Dicke in der vertikalen Richtung (z) in einer Spanne zwischen 100 nm bis 1000 nm hat.
  11. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 9 oder 10, bei der ein Verhältnis einer lateralen Abmessung (b) des zweiten Bereiches (318) und einer lateralen Abmessung (a) der Wärmeabfuhrstruktur (700) an dem ersten Ende (701) der Wärmeabfuhrstruktur (700) kleiner als 1,5 ist.
  12. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die laterale Abmessung (b) des zweiten Bereiches (318) die laterale Abmessung (a) der Wärmeabfuhrstruktur (700) an dem ersten Ende (701) der Wärmeabfuhrstruktur (700) um weniger als 1 μm überschreitet.
  13. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei der die ersten Bereiche (316) und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) erste Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps aufweisen und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) weiterhin zweite Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, die die ersten Dotierstoffe überkompensieren.
  14. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine zweite Isolationsschicht (400) auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310), ein Gatekontaktgebiet (510) auf der zweiten Isolationsschicht (200), wobei das Gatekontaktgebiet (510) über eine erste Kontaktstruktur (800) elektrisch gekoppelt ist mit dem ersten Anschluss (312) der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310), und ein Sourcekontaktgebiet (610) auf der zweiten Isolationsschicht (200), wobei das Sourcekontaktgebiet (610) über eine zweite Kontaktstruktur (900) elektrisch gekoppelt ist mit dem zweiten Anschluss (314) der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310).
  15. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 14, bei der die erste Kontaktstruktur (800) und die Wärmeabfuhrstruktur (700) ein gleiches Material umfassen.
  16. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 14 oder 15, bei der eine Bodenseite (511, 611) des Gatekontaktgebietes (510) und/oder des Sourcekontaktgebietes (610) und eine obere Seite (702) der Wärmeabfuhrstruktur (700) auf einem gleichen vertikalen Niveau sind.
  17. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, weiterhin umfassend Transistorzellen (20), die Source- und Bodyzonen (150, 160) in dem Halbleiterkörper (100) aufweisen, wobei die Sourcezonen (150) elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet (610) über die zweite Kontaktstruktur (900) gekoppelt sind und die zweite Kontaktstruktur (900) und die Wärmeabfuhrstruktur (700) ein gleiches Material umfassen.
  18. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung (10), umfassend: Bilden einer ersten Isolationsschicht (200) auf einem Halbleiterkörper (100), Bilden einer Polysiliziumschicht (300) eines ersten Leitfähigkeitstyps auf der ersten Isolationsschicht (200), Bilden einer zweiten Isolationsschicht (400) auf der Polysiliziumschicht (300), Bilden eines Trenches (450), der die zweite Isolationsschicht (400) und die Polysiliziumschicht (300) durchsetzt, Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur (700) in dem Trench (450), und Bilden von ersten und zweiten Ausdiffusionsbereichen (320, 322) eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Polysiliziumschicht (300), um eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) zu bilden.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ein Bilden der Wärmeabfuhrstruktur (700) und der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) umfasst: Füllen des Trenches (450) mit einem Polysiliziummaterial (730) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, um die Wärmeabfuhrstruktur (700) zu bilden, und thermisches Induzieren einer Diffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps von der Wärmeabfuhrstruktur (700) in die Polysiliziumschicht (300), um die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) zu bilden.
  20. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem ein Bilden der Wärmeabfuhrstruktur (700) und der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) umfasst: Dotieren eines Teiles (320a, 322a) der Polysiliziumschicht (300) über Trenchseitenwände (451) des Trenches (450) durch Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps, thermisches Induzieren einer Diffusion der Dotierstoffe von den Trenchseitenwänden (451) in die Polysiliziumschicht (300), um die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche (320, 322) zu bilden, und Füllen des Trenches (450) mit einem leitenden Material, um die Wärmeabfuhrstruktur (700) zu bilden.
DE102015105816.2A 2015-04-16 2015-04-16 Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur Withdrawn DE102015105816A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015105816.2A DE102015105816A1 (de) 2015-04-16 2015-04-16 Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur
US15/099,327 US20160307884A1 (en) 2015-04-16 2016-04-14 Semiconductor Device Comprising Electrostatic Discharge Protection Structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015105816.2A DE102015105816A1 (de) 2015-04-16 2015-04-16 Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015105816A1 true DE102015105816A1 (de) 2016-10-20

Family

ID=57043665

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015105816.2A Withdrawn DE102015105816A1 (de) 2015-04-16 2015-04-16 Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20160307884A1 (de)
DE (1) DE102015105816A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190172770A1 (en) * 2017-12-05 2019-06-06 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor Device with Integrated pn Diode Temperature Sensor
US11855076B2 (en) * 2021-01-15 2023-12-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Electrostatic discharge (ESD) array with back end of line (BEOL) connection in a carrier wafer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6352882B1 (en) * 1996-12-11 2002-03-05 International Business Machines Corporation Silicon-on-insulator structure for electrostatic discharge protection and improved heat dissipation
US6383892B1 (en) * 1998-08-06 2002-05-07 International Business Machines Corporation Double silicon-on-insulator device and method thereof
US20130127063A1 (en) * 2007-12-19 2013-05-23 International Business Machines Corporation Semiconductor device heat dissipation structure

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5842866B2 (ja) * 2013-05-29 2016-01-13 三菱電機株式会社 半導体装置及びその製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6352882B1 (en) * 1996-12-11 2002-03-05 International Business Machines Corporation Silicon-on-insulator structure for electrostatic discharge protection and improved heat dissipation
US6383892B1 (en) * 1998-08-06 2002-05-07 International Business Machines Corporation Double silicon-on-insulator device and method thereof
US20130127063A1 (en) * 2007-12-19 2013-05-23 International Business Machines Corporation Semiconductor device heat dissipation structure

Also Published As

Publication number Publication date
US20160307884A1 (en) 2016-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015108537B4 (de) Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur
DE102014113214B4 (de) Bipolartransistor mit isoliertem gate mit mesaabschnitten zwischen zelltrenchstrukturen und verfahren zur herstellung
DE102011056157B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauteils und Halbleiterbauteile mit isolierten Halbleitermesas
DE102016119799B4 (de) Integrierte schaltung, die einen vergrabenen hohlraum enthält, und herstellungsverfahren
DE102017108048A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer grabenstruktur
DE102012103369B4 (de) Ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterbauelements und ein Halbleiterbauelement
DE102017108047A1 (de) Halbleitervorrichtung mit struktur zum schutz gegen elektrostatische entladung
DE102014107000B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements
DE102019117754A1 (de) Verfahren zum bilden eines halbleiter-auf-einem-isolator- (soi-) substrats
DE102016104327B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102013107632A1 (de) Verfahren zum Herstellen von Halbleitervorrichtungen mittels Ionenimplantation und Halbleitervorrichtung
DE102016112512A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer Sauerstoffdiffusions-Sperrschicht und Herstellungsverfahren
DE102014107295B4 (de) Halbleitervorrichtung, verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung und integrierte schaltung
DE102016120080B4 (de) Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung
DE102016115822A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer struktur zum schutz gegen elektrostatische entladung
DE102014114897A1 (de) Verfahren zum Fertigen eines vertikalen Halbleiterbauelements und vertikales Halbleiterbauelement
DE102016105424A1 (de) Halbleitervorrichtung mit planarem Gate und Grabenfeldelektrodenstruktur
DE102014105790B4 (de) Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur
DE102016100565A1 (de) Verfahren zum herstellen einer halbleitervorrichtung
DE102013105009A1 (de) Halbleitervorrichtung mit einer Silikatglasstruktur und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
DE102015106693A1 (de) Superjunction-Halbleitervorrichtung mit Übergangsabschlusserstreckungsstruktur und Verfahren zur Herstellung
DE102013107380B4 (de) Ein Verfahren zum Ausbilden eines Halbleiterbauelements
DE102016104757A1 (de) Halbleitertransistor und Verfahren zum Bilden des Halbleitertransistors
DE102015105816A1 (de) Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur
DE102008050298B4 (de) Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee