DE102015108537A1 - Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur Download PDF

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    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (10) umfasst einen Halbleiterkörper (100) mit einer ersten Oberfläche (101) und einer zweiten Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101). Die Halbleitervorrichtung (10) umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100). Zusätzlich umfasst die Halbleitervorrichtung (10) eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310). Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) umfasst eine Diodenstruktur (315) auf der ersten Isolationsschicht (200). Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) umfasst einen ersten Anschluss (312) und einen zweiten Anschluss (314). Die Diodenstruktur (315) umfasst eine Polysiliziumschicht (300), die erste Bereiche (316) und wenigstens einen zweiten Bereich (318) eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps abwechselnd angeordnet längs einer ersten lateralen Richtung (x) zwischen dem ersten Anschluss (312) und dem zweiten Anschluss (314) hat. Die Diodenstruktur (315) erstreckt sich von einem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a) in einen Randabschlussteil (310b) längs einer zweiten lateralen Richtung (y). Eine erste Durchbruchspannung, die der Diodenstruktur (315) in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a) zugeordnet ist, ist kleiner als eine zweite Durchbruchspannung, die der Diodenstruktur (315) in dem Randabschlussteil (310b) zugeordnet ist.

Description

  • HINTERGRUND
  • Eine Schlüsselkomponente in Halbleiteranwendungen ist ein Festkörperschalter. Als ein Beispiel schalten Schalter Lasten von Automobil-Anwendungen oder 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 während beispielsweise eines Zusammenbaues oder eines Betriebes schützen. Diese ESD-Schutzstrukturen erfordern ein nicht vernachlässigbares Gebiet bzw. eine nicht vernachlässigbare Fläche 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 Gebietsverbrauch der ESD-Schutzstruktur vorliegt.
  • Es ist so wünschenswert, eine Halbleitervorrichtungsstruktur mit einem gesteigerten ESD-Schutz und thermischen Eigenschaften vorzusehen, während gleichzeitig eine optimierte Gebiets- bzw. Flächeneffizienz vorliegt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Das obige Problem wird durch die Lehren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung umfasst diese einen Halbleiterkörper mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers. Zusätzlich umfasst die Halbleitervorrichtung eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur umfasst eine Diodenstruktur auf der ersten Isolationsschicht. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur umfasst einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Die Diodenstruktur umfasst eine Polysiliziumschicht, die erste Bereiche und wenigstens einen zweiten Bereich des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps abwechselnd angeordnet längs einer ersten lateralen Richtung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss hat. Die Diodenstruktur erstreckt sich von einem elektrostatischen Entladungsschutzteil in einen Randabschlussteil längs einer zweiten lateralen Richtung. Eine erste Durchbruchspannung, die der Diodenstruktur in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil zugeordnet ist, ist kleiner als eine zweite Durchbruchspannung, die der Diodenstruktur in dem Randabschlussteil zugeordnet ist.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die begleitenden 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.
  • 1A ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 1B bis 1D sind schematische Draufsichten eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • 2A und 2B sind schematische Draufsichten eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, geführt längs einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 4 ist eine detaillierte Ansicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung von 3.
  • 5A ist ein Diagramm, das ein Nettodotierstoffprofil längs einer ersten lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
  • 5B ist ein Diagramm, das ein erstes Nettodotierstoffprofil längs einer ersten lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu einem zweiten Nettodotierstoffprofil längs einer ersten lateralen Richtung innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur veranschaulicht.
  • 6A ist eine detaillierte Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, die das erste Dotierstoffprofil längs einer ersten 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 ersten 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 zu einer zweiten I-V-Kennlinie einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Beispiel veranschaulicht.
  • 8 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung, geführt längs einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 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 und 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.
  • 14 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur, die in einer Polysiliziumschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 15A und 15B sind Diagramme, die ein Nettodotierstoffprofil jeweils längs einer Schnittebene C-C' und längs einer Schnittebene D-D' von 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulichen.
  • 16 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur, die in einer Polysiliziumschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 17 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur, die erste Bereichsendteile hat, deren jeder eine Form einer geschlossenen Schleife aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 18 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur, die erste Bereichsendteile, deren jeder eine Form einer geschlossenen Schleife aufweist, und zweite Bereichshauptteile, deren jeder eine polygonale Form aufweist, hat, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • 19 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung mit getrennten elektrostatischen Entladungsschutzteilen, deren jeder erste Bereichsendteile teilt, die eine Form einer geschlossenen Schleife haben, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgestaltet 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 oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um noch zu 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 durch die 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 geben eine lose Ordnung von Elementen an, welche zusätzliche Elemente, die zwischen den geordneten Elementen platziert sind, nicht ausschließt.
  • Die unbestimmten Artikel und die 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 auf einen zweiten Leitfähigkeitstyp bezogen ist. Halbleitervorrichtungen können mit entgegengesetzten Dotierungsbeziehungen gebildet werden, sodass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein können. Weiterhin veranschaulichen einige Figuren relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” nächst zu dem Dotierungstyp. Beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die kleiner 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 ein 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 Halbleitersubstrates oder -körpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eine Die bzw. eines Chips sein.
  • Der Begriff ”vertikal”, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung bzw. Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche angeordnet ist, das heißt parallel zu der Normalrichtung der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrates oder -körpers.
  • 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 dem Halbleiterkörper enthalten sind. Die Elektroden können eine oder mehrere Elektrodenmetallschichten umfassen, die auf das Halbleitermaterial der Halbleiterchips angewandt 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 oder gerade aus einem Material hergestellt zu sein, das heißt, 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 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, angewandt. Es soll betont werden, dass irgendwelche derartige Begriffe, wie ”gebildet” oder ”angewandt” bedeuten sollen, dass wirklich alle Arten und Techniken eines Anwendens bzw. Auftragens von Schichten abgedeckt sind. Insbesondere sollen sie bedeuten, dass Techniken abgedeckt sind, in welchen Schichten einmal als ein Ganzes angewandt sind, wie beispielsweise Laminattechniken sowie Techniken, in welchen Schichten in einer sequentiellen Weise aufgetragen werden, wie Sputtern, Galvanisieren bzw. Auftragen, Formen, CVD (chemische Dampfabscheidung), physikalische Dampfabscheidung (PVD), Verdampfung, hybride physikalisch-chemische Dampfabscheidung (HPCVD), und so weiter.
  • Die angewandte leitende Schicht kann unter anderem eine oder mehrere Schichten aus einem Metall, wie Cu oder Sn oder eine Legierung hiervon, einer Schicht einer leitenden Paste und einer Schicht eines Bondmaterials umfassen. Die Schicht eines Metalls kann eine homogene Schicht sein. Die leitende Paste kann Metallpartikel bzw. -teilchen umfassen, die in einem verdampfbaren oder härtbaren Polymermaterial verteilt sind, wobei die Paste fluidförmig, viskosförmig oder wachsförmig sein kann. Das Bondmaterial kann angewandt werden, um elektrisch und mechanisch den Halbleiterchip beispielsweise mit einem Träger oder beispielsweise einem Kontaktclip zu verbinden. Ein weiches Lotmaterial oder insbesondere ein Lotmaterial, das in der Lage ist, Diffusionslotbonds bzw. -bindungen 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 Zerteilungsprozess kann verwendet werden, um den Halbleiterwafer in einzelne Chips zu teilen. Irgendeine Technik zum Teilen kann angewandt werden, beispielsweise ein Blattzerteilen (Sägen), Laserzerteilen, Ätzen und so weiter. Der Halbleiterkörper, beispielsweise ein Halbleiterwafer, kann zerteilt werden durch Anwenden des Halbleiterwafers auf ein Band, insbesondere ein Zerteilungsband, Anwenden des Zerteilungsmusters, insbesondere eines rechteckförmigen Musters, auf den Halbleiterwafer, beispielsweise gemäß einer oder mehrerer der oben erwähnten Techniken, und Ziehen des Bandes, beispielsweise längs vier orthogonalen Richtungen in der Ebene des Bandes. Durch Ziehen des Bandes wird der Halbleiterwafer in eine Vielzahl von Halbleiterdies (Chips) zerteilt.
  • Es ist zu verstehen, dass die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele, die hier beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, falls nicht speziell etwas anderes festgestellt wird.
  • 1A ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst einen Halbleiterkörper 100 mit einer ersten Oberfläche 101 und einer zweiten Oberfläche 102 entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche 101. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht 200 auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100. Zusätzlich umfasst die Halbleitervorrichtung 10 eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 umfasst eine Diodenstruktur 315 auf der ersten Isolationsschicht 200. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 umfasst einen ersten Anschluss 312 und einen zweiten Anschluss 314. Die Diodenstruktur 315 umfasst eine Polysiliziumschicht 300 mit ersten Bereichen 316 und wenigstens einen zweiten Bereich 318 eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die abwechselnd längs einer ersten lateralen Richtung x zwischen dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 angeordnet sind. Die Diodenstruktur 315 erstreckt sich von einem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a in einem Randabschlussteil 310b längs einer zweiten lateralen Richtung y. Eine erste Durchbruchspannung ΔV_BD1, die der Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a zugeordnet ist, ist kleiner als eine zweite Durchbruchspannung ΔV_BD2, die der Diodenstruktur 315 in dem Randabschlussteil 310b zugeordnet ist.
  • Wie aus 1A ersehen werden kann, soll die erste Durchbruchspannung ΔV_BD1 als eine Durchbruchspannung der Diodenstruktur 315 verstanden werden, die sich zwischen den ersten und zweiten Anschlüssen 312, 314 in der ersten lateralen Richtung x ausdehnt. Hier ist die innere Struktur der Diodenstruktur 315 verschieden in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a im Vergleich zu dem Randabschlussteil 310b der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310. Die Einzelheiten der verschiedenen Strukturen des elektrostatischen Entladungsschutzteiles 310a und des Randabschlussteiles 310b werden unten im Hinblick auf 1B bis 1D und im Hinblick auf 14 bis 19 erläutert.
  • Die erste Durchbruchspannung ΔV_BD1, die der Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a zugeordnet ist, kann als eine Durchbruchspannung der Diodenstruktur 310, gemessen zwischen einem ersten Ende, das an dem ersten Anschluss 312 gelegen ist, und einem zweiten Ende, das an dem zweiten Anschluss 314 der Diodenstruktur 315 längs der ersten lateralen Richtung x gelegen ist, definiert werden. Die zweite Durchbruchspannung ΔV_BD2, die der Diodenstruktur 315 in dem Randabschlussteil 310b zugeordnet ist, kann als eine Durchbruchspannung einer Diodenstruktur 315, gemessen zwischen einem ersten Ende, das auf der gleichen Seite wie der erste Anschluss 312 gelegen ist, und einem zweiten Ende, das auf der gleichen Seite wie der zweite Anschluss 314 der Diodenstruktur 315 in dem Randabschlussteil 310b gelegen ist, definiert werden.
  • Falls der erste Anschluss 312 und der zweite Anschluss 314 in der Polysiliziumschicht 300 gebildet sind, kann das erste Ende der Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a als ein Grenzteil eines ersten Bereiches 316 in der Polysiliziumschicht 300, anstoßend an den ersten Anschluss 312, definiert werden. Das zweite Ende der Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a kann als ein Grenzteil des ersten Bereiches 316 in der Polysiliziumschicht 300, anstoßend an den zweiten Anschluss 314, definiert werden. Die zweite Durchbruchspannung der Diodenstruktur 315 in dem Randabschlussteil 310b ist gemessen zwischen den zwei äußerten ersten Bereichen 316 der Polysiliziumschicht 300 in einer ersten lateralen Richtung x.
  • Aufgrund des Vorsehens eines Randabschlussteiles 310b der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, der eine höhere Durchbruchspannung als diejenige des elektrostatischen Entladungsschutzteiles 310a hat, ist die Durchbruchspannung der gesamten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 durch die Durchbruchspannung ΔVBD1 des elektrostatischen Entladungsschutzteiles 310a definiert. Somit kann eine wohl definierte Durchbruchspannung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erreicht werden.
  • Die 1B bis 1D sind schematische Draufsichten eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • Wie aus 1B ersehen werden kann, kann der wenigstens eine zweite Bereiche 318 einen zweiten Bereichshauptteil 318a in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a und dem Randabschlussteil 310b und einen zweiten Bereichsendteil 318b in dem Randabschlussteil 310b aufweisen. Somit kann sich der zweite Bereichshauptteil 318a von dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a in den Randabschlussteil 310b erstrecken, wobei der zweite Bereichsendteil 318b lediglich in dem Randabschlussteil 310b gelegen ist. Die Nettodotierstoffkonzentration in dem Bereichsendteil 318b kann niedriger als die Nettodotierstoffkonzentration gemittelt in dem zweiten Bereichshauptteil 318a sein.
  • Wie aus den 1B bis 1D ersehen werden kann, kann der zweite Bereichsendteil 318b nächst zu dem zweiten Bereichshauptteil 318a längs der zweiten lateralen Richtung y angeordnet sein. Die zweite laterale Richtung y kann eine Richtung sein, die senkrecht zu der ersten lateralen Richtung x ist.
  • Wie weiter aus den 1C und 1D ersehen werden kann, kann der zweite Bereichsendteil 318b nächst zu dem zweiten Bereichshauptteil 318a längs der ersten lateralen Richtung x angeordnet sein. Wie aus 1C ersehen werden kann, kann der zweite Bereichsendteil 318b eine U-Form haben, die den zweiten Bereichshauptteil 318a innerhalb des Randabschlussteiles 310b umgibt. Wie aus 1D ersehen werden kann, kann der zweite Bereichsendteil 318b auch getrennte Bereiche umfassen, die benachbart zu dem zweiten Bereichshauptteil 318a in der ersten lateralen Richtung x und der zweiten lateralen Richtung y, also beiden lateralen Richtungen, sind.
  • Wie weiter aus 1B ersehen werden kann, können die ersten Bereiche 316 jeweils einen ersten Bereichshauptteil 316a in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a und einen ersten Bereichsendteil 316b in dem Randabschlussteil 310b aufweisen. Hier kann die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem ersten Bereichsendteil 316b, niedriger sein als die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem ersten Bereichshauptteil 316a.
  • Wie weiter unten anhand von 14 erläutert werden wird, können der erste Anschluss 312 und der zweite Anschluss 314 einen Bereich der Polysiliziumschicht 300 des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen. Somit können der erste Anschluss 312 und der zweite Anschluss 314 ein Bereich der Polysiliziumschicht 300 des gleichen Leitfähigkeitstyps wie der wenigstens eine zweite Bereich 318 sein. Damit kann die Diodenstruktur 315 zwischen dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 an einem Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps des ersten Anschlusses 312 an dessen einem Ende längs der ersten lateralen Richtung x anstoßen und an einen Bereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps des zweiten Anschlusses 314 an dessen entgegengesetztem Ende längs der ersten lateralen Richtung x anstoßen.
  • Der erste Anschluss 312 kann einen ersten Anschlusshauptteil 312a in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a und dem Randabschlussteil 310b und einen ersten Anschlussendteil 312b in dem Randabschlussteil 310b aufweisen. Hier kann die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem ersten Anschlussendteil 312b, niedriger sein als die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem ersten Anschlusshauptteil 312a. Zusätzlich kann der zweite Anschluss 314 einen zweiten Anschlusshauptteil 314a in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a und dem Randabschlussteil 310b und einen zweiten Anschlussendteil 314b in dem Randabschlussteil 310b aufweisen, wobei die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem zweiten Anschlussendteil 314b, niedriger als die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem zweiten Anschlusshauptteil 314a, sein kann.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 kann Leistungshalbleiterelemente, wie IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), beispielsweise RC-IGBTs (rückwärtsleitende IGBTs, RB-IGBT (rückwärts sperrende IGBTs) und IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) einschließlich MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) aufweisen. Die Halbleitervorrichtung 10 kann auch einer Superjunction- bzw. Superübergangstransistor, einen Trenchfeldeffekttransistor bzw. Grabenfeldeffekttransistor oder irgendeine andere Transistorvorrichtung umfassen, die einen Laststrom über einen Steueranschluss steuert.
  • Wenn die Chipabmessung bzw. -größe der Halbleitervorrichtung 10 reduziert wird, resultiert eine kleinere Eingangskapazität in einem gesteigerten Risiko einer Beschädigung, die durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen Gate und Source der Halbleitervorrichtung 10 verursacht ist. Somit kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 auf ein Leistungshalbleiterelement angewandt werden, um ein Gatedielektrikum zwischen einem Gate und Source eines Transistors vor einer Beschädigung zu schützen, indem Energie abgeführt wird, die durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen einem Gatekontaktgebiet und einem Sourcekontaktgebiet verursacht ist.
  • 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 vorgesehen und kann als ein Gatekontaktgebiet 510 (siehe 8) wirken, das ein Gatepad umfassen kann. Das Gatepad kann verwendet werden, um einen Bond- oder Lotkontakt zu der ersten Elektrode 500 vorzusehen, die mit einer externen Vorrichtung oder einem externen Element zu verbinden ist. Eine zweite Elektrode 600 ist nächst zu der ersten Elektrode 500 angeordnet und kann als ein Sourcekontaktgebiet 610 (siehe 8) wirken, durch welches 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 einer Spanne von 1 μm bis 10 μm oder 3 μm bis 7 μm sein, und die erste Elektrode 500 und die zweite Elektrode 600 können durch einen Mindestabstand 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 mittleren Teil der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet sein, wobei die zweite Elektrode 600 die erste Elektrode 500 umgibt.
  • Wie aus den 2A und 2B ersehen werden kann, ist der Randabschlussteil 310b der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 an Seitenteilen des elektrostatischen Entladungsschutzteiles 310a längs der zweiten lateralen Richtung y angeordnet. Eine weitere detaillierte Erläuterung der lateralen Struktur des elektrostatischen Entladungsschutzteiles 310a und des Randabschlussteiles 310b wird anhand von 14 bis 19 gegeben. Im Folgenden wird die detaillierte Schichtstruktur längs einer vertikalen Richtung z der Halbleitervorrichtung 10 mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und ein jeweiliger Herstellungsprozess hiervon erläutert.
  • 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung 10, geführt längs einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, gemäß einem Ausführungsbeispiel. 3 veranschaulicht die Schichtstruktur der Halbleitervorrichtung 10, wobei die Schnittebene A-A' einen elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kreuzt. Es soll bemerkt werden, dass die Struktur des Randabschlussteiles 310b unten im Hinblick auf 14 bis 19 erläutert werden wird, wobei die Schichtstruktur des Randabschlussteiles 310b ähnliche Komponenten wie der elektrostatische Entladungsschutzteil 310a, der im Folgenden erläutert wird, aufweisen kann.
  • Der Halbleiterkörper 100 kann aus einem einkristallinen 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 erreichen, und kann wenigstens 20 μm, beispielsweise wenigstens 50 μm, betragen. Andere Ausführungsbeispiele können Halbleiterkörper mit einer Dicke von einigen 100 μm vorsehen. Der Halbleiterkörper 100 kann eine rechteckförmige Gestalt mit einer Rand- bzw. Kantenlänge in der Spanne von einigen Millimetern haben.
  • Die Normale zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert die vertikale Richtung z, und Richtungen senkrecht zu der Normalrichtung sind erste und zweite laterale Richtungen x, y. Wie beispielsweise aus 2A, 2B und 3 ersehen werden kann, ist die erste laterale Richtung x definiert, um zwischen dem ersten Anschluss 312 und dem zweiten Anschluss 314 oder von dem ersten Anschluss 312 zu dem zweiten Anschluss 314 ausgedehnt zu sein. Somit ist die erste laterale Richtung x effektiv parallel zu der Richtung eines Durchbruchstromes, innerhalb der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, und die zweite laterale Richtung y ist effektiv senkrecht bzw. orthogonal zu dem Durchbruchstrom innerhalb der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310. Für das unzweideutige Verständnis der Erfindung kann die erste laterale Richtung x definiert werden als längs der Schnittebene A-A' von 2A oder 2B ausgedehnt. Jedoch ist für einen Fachmann leicht zu verstehen, dass innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310', wie in 2A, 2B oder 19 gezeigt, die erste laterale Richtung als eine Richtung zu definieren ist, die senkrecht zu der oben definierten lateralen Richtung x ist, das heißt als eine erste laterale Richtung y.
  • Hier ist die laterale Richtung x als eine zweite laterale Richtung y zu definieren. Weiterhin kann, wie aus 8 ersehen werden kann, die erste laterale Richtung x sogar in entgegengesetzte Richtungen ausgedehnt sein.
  • Die erste Isolationsschicht 200 wird auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 gebildet. Die erste Isolationsschicht 200 kann irgendein Dielektrikum oder eine Kombination von Dielektrika, die geeignet sind, den Halbleiterkörper 100 von der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 auf der Isolationsschicht 200 zu isolieren, umfassen. Die erste Isolationsschicht 200 kann einen Stoff oder irgendeine Kombination aus einem Oxid, einem Nitrid, einem Oxidnitrid, 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 von 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 ein Siliziumnitrid umfassen. Die zweite Isolationsschicht 400 kann einen Stapel einer ersten und einer zweiten dielektrischen Schicht 410 und 420 umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste dielektrische Schicht 410 einen 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 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, welche 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 ein Element oder irgendeine Kombination aus einem Imid, einem Nitrid, einem Oxid oder einem Oxinitrid als Beispiel umfassen kann.
  • Die erste Elektrode 500 und die zweite Elektrode 600 können getrennte Teile sein, beispielsweise aufgrund einer lithographischen Strukturierung einer gemeinsamen Metallverdrahtungsschicht, wobei die Halbleitervorrichtung 10 lediglich eine einzige Metallverdrahtungsschicht aufweist. Die erste Elektrode 500 und die zweite Elektrode 600 können als eine 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 aufweisen, wobei jede Unterschicht als einen 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 von wenigstens einer Polysiliziumdiode umfassen. Wie in 3 gezeigt ist, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 eine Polysiliziumschicht 300 auf der ersten Isolationsschicht 200 mit ersten Bereichen 316 und wenigstens einem zweiten Bereich 318 eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, die abwechselnd längs der ersten lateralen Richtung x angeordnet sind, aufweisen. Der zweite Bereich 318 umfasst die erste 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 umfassen, und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 können weiterhin zweite Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps, die die ersten Dotierstoffe überkompensieren, umfassen.
  • Wie in mehr Einzelheiten unten beschrieben werden wird, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 durch Bilden von Trenches bzw. Gräben, die die Polysiliziumschicht 300 eines ersten Leitfähigkeitstyps durchdringen, und Bilden der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 eines zweiten Leitfähigkeitstyps in der Polysiliziumschicht 300 hergestellt werden, um abwechselnd angeordnete erste Bereiche 316 des ersten Leitfähigkeitstyps und zweite Bereiche 318 des zweiten Leitfähigkeitstyps zu bilden. Die Trenches bzw. Gräben können daher mit einem leitenden Material oder einem hochdotierten Polysiliziummaterial gefüllt werden.
  • Wie aus 3 und in mehr Einzelheiten aus 4 ersehen werden kann, 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 ersten lateralen Richtung x vorgesehen 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 vorgesehen sein.
  • Der zweite Bereich 318 kann den ersten Ausdiffusionsbereich 320, den Zwischenbereich 324 und den zweiten Ausdiffusionsbereich 322 aufweisen, welche nacheinander in dieser Reihenfolge längs der ersten 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 aufweisen, das mit einer Nettodotierstoffkonzentration höher als 1 × 1017 cm–3 oder höher als 1 × 1018 cm–3 oder höher als 1 × 1919 cm–3 oder höher als 5 × 1019 cm–3 oder höher als 2 × 1020 cm–3 dotiert ist. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Zwischenbereich 324 ein Metall aufweisen. Grundsätzlich kann die elektrostatische Entladungsschutzfunktion der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 auch durch Verwenden eines Zwischenbereiches 324 vorgesehen sein, der ein n-dotiertes Polysilizium umfasst, das eine Nettodotierstoffkonzentration niedriger als 1 × 1016 cm–3 hat. Eine geringere Nettodotierstoffkonzentration kann jedoch zu einem Anstieg des differentiellen Bahnwiderstandes und einer Durchbruchspannung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 führen. Jedoch wird der Vorteil einer selbstausgerichteten bzw. selbst justierten ESD-Schutzstruktur bewahrt.
  • Als ein Ergebnis wird eine Polysilizium-Diodenkette oder -strang, angeordnet in einer ersten lateralen Richtung x mit abwechselnden pn-Übergängen (Dioden) an den Bereichsgrenzen der ersten und zweiten Bereiche 316, 318 in der Polysiliziumschicht 300 gebildet. In einem Ausführungsbeispiel sind die Dotierungskonzentrationen der Bereiche derart gestaltet, dass Reihenverbindungen von Zener-Dioden innerhalb der Polysiliziumschicht 300 gebildet sind. Durch die Anzahl der aufeinander folgenden 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 die erste Isolationsschicht 200 aufgetragen ist, kann ein Polysilizium mit großer Korngröße aufweisen. Somit kann die laterale Dimension der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 mit einer Poly-Zener-Diodenkette beispielsweise in einer Spanne von 1 μm bis 10 μm oder 3 μm bis 5 μm sein. Durch Ausdehnen bzw. Erstrecken der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über eine Vielzahl von Korngrenzen der Polysiliziumschicht 300 ist eine stabile Durchbruchkennlinie 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. Falls die Kornstruktur der Polysiliziumschicht 300 verbessert wird, kann die Elektronenbewegbarkeit auf 50 cm2/Vs aufgrund von weniger Korngrenzen innerhalb der Polysiliziumschicht 300 gesteigert werden. Eine weitere Verbesserung kann erzielt werden durch Auftragen von amorphem Silizium, gefolgt durch einen Laserschmelzprozess. Ein derartiges polykristallines Silizium wird als Niedertemperaturpolysilizium (LTPS) bezeichnet. Die Elektronenbeweglichkeit von Niedertemperaturpolysilizium ist in einer Spanne von 100 cm2/Vs bis 700 cm2/Vs.
  • Sogar höhere Elektronenbeweglichkeitswerte können erzielt werden durch polykristallines Silizium, das noch größere Korngrenzenabmessungen hat. Ein Beispiel eines solchen 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 Korn-Siliziums innerhalb der Polysiliziumschicht 300 können Elektronenbeweglichkeitswerte erreicht werden, die vergleichbar sind mit denjenigen innerhalb des Masse- bzw. Volumenbereiches des Halbleiterkörpers 100.
  • Die Polysiliziumschicht 300 kann so wenigstens einen Stoff aus einem Niedertemperatur-Polysilizium (LTPS) und einem kontinuierlichen Korn-Silizium (SGS) aufweisen.
  • 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 bzw. eine Fläche der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gemäß 2A und 2B oder 3 und 8 kann in einer Spanne von 100 μm × 50 μm × 2 = 10.000 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 = 50.000 μm2 oder bis zu 2.000 μm × 50 μm × 2 = 200.000 μm2 sein, indem eine große Gatepadlänge von 1.000 μm vorgesehen wird. Das Gebiet der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erhöht nicht das gesamte Chipgebiet, da die Diode zwischen und teilweise unterhalb dem Metall aufgebaut ist.
  • Eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310, die eine Diodenbreite in einer Spanne zwischen 1.000 μm bis 2.000 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 bipolare Transistor-(IGBT-)Vorrichtung mit isoliertem Gate sein kann. Ein derartiges Ausführungsbeispiel kann vorteilhaft sein, falls eine Halbleitervorrichtung 10 vorgesehen wird, die ein kleines Die-Gebiet (kleiner als 1 mm2) hat, wobei eine Robustheit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 bezüglich 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 bzw. die Fläche der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann geeignet gewählt sein, 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 mit den ersten und zweiten Anschlüssen 312, 314 über das erste Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 und die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 nicht betrachtet wird. Mit anderen Worten, es gibt keinen weiteren leitenden Pfad von dem zweiten Ende 702 zu den ersten und zweiten Anschlüssen 312, 314 ausgenommen dem leitenden Pfad über das erste Ende 701 und die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Wärmeabfuhrstruktur 700 in einen elektrisch isolierenden Bereich eingebettet sein, der durch die zweite Isolationsschicht 400 und die Passivierungsschicht 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, die von der lateralen Richtung x verschieden ist, längs der Grenze der ersten Elektrode 500 und/oder der zweiten Elektrode 600 (siehe 2A und 2B oder 17 bis 19) ausdehnen. Beide möglichen Anordnungen der Wärmeabfuhrstruktur 700 sind in 2A veranschaulicht. Weitere Reihen der Wärmeabfuhrstruktur 700 können vorgesehen sein, wie dies beispielsweise in 2A zu ersehen ist.
  • 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 unter 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, die jeweils elektrisch mit der ersten Kontaktstruktur 800 und der zweiten Kontaktstruktur 900 zu koppeln sind, gebildet werden, sind die Bodenseite 501 (10G) der ersten Elektrode 500 und die Bodenseite 601 der zweiten Elektrode 600 auf dem gleichen vertikalen Niveau bzw. Pegel 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 elektrostatische 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 in einer Spanne von 100 nm bis 1.000 nm oder in einer Spanne von 200 nm bis 600 nm sein oder kann beispielsweise in einer Spanne zwischen 200 nm bis 500 nm sein. Aufgrund der kleinen Dicke der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 im Vergleich mit deren lateralen Abmessungen ist die vorübergehende bzw. transiente thermische Kapazität bzw. Wärmekapazität, d. h. die thermische Kapazität, die kurze thermische Abfuhrspitzen Puffern kann, niedrig, was zu einer Verschlechterung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 oder zu weiteren Schädigungen der Halbleitervorrichtung 10 führen kann.
  • Aufgrund des Vorsehens der Wärmeabfuhrstruktur 700 ist die thermische Kapazität bzw. Wärmekapazität der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erhöht. Eine Dicke der Wärmeabfuhrstruktur 700 längs einer ersten 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 3.000 nm sein, und eine Dicke der Wärmeabfuhrstruktur 700 längs der vertikalen Richtung kann in einer Spanne von 1.000 nm bis 2.000 nm oder 350 nm bis 3.500 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 als 1, größer als 2, größer als 3 oder größer als 10 sein. Durch Vorsehen der Wärmeabfuhrstruktur 700 ist die für die thermische Kapazität relevante effektive Dicke erhöht, was zu einer verbesserten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 mit einer angereicherten thermischen 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 zu der 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 selbst ausgerichtet bzw. selbst justiert sein.
  • Das erste Ende 701 der Wärmeabfuhrstruktur 700 ist in einem ebenen Gebiet der Wärmeabfuhrstruktur 700, das der Grenzoberfläche zwischen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und der zweiten Isolationsschicht 400 gegenüber liegt. Das erste Ende 701 ist ein ebenes Grenzgebiet 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 zu der Grenzoberfläche zwischen der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 oder der Polysiliziumschicht 300 und der zweiten Isolationsschicht 400 fluchtet.
  • Wie oben erwähnt ist, wird der zweite Bereich 318 in der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 durch Bilden eines Trenches gebildet, der die zweite Isolationsschicht 400 und die Polysiliziumschicht 300 durchdringt, wobei der Trench mit einem Polysilizium- oder Metallmaterial gefüllt wird. Somit ist das erste Ende 701 nicht eine Grenzfläche 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 ersten Ende 701. Die erste laterale Seite 710 und die zweite laterale Seite 720 des ersten Endes 701 sind 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 wird 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 wird 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 erstrecken sich von dem Zwischenbereich 324 in die Polysiliziumschicht 300 um eine laterale Abmessung c. Die Grenzoberfläche zwischen dem ersten/zweiten Ausdiffusionsbereich 320, 322 und dem ersten Bereich 316 wird durch einen pn-Übergang zwischen dem ersten/zweiten Ausdiffusionsbereich 320, 322 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und dem ersten Bereich 316 eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet.
  • Die laterale Abmessung bzw. Dimension b des zweiten Bereiches 318 ist eine Summe der lateralen Abmessung a der Wärmeabfuhrstruktur 700 an deren ersten Ende 701, das heißt, die Entfernung zwischen der ersten lateralen Seite 710 und der zweiten lateralen Seite 720 des ersten Endes 701, und der 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 näher erläutert werden wird, die laterale Abmessung c des ersten oder zweiten Ausdiffusionsbereiches 320, 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 der ersten lateralen Richtung x in einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Das Nettodotierstoffprofil cnet(x) ist ein Nettodotierstoffprofil cnet(x, z) in der Polysiliziumschicht 300, das innerhalb der vertikalen Richtung z gemittelt ist.
  • 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 entgegengesetzter Richtung von der Mitte O der Wärmeabfuhrstruktur 700. Wie aus 5A ersehen werden kann, sind die Nettodotierstoffprofile der ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 spiegelsymmetrisch in der ersten 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 einer ersten lateralen Richtung x ab.
  • 5B ist ein Diagramm, das ein erstes Nettodotierstoffprofil cnet_1(x) längs einer ersten lateralen Richtung x innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel im Vergleich mit einem zweiten Dotierstoffprofil cnet_2 längs einer ersten lateralen Richtung x innerhalb einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur gemäß einem Beispiel veranschaulicht. Wie aus 5B ersehen werden kann, kann die laterale Abmessung b des 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 gebildet werden, die das Nettodotierstoffprofil cnet_2(x) hat. 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 zu 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 bzw. Linien gleicher Konzentration in der Ebene dargestellt, die durch die erste 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 Siliziumkorn, 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 einer Mittelung der Polysiliziumkornstruktur mit einer Symmetrie bezüglich x = 0 in 5A.
  • Der Unterschied zwischen den zwei dargestellten Nettodotierstoffprofilen in 6A und 6B resultiert aus den verschiedenen Herstellungsprozessen. Insbesondere ist in der Struktur, wie diese in 6A gezeigt ist, die Polysiliziumschicht 300 bereits mit Dotierstoffen eines p-Typs, die eine p+-Konzentration haben, dotiert, wobei nach Bildung von Trenches in der Polysiliziumschicht 300 und Füllen der Trenches mit einem Polysiliziummaterial eines n-Typs, das eine n++-Konzentration hat, die n-Dotierstoffe thermisch in den p+-Bereich diffundiert werden, um eine zweiten Bereich 318 zu bilden, der zu einem ersten Bereich 316 eines p-Typs benachbart ist. Im Vergleich hierzu ist 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, wurde der zweite Bereich 318 in 6A und 6B simuliert, um in einer gleichen Weise gebildet zu sein.
  • Somit können, wie aus 5B, 6A und 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, sodass hohe 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 veranschaulicht. 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 316 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 kleineren elektrostatischen Entladungsspannungsfenster, da der differentielle Widerstand in demjenigen 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 ersten lateralen Richtung x.
  • Eine Reduktion des elektrostatischen Entladungsspannungsfensters für positive und negative Spannungen ist bedeutsam für eine optimale Anpassung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 an Gateoxidabschirmtests einer Last-MOS-Vorrichtung, die eine integrierte elektrostatische Entladungsdiode hat. Je kleiner die Varianz der Vorrichtungsparameter ist, desto näher kann die Durchbruchspannung einer antiseriellen Diodenkette an einen gewünschten Wert gebracht werden, wie eine maximale erlaubbare Spannung zwischen Gate und Source (VGS-Wert). Somit kann ein kleiner Diodenrückwärtsstrom bei jeweiliger niedriger Selbsterwärmung der Halbleitervorrichtung 10 erreicht 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 Siliziumoxid-, einer Nitrid- oder einer Oxidnitridschicht aufweisen. Die Dicke der dritten dielektrischen Schicht 430 der zweiten Isolationsschicht 400 kann in einer Spanne von 40 nm bis 1.000 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 wurde.
  • 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 so 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 gesteigerten 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 zweiten Leitfähigkeitstyp, und die Bodyzonen 160 sind von dem ersten Leitfähigkeitstyp. Weiterhin ist der Drainbereich 110 des zweiten Leitfähigkeitstyps an der zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterkörpers 100 vorgesehen. Der Driftbereich 120 ist zwischen dem Drainbereich 110 und den Bodyzonen 160 gebildet und ist von einem zweiten Leitfähigkeitstyp. Im Falle einer Superjunctionvorrichtung bzw. Superübergangsvorrichtung können Säulen oder Blasen des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps beide unterhalb des Halbleiterwannenbereiches 140 und des aktiven Transistorzellfeldes ausgestaltet sein. Weiterhin können Säulen oder Blasen des zweiten Leitfähigkeitstyps mit dem Halbleiterwannenbereich 140 überlappend sein.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die Gateelektroden 330 gleichzeitig mit der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gebildet und können Teil der Polysiliziumschicht 300 sein. Die zweite Kontaktstruktur 900 ist vorgesehen, um elektrisch das Sourcekontaktgebiet 610 mit dem zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 zu verbinden. Die zweite Kontaktstruktur 900 kann weiterhin vorgesehen sein, um das Sourcekontaktgebiet 610 mit den Sourcezonen 150 der Transistorzellen 20 zu verbinden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die erste Kontaktstruktur 800 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 ein gleiches Material aufweisen. Zusätzlich können gemäß einem Ausführungsbeispiel die zweite Kontaktstruktur 900 und die Wärmeabfuhrstruktur 700 ein gleiches Material aufweisen. 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 unter näher erläutert werden wird.
  • Wie aus 8 ersehen werden kann, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 zwei Anschlüsse 314 haben, die an entgegengesetzten Seiten von dem ersten Anschluss 312 angeordnet sind. Somit kann die erste laterale Richtung x abhängig von der Richtung von dem ersten Anschluss 312 zu dem zweiten Anschluss 314 zu entgegengesetzten Seiten 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 Niveau bzw. Pegel sein, was aus einem spezifischen Herstellungsprozess resultieren kann, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird. Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst so Transistorzellen 20 mit Source- und Bodyzonen 150, 160 in dem Halbleiterkörper 100, 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 aufweisen.
  • 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 Falle eines Feldoxidationsprozesses sein. Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 kann in einer Spanne von 100 nm bis 1.000 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 wohl definiert sein. Somit kann eine verbesserte Tiefe des Schärfebereiches bei einem lithographischen Prozess erzielt werden, um Kontaktlöcher auf aktiven Bereichen und Feldbereichen zu bilden. Um eine ESD-Robustheit von 1 bis 4 kV zu erreichen, kann die Stromdichte bei der Diodenbreite, wie oben diskutiert, 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 von beispielsweise Titan, die eine Dicke in einer Spanne zwischen 20 nm bis 70 nm hat, ausgekleidet und prozessiert werden, um ein Silizid lokal an einem Bodenbereich des Trenches 450 zu bilden. Um einen Schottky-Kontakt zu verhindern, können die Trenches 450, 450a, 450b ausreichend tief gebildet werden, sodass kein Silizid in dem Bodengebiet der Trenches 450, 450a, 450b gebildet werden kann. Falls eine Borimplantation zum Bilden der Bodykontaktzonen 160a an den Transistorzellen 20 durchgeführt wird, kann die Implantation zu einem großen Teil entfernt werden durch Ätzen der Trenches 450, 450a, 450b für die zweite Kontaktstruktur 900 in den Halbleiterkörper 100. Es ist jedoch auch möglich, die Polysiliziumschicht 300 zu maskieren, falls eine Ionenimplantation zum Bilden der Bodykontaktzonen 160a durchgeführt wird.
  • Falls die Polysiliziumschicht 300 auf einer ersten Isolationsschicht 200 gebildet wird, die eine Gateoxidschicht ist, kann eine Ätzstoppschicht unterhalb der Polysiliziumschicht 300 aufgetragen werden, die 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, innerhalb des Ätzens des Trenches 450, der die Polysiliziumschicht 300 durchdringt und weiter in die erste Isolationsschicht 200 eindringt, gedünnt wird. Falls ein Trench vorgesehen wird, der in den Halbleiterkörper 100 eindringt (der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 gefüllt ist) kann die gleiche Eindringtiefe in der Polysiliziumschicht 300 erzielt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel dienen die Polysiliziumstöpsel der Wärmeabfuhrstruktur 700, die beispielsweise von einem n+-Typ sind, als eine selbstausgerichtete Dotierstoffquelle und die ersten und zweiten Kontaktstrukturen 800, 900 für eine antiserielle Diodenstruktur, die als eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 wirkt. Somit sind der wenigstens eine zweite Bereich 318 sowie die erste und zweite Kontaktstruktur 800, 900 zueinander selbst ausgerichtet bzw. selbst justiert, was zu einer Reduktion von elektrischen Parameterveränderlichen und insbesondere zu einer bidirektionalen Breite des elektrostatischen Entladungspannungsfensters bei geringem differentiellem Serienwiderstand führt. Die Integration einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 in einen Festkörperschalter, wie oben erläutert, 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 verwendet 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 selbst ausgerichtete bzw. selbst justierte elektrostatische Entladungsschutzstruktur zu bilden.
  • Anhand von 10A bis 10G wird ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die Schnittdarstellungen zur Veranschaulichung der gewählten Prozesse 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 Auftragungs- bzw. 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, wie in 2A oder 2B gezeigt, zu haben (vgl. die durch Strichlinien in 2A und 2B definierten Strukturen). Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 in einer vertikalen Richtung z kann in einer Spanne von 100 nm bis 1.000 nm oder 200 nm bis 600 nm oder 200 nm bis 500 nm sein. Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 kann begrenzt sein durch die Eindringtiefe der Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps in einem Ionenimplantations- und Diffusionsprozess.
  • 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 Body-Implantation in den ersten Leitfähigkeitstyp überkompensiert werden.
  • Falls Borionen als Dotierstoffe verwendet werden, können die Diodenparameter der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die in der Polysiliziumschicht 300 gebildet ist, fein abgestimmt werden. Darüber hinaus können gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel Phosphorionen zum Dotieren der Polysiliziumschicht 300 in einem Ionenimplantationsprozess verwendet werden. 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–3 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 wird, 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 Gateoxides auf dem Halbleiterkörper 100 kann eine Polysiliziumschicht auf der ersten Isolationsschicht 200 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet werden, 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 eines ersten Leitfähigkeitstyps oder eines zweiten Leitfähigkeitstyps haben, welche 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 dem folgenden Implantationsschritt der Bodyzonen 160 eingestellt werden kann. Wie weiter aus 8 ersehen werden kann, werden Sourcezonen 150 und 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 aufweisen, wobei die erste dielektrische Schicht 410 eine USG-Schicht umfassen kann, die eine Dicke in einer vertikalen Richtung z in einer Spanne zwischen 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 2.000 nm oder 1.100 nm bis 1.300 nm hat. Die erste und zweite dielektrische Schicht 410, 420 kann weiterhin die Materialien umfassen oder eine Struktur haben, wie dies oben erläutert wurde.
  • In 10E wird ein Trench bzw. Graben 450, der die zweite Isolationsschicht 400 und die Polysiliziumschicht 300 durchdringt, gebildet. Der Trench 450 kann sich bis zu einem Abstand von 300 nm in die Polysiliziumschicht 300 erstrecken. Der Trench 450 durchdringt vollständig die Polysiliziumschicht 300, um sicherzustellen, dass die Polysiliziumschicht 300 als eine Polydiodenstruktur wirkt, wie dies weiter unten näher erläutert werden wird. Es kann mehr als ein Trench 450 vorgesehen werden, sofern er mit einer jeweiligen Wärmeabfuhrstruktur 700 gefüllt ist. Somit kann die Wärmeabfuhrstruktur 700 mehrmals vorgesehen werden und kann sequentiell in äquidistanten Abständen voneinander ausgerichtet sein. Die mehrfachen Wärmeabfuhrstrukturen 700 können, wie beispielsweise in 8 gezeigt, in einem Isolationsbereich mit der ersten Isolationsschicht 200, der zweiten Isolationsschicht 400 und der Passivierungsschicht 1000 angeordnet werden und eine Polydiodenstruktur von Dioden bilden, die in einer antiseriellen Kaskade innerhalb der Polysiliziumschicht 300 verbunden sind. Eine derartige Struktur kann nicht mit einer herkömmlichen Leistungsmetallisierungsschicht (die beispielsweise eine Dicke von 5 μm hat) aufgrund gemeinsamer Designregeln erzielt werden. Somit kann eine feine Struktur von pn-Übergängen mit lateralen Abmessungen in einer Spanne von 1 μm bis 10 μm oder in einer Spanne zwischen 4 μm und 5 μm 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, zu der gleichen Zeit zusammen mit dem Trench 450b, der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 zum Kontaktieren der Sourcezonen 150 und der Bodyzone 160 (über die Bodykontaktzone 160a) zu füllen ist, gebildet werden. Hier kann sich der Trench 450b, der mit der zweiten Kontaktstruktur 900 zu füllen ist, 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 weiterhin 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 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 Isolationsschicht 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 mit ersten und zweiten Kontaktstrukturen 800, 900 und der Wärmeabfuhrstruktur 700 gebildet werden. Das zweite Ende 702 der Wärmeabfuhrstruktur 700 kann in direktem Kontakt mit der Passivierungsschicht 1000 sein, die die erste Elektrode 500, die zweite Isolationsschicht 400 und die zweite Elektrode 600 bedeckt.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele zum Bilden der Wärmeabfuhrstruktur 700 und der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 näher erläutert.
  • Die 11A bis 11C sind Schnittdarstellungen, die ein Verfahren zum Bilden einer Wärmeabfuhrstruktur 700 und erster und 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) gebildet werden, indem ein geeignetes Ätzgas, beispielsweise wenigstens ein Stoff aus Cl2, Br2, CCl4, CHCl3, CHBr3, BCl3, HBr, verwendet wird. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können Trenchseitenwände 451 des Trenches 450 leicht spitz zulaufen, beispielsweise unter Einschluss eines Kegel- bzw. Konuswinkels zwischen 88° und 90°. Geringfügig spitz zulaufende Trenchseitenwände 451 können vorteilhaft sein hinsichtlich eines Vermeidens von Trenchhohlräumen, wenn 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 bzw. vorübergehend unbegrenzte Dotierstoffquelle verwendet werden kann. Die Nettodotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Polysiliziummaterial 730 kann höher sein als 1 × 1019 cm–3 oder höher als 5 × 1019 cm–3 oder höher als 1 × 1020 cm–3. Die Nettodotierstoffkonzentration des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Polysiliziummaterial 730 kann niedriger sein als 5 × 1020 cm–3. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das n+-dotierte Polysiliziummaterial 730 mit Phosphor dotiert sein.
  • Bei einer Dicke in der ersten lateralen Richtung x des Trenches 450, die in einer Spanne von 300 nm bis 1.500 nm oder in einer Spanne von 500 nm bis 1.200 nm oder in einer Spanne von 500 nm bis 1.000 nm ist, ist eine vertikale Abmessung des Trenches 450 in einer Spanne von 1.000 nm bis 2.500 nm oder in einer Spanne von 1.500 nm bis 2.000 nm oder in einer Spanne von 1.750 nm bis 1.850 nm, und Ausheilprozesse haben ein relativ geringes 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 unbegrenzte 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 1.100°C und einigen Sekunden Ausheilzeit vorgenommen werden.
  • Wie aus 11C ersehen werden kann, führt der Ausheil-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. Aufgrund des spezifischen Ausheil- und Aktivierungsschrittes können, wie in 11C gezeigt ist, die erste und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 mit einer relativ kurzen lateralen Abmessung vorgesehen werden, das heißt 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 im Hinblick auf die 5A und 5B insbesondere bei dem pn-Übergang an einer lateralen Abmessung b/2 von dem Mittelpunkt O erläutert. Aufgrund des hohen Gradienten des pn-Überganges 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, abhängig von einem Bilden 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 erfolgt die Diffusion von Dotierstoffen in die Polysiliziumschicht nicht nur hauptsächlich längs der ersten lateralen Richtung x, sondern auch längs einer vertikalen Richtung z. Aufgrund der Diffusion von Dotierstoffen des zweiten Leitfähigkeitstyps von dem Bodengebiet des Trenches 450 in die unter dem Trench 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 wird, können Silizidprozesse und/oder Kontaktimplantationen, die auf die Trenches in dem aktiven Gebiet angewandt sind, 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 dies oben anhand von 11A erläutert wurde. Es soll betont werden, dass die folgenden, in 13B bis 13D dargestellten Prozessschritte auch vorgenommen werden können, wenn mit einer Struktur begonnen wird, wie diese in 12A gezeigt ist, in welcher ein Trench 450 innerhalb der Polysiliziumschicht 300 gebildet wird, der nicht vollständig die Polysiliziumschicht 300 durchdringt.
  • Wie in 13B gezeigt ist, 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 Hochdosisimplantationen bei niedrigen Energien und ist auch bekannt als PLAD (Plasmadotieren) oder PIII (Plasma-Immersions- bzw. Eintauchionenimplantation).
  • Diese Methoden erlauben ein genaues Dotieren des Teiles der Polysiliziumschicht 300 bei den Trenchseitenwänden 451. Ein konformes Dotieren des Teiles der Polysiliziumschicht 300 bei den Trenchseitenwänden 451 kann erzielt werden durch Anlegen einer Spannung an das Substrat, das durch ein Hochfrequenz-(HF-)Plasma umgeben ist, das ein Dotierstoffgas enthält. Zusammenstöße 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 einer Dosis des Dotierens in dem Teil der Polysiliziumschicht 300 durch Plasmadotieren erzielt werden. Dies erlaubt eine vertikale Variation eines Grades einer Ladungskompensation, was die Herstellungsstabilität und/oder die Avalancherobustheit verbessert. Eine vertikale Variation der Dosis des Dotierens kann kleiner als 20% oder kleiner als 10% oder kleiner als 5% sein.
  • Wenn mit PLAD dotiert wird, wird der Halbleiterkörper 100, der den Trench 450 hat, einem Ionen von Dotierstoffen umfassenden Plasma ausgesetzt. Diese Ionen werden durch ein elektrisches Feld zu dem Halbleiterkörper 100 beschleunigt und in eine freiliegende Oberfläche der Polysiliziumschicht 300 implantiert. Eine implantierte Dosis kann eingestellt oder gesteuert werden über Gleichstrom-Spannungsimpulse, beispielsweise negative Spannungsimpulse. Ein Faraday-System erlaubt es, die Dosis einzustellen oder zu steuern. Zwei Sätze von Spulen, das heißt eine horizontale Spule und eine vertikale Spule, erlauben es, das Plasma zu erzeugen und dieses homogen zu halten. Eine Ionendichte kann eingestellt werden über einen Abstand zwischen den Spulen und dem Substrat. Eine Wechselwirkung zwischen den vertikalen Spulen und den horizontalen Spulen erlaubt es, eine Homogenität und die Ionendichte einzustellen oder zu steuern.
  • Eine Eindringtiefe der Dotierstoffe in die Polysiliziumschicht 300 und die Implantationsdosis können eingestellt werden über eine gepulste Gleichspannung, die zwischen dem Halbleiterkörper 100 und einem diesen umgebenden Abschirmring 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 bei 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 geringe Dosis erfordert Modifikationen der typischerweise verwendeten gepulsten Gleichspannung. Typische Dosen, die 1015 cm–2 überschreiten, werden durch diese Techniken implantiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann ein Impulsabstand der Gleichspannungsimpulse in einer Spanne von 100 μs bis 10 ms oder insbesondere zwischen 500 μs und 5 ms eingestellt werden. Eine Gleichspannungsimpuls-Anstiegszeit wird auf einen Wert kleiner als beispielsweise 0,1 μs eingestellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel beträgt eine Impulsbreite 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 von 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 leitenden Material 740 und dem zweiten Ausdiffusionsbereich 322 zu bilden. Das leitende Material 740 kann beispielsweise Wolfram oder Titan aufweisen.
  • 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 BPSG-Seitenwänden aufgetragen werden. Dies wird gefolgt durch den Siliziumtrenchprozess, PSG-Füllen und Ausdiffusion sowie Nassätzen von PSG und Nitrid. Danach werden die Trenchseitenwände 451 mit TiSi2 oder CoSi2, TiN und einem leitenden 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 Implantationsschwänzen bzw. -enden, die bei einer Variation oder einem Wechsel einer Schichtdicke in einer vertikalen Richtung der Polysiliziumschicht 300 auftreten, oder ein Streuen von Oxiden keinen Einfluss auf die Bildung der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur haben.
  • 14 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die in einer Polysiliziumschicht 300 eines zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die Struktur, wie in 14 gezeigt ist, kann ein Teil einer Halbleitervorrichtung 10 sein, wie diese beispielsweise in 3 dargestellt oder anhand von 8 oben beschrieben ist. Hier können die 3 und 8 auch schematische Schnittdarstellungen eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 sein, geführt längs einer Schnittebene C-C' von 14 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
  • Es soll betont werden, dass 3 und 8 schematische Schnittdarstellungen eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 längs einer Schnittebene zeigen, die sich durch den elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erstreckt. Im Folgenden wird der Randabschlussteil 310b der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 in allen Einzelheiten erläutert.
  • Wie aus 14 ersehen werden kann, umfasst die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 eine Polysiliziumschicht 300, die auf der ersten Isolationsschicht 200 und dem Halbleiterkörper 100, wie in 3 oder 8 gezeigt, gebildet werden kann. In dem Ausführungsbeispiel von 14 kann die Polysiliziumschicht 300 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp sein, wobei ein Teil der Polysiliziumschicht 300, der den ersten Bereichshauptteil 316a bildet, von einem ersten Leitfähigkeitstyp sein kann. Die zweiten Bereiche 318 können jeweils einen zweiten Bereichshauptteil 318a umfassen, der sich von dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a in den Randabschlussteil 310b erstreckt. Der zweite Bereichshauptteil 318a kann, wie oben anhand von 10A bis 10G beschrieben, gebildet werden. Nächst zu dem zweiten Bereichshauptteil 318a wird der zweite Bereichsendteil 318b in dem Randabschlussteil 310b gebildet. Der zweite Bereichsendteil 318b kann ein Teil der Polysiliziumschicht 300 des zweiten Leitfähigkeitstyps sein, der zurückbleibt, nachdem der zweite Bereichshauptteil 318a in der Polysiliziumschicht 300 gebildet ist.
  • Wie weiter aus 14 ersehen werden kann, umfasst der erste Anschluss 312 den ersten Anschlusshauptteil 312a und den ersten Anschlussendteil 312b. Weiterhin umfasst der zweite Anschluss 314 den zweiten Anschlusshauptteil 314a und den zweiten Anschlussendteil 314b. Die ersten/zweiten Anschlusshauptteile 312a, 314a können in der gleichen Weise wie der zweite Bereichshauptteil 318a und wie in 10A bis 10G gezeigt, gebildet werden. Der erste Anschluss 312 und der zweite Anschluss 314 sind nicht Teil der Diodenstruktur 315.
  • Wie oben erwähnt wurde, können die erste Bereichshauptteile 316a ein Teil der Polysiliziumschicht 300 sein, der nach Bilden des zweiten Bereichshauptteiles 318a in der Polysiliziumschicht 300 zurückbleibt. Im Fall eines Vorsehens einer Polysiliziumschicht 300 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eines Bildens eines Teiles der Polysiliziumschicht 300 eines ersten Leitfähigkeitstyps durch Implantieren von Dotierstoffen eines ersten Leitfähigkeitstyps in die Polysiliziumschicht 300 kann die Nettodotierstoffkonzentration der ersten Bereichshauptteile 316a homogen in den lateralen Richtungen x, y sein, wenn über die vertikale Richtung z in der Polysiliziumschicht 300 gemittelt wird. Die Dicke der Polysiliziumschicht 300 in der vertikalen Richtung z kann in einer Spanne von 200 nm bis 500 nm sein. Die Implantationsdosis von ersten Dotierstoffen kann in einer Spanne von 1 × 1013 cm–3 bis 5 × 1013 cm–3 sein. Somit kann die Nettodotierstoffkonzentration der ersten Bereichshauptteile 316a in einer Spanne von 1 × 1017 cm–3 bis 10 × 1017 cm–3 sein. Die ersten Bereichshauptteile 316a des ersten Leitfähigkeitstyps können von einem p-Typ sein. In diesem Fall können Borionen implantiert werden, um die ersten Bereichshauptteile 316a zu bilden.
  • Die zweiten Bereichshauptteile 318a des zweiten Leitfähigkeitstyps können von einem n-Typ sein, wie dies oben beschrieben wurde. Insbesondere kann der wenigstens eine zweite Bereich 318 und insbesondere der wenigstens eine zweite Bereichshauptteil 318a erste und zweite Ausdiffusionsbereiche 320, 322 und einen Zwischenbereich 324 aufweisen, wobei der Zwischenbereich 324 sandwichartig zwischen dem ersten und zweiten Ausdiffusionsbereichen 320, 322 in der ersten lateralen Richtung x ist, wie dies anhand von 3 und 8 oben erläutert wurde. Hier können die ersten Bereiche 316, insbesondere die ersten Bereichshauptteile 316a und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 erste Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, und die ersten und zweiten Ausdiffusionsbereiche 320, 322 können weiterhin zweite Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, die die ersten Dotierstoffe überkompensieren. Der Zwischenbereich 324 kann n-dotiertes Polysilizium umfassen, das eine Nettodotierstoffkonzentration höher als 1 × 1019 cm–3 hat. Der Zwischenbereich 324 kann jedoch auch ein Metall aufweisen.
  • Die Halbleitervorrichtung 10 kann weiterhin die Wärmeabfuhrstruktur 700 umfassen, die das erste Ende 701 in direktem Kontakt mit dem Zwischenbereich 324 des zweiten Bereichshauptteiles 318a der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 hat und ein zweites Ende 702 in direktem Kontakt mit einem elektrisch isolierenden Bereich 430 oder 1000, wie in 3 und 8 gezeigt, hat. Der Zwischenbereich 324 des zweiten Bereichshauptteiles 318a und die Wärmeabfuhrstruktur 700 können ein gleiches Material umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Halbleitervorrichtung 10 weiterhin die zweite Isolationsschicht 400 auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, das Gatekontaktgebiet 510 auf der zweiten Isolationsschicht 400, wobei das Gatekontaktgebiet 510 elektrisch mit dem ersten Anschluss 312 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über eine erste Kontaktstruktur 800 gekoppelt sein kann, und ein Sourcekontaktgebiet 610 auf der zweiten Isolationsschicht 400 umfassen, wobei das Sourcekontaktgebiet 610 elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über die zweite Kontaktstruktur 900 gekoppelt sein kann. Die erste Kontaktstruktur 800 und der Zwischenbereich 324 des zweiten Bereichshauptteiles 318a können ein gleiches Material umfassen.
  • Zusätzlich kann, wie in 8 gezeigt ist, die Halbleitervorrichtung 10 Transistorzellen 20 umfassen, 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 wobei die zweite Kontaktstruktur 900 und der Zwischenbereich 324 des zweiten Bereichshauptteiles 318a ein gleiches Material aufweisen können.
  • Die Nettodotierstoffkonzentration der Polysiliziumschicht 300 des zweiten Leitfähigkeitstyps, die den Teil der Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps umgibt, der die ersten Bereichshauptteile 316a bildet, kann in einer Spanne von 1 × 1015 cm–3 bis 1 × 1017 cm–3 sein. Durch Vorsehen der Polysiliziumschicht 300 des zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Randabschlussteil 310b, der die zweiten Bereichshauptteile 318a umgibt und die zweiten Bereichsendteile 318b bildet, können elektrische Feldspitzen reduziert oder verhindert werden an den Grenzbereichen der zweiten Bereichshauptteile 318a in dem Randabschlussteil 310b. Die ersten Bereichshauptteile 316a können Teile der Polysiliziumschicht 300 des ersten Leitfähigkeitstyps neben bzw. außer dem wenigstens einen zweiten Bereich 318 sein.
  • Die ersten Bereichsendteile 316b in dem Randabschlussteil 310b können innerhalb der Polysiliziumschicht 300 durch Implantieren von Dotierstoffen des ersten Leitfähigkeitstyps in die Polysiliziumschicht 300 in dem Randabschlussteil 310b gebildet sein. Die Nettodotierstoffkonzentration in den ersten Bereichsendteilen 316b kann niedriger sein als die Nettodotierstoffkonzentration in den ersten Bereichshauptteilen 316a durch Verwenden von beispielsweise Halbtonmasken. Somit kann die Nettodotierstoffkonzentration in dem Randabschlussteil 310b niedriger gemacht sein als in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a.
  • 15A zeigt eine Nettodotierstoffkonzentration der Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a längs der zweiten Ebene C-C' von 14 längs der ersten lateralen Richtung x, und 15B zeigt eine Nettodotierstoffkonzentration der Diodenstruktur 315 in dem Randabschlussteil 310b längs der Schnittebene D-D' von 14 längs der ersten lateralen Richtung x. Der Maßstab der in 15A und 15B gezeigten Diagramme kann logarithmisch sein.
  • Wie aus 15A und 15B ersehen werden kann, ist eine Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt längs der ersten lateralen Richtung x der Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a (15A) höher als eine Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt längs der ersten lateralen Richtung x der Diodenstruktur 315 in dem Randabschlussteil 310b (15B). Als eine Folge hat die Diodenstruktur 315 eine niedrigere Durchbruchspannung in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a verglichen mit der Durchbruchspannung in dem Randabschlussteil 310b.
  • Falls die wenigstens zwei zweiten Bereichen 318 gleich bestandet voneinander längs der ersten lateralen Richtung x sind, wie dies in 14 gezeigt ist, wird eine wohl definierte Diodenstruktur 315 gebildet, die weiterhin ein bidirektionales symmetrisches Durchbruchverhalten hat. Aufgrund des Vorsehens des Randabschlussteiles 310b, der eine höhere Durchbruchspannung hat, kann ein wohl definiertes Durchbruchverhalten in der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erreicht werden.
  • 16 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die in einer Polysiliziumschicht 300 eines ersten Leitfähigkeitstyps gebildet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Wie aus 16 ersehen werden kann, kann die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 auch gebildet werden durch Vorsehen einer Polysiliziumschicht 300 eines ersten Leitfähigkeitstyps, wobei die Nettodotierstoffkonzentration in der Polysiliziumschicht 300 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a höher als in dem Randabschlussteil 310b sein kann. Die Polysiliziumschicht 300 kann die ersten Bereiche 316 bilden, wobei die zweiten Bereiche 318 durch einen Implantationsprozess von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps gebildet sind. Hier können die zweiten Bereichshauptteile 318a gebildet werden, wie dies oben anhand von 10A bis 10G beschrieben ist. Die zweiten Bereichsendteile 318b können gebildet werden durch Implantieren von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps in dem Randabschlussteil 310b, um die zweiten Bereichshauptteile 318a zu bedecken. Die zweiten Bereichsendteile 318b können gebildet werden als rechteckförmige Streifen. Es soll betont werden, dass der zweite Bereich 318 und insbesondere die zweiten Bereichshauptteile 318a auch durch Implantieren von Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps in die Polysiliziumschicht 300 durch einen lithographischen Prozess gebildet werden können, ohne das Herstellungsverfahren zu verwenden, wie dieses im Hinblick auf 10A bis 10G beschrieben ist, in welchem Ausdiffusionsbereiche 320, 322 gebildet werden durch Füllen von Trenches mit einem Polysiliziummaterial, das als Dotierstoffquelle verwendet wird, in der Polysiliziumschicht 300.
  • 17 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 mit einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Wie aus 14 und 16 ersehen werden kann, hat die Polysiliziumschicht 300 eine rechteckförmige Gestalt und weist einen Randteil an einer Seite auf, die entgegengesetzt zu dem Grenzteil zwischen dem Randabschlussteil 310b und dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a ist. An dem Randteil der Polysiliziumschicht 300 in dem Randabschlussteil 310b liegt ein transientes (innerhalb eines Durchbruchszenarios oder einer Kommutierungs/Schaltoperation) und ein statisches elektrisches Feld vor. Abhängig von der Qualität der Seitenwandoberfläche (Oberflächenzustände, lokale Energiepegel in dem Bandabstand für Einfangzentren) können Degradationseffekte auftreten. Diese Effekte können verhindert werden durch Vorsehen einer Struktur einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, wie in 17 gezeigt ist.
  • Ein elektrisches Feld, das frei von einem Randbereich der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 ist, kann vorteilhaft sein, wie es in Randabschlussstrukturen von Halbleiterleistungsvorrichtungen (das heißt Superjunction- oder IGBT-Vorrichtungen mit einem hochdotierten Abschlussbereich) üblich ist. Außer dem von einem elektrischen Feld freien Raum innerhalb des Randabschlussteiles 310b soll ein zusätzlicher von einem elektrischen Feld freier Bereich zu dem Sourcebereich eines Transistorzellgebietes vorgesehen werden, wie dies beispielsweise in 8 gezeigt ist. Die Transistorzellen 20 können Superjunction- bzw. Superübergang-MOS-Zellen, SFET-Zellen oder IGBT-Zellen aufweisen. Somit ist eine Struktur vorgesehen, in welcher der Randabschlussteil 310b auf einem Sourcepotential festgehalten werden kann, wobei der elektrostatische Entladungsschutzteil 310a auf einem Gatepotential gehalten ist.
  • Eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310, die die Möglichkeit vorsieht, den Randabschlussteil 310b auf einem Sourcepotential und den elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a auf einem Gatepotential festzuhalten, ohne zu einem Kurzschluss zu führen, ist in 17 gezeigt. Hier haben die ersten Bereichsendteile 316b jeweils eine Form einer geschlossenen Schleife in der Polysiliziumschicht 300 eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Somit bilden die ersten Bereichsendteile 316b zusammen mit den ersten Bereichshauptteilen 316a eine Ringstruktur oder eine mehrfach geschlossene Schleifenstruktur innerhalb der lateralen Ebene, das heißt einer Ebene parallel zu der ersten Oberfläche 101. Die Nettodotierstoffkonzentration in den ersten Bereichsendteilen 316b kann gleich zu der Nettodotierstoffkonzentration der ersten Bereichshauptteile 316a sein. Durch Vorsehen einer Struktur, wie in 17 gezeigt, kann eine Übergangs- bzw. Junctionfeldisolation zwischen den ersten und zweiten Bereichen 316, 318 innerhalb des Randabschlussteiles 310b vorgesehen werden.
  • Im Fall eines elektrostatischen Entladungsdurchbruches der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 führt die Diodenstruktur 315 in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil 310a, der die Diodenbreite W hat und die niedrigste Durchbruchspannung aufweist, die elektrostatischen Entladungsenergie ab.
  • Um die Diodenbreite W zu erweitern, kann die Struktur, wie in 17 gezeigt, weiter zu einer Struktur verändert werden, wie diese in 18 dargestellt ist. Diese Struktur nutzt den Effekt aus, dass hochdotierte Zener-Diodenstrukturen einen festgehaltenen Raumladungsbereich mit lateraler Abmessung unterhalb 0,1 μm bis 0,5 μm längs des pn-Übergangsgebietes haben. In einer derartigen Struktur kann der Abstand zwischen den zweiten Bereichshauptteilen 318a homogen längs der Diodenbreitenrichtung ausgerichtet sein, um lokale Differenzen der differentiellen Serienwiderstände innerhalb der Diodenstruktur 315 des elektrostatischen Entladungsschutzteiles 310a zu verhindern. Wie aus 18 ersehen werden kann, kann der elektrostatische Entladungsschutzteil 310a eine polygonale Form in einer lateralen Ebene parallel zu der ersten Oberfläche 101 haben.
  • 19 ist eine schematische Draufsicht eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 mit getrennten elektrostatischen Entladungsschutzteilen 310a, deren jeder erste Bereichsendteile 316b mit einer Form einer geschlossenen Schleife gemäß einem Ausführungsbeispiel teilt. Wie aus 19 ersehen werden kann, kann mehr als ein elektrostatischer Entladungsschutzteil 310a vorgesehen sein. In dem in 19 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwei weitere elektrostatische Entladungsschutzteile 310'a vorgesehen, um die Halbleitervorrichtung 10 im Fall eines elektrostatischen Entladungsereignisses zu schützen. Die elektrostatischen Entladungsschutzteile 310a und 310'a haben jeweils Randabschlussteile 310b, die zwischen den jeweiligen elektrostatischen Entladungsschutzteilen 310a, 310'a zwischenverbunden sind. Die elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 kann beispielsweise in einer Halbleitervorrichtung 10 verwendet werden, die eine erste Elektrode 500 oder ein Gatekontaktgebiet 510 und die zweite Elektrode 600 oder ein Sourcekontaktgebiet 610, wie beispielsweise in 2B gezeigt, hat.
  • Wie oben beschrieben ist, ist eine monolithische Integration einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 für Gatepads in Hochspannungsleistungshalbleitervorrichtungen vorgesehen. Zusätzlich kann eine selbst ausgerichtete bzw. selbst justierte Polyemitter-Diodenkaskade in einer Polysiliziumschicht 300 ausgebildet sein. Polysiliziumstöpsel können als eine erste und zweite Kontaktstruktur 800, 900 und als eine hohe Emittereffizienz liefernde Zwischenbereiche 324 wirken. Um die Metallisierungsleitung von einer einschichtigen Leistungsmetallisierungsschicht zu einer inneren Elektrode der Diode zu leiten, sind die hochdotierten Polysilizium-Kontaktbereiche lokal unterbrochen. Die jeweiligen Anodenbereiche außerhalb der aktiven Diodenkaskadenstruktur bilden geschlossene Schleifen mit reduzierter Dicke und/oder niedrigerer Nettodotierstoffkonzentration, was zu einer in einer Kaskade geschalteten Übergangsbarriere-Isolationsstruktur führt.
  • Zusätzlich zu dem äußeren Abschluss der Diodenstruktur ist ein Feldstoppbereich aufgrund des lokal vorgesehenen p-dotierten Bereiches und einem hoch dotierten n-Typ-Diodenpolysilizium gebildet. Somit können Seitenwandeffekte (Oberflächenzustände) des strukturierten Diodenpolysiliziums ausgeschlossen werden. Die Enden der Polysiliziumtrenches der zweiten Bereichsendteile 318b sind in n-Typ-Bereichen gelegen, wodurch lokale elektrische Feldspitzen an den Trenchenden verhindert oder reduziert werden können. Die zusätzlichen Kosten zum Integrieren einer elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 in einem Superjunction/IGBT/SFET-Prozess können um etwa 50% reduziert werden. Obwohl keine Struktur einer Mehrschichtmetallisierung gezeigt ist, kann die beschriebene elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 auch in diskreten Halbleitern und integrierten Schaltungen verwendet werden, welche ein Mehrschicht-Metallsystem haben, sofern hoch dotierte Polysiliziumstöpsel als die niedrigste Verdrahtungsschicht verwendet werden.
  • 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 spezifischen gezeigten und beschriebenen 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) mit einer ersten Oberfläche (101) und einer zweiten Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101), eine erste Isolationsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100), und eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) mit einer Diodenstruktur (315) auf der ersten Isolationsschicht (200), wobei die elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) einen ersten Anschluss (312) und einen zweiten Anschluss (314) aufweist, wobei die Diodenstruktur (315) eine Polysiliziumschicht (300) aufweist, die erste Bereiche (316) und wenigstens einen zweiten Bereich (318) eines entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps hat, welche abwechselnd längs einer ersten lateralen Richtung (x) zwischen dem ersten Anschluss (312) und dem zweiten Anschluss (314) angeordnet sind, wobei die Diodenstruktur (315) sich von einem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a) in einen Randabschlussteil (310b) längs einer zweiten lateralen Richtung (y) erstreckt, und wobei eine erste Durchbruchspannung, die der Diodenstruktur (315) in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a) zugeordnet ist, kleiner ist als eine zweite Durchbruchspannung, die der Diodenstruktur (315) in dem Randabschlussteil (310b) zugeordnet ist.
  2. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1, bei der eine Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt längs der ersten lateralen Richtung (x) der Diodenstruktur (315) in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a), höher ist als eine Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt längs der ersten lateralen Richtung (x) der Diodenstruktur (315) in dem Randabschlussteil (310b).
  3. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der der wenigstens eine zweite Bereich (318) einen zweiten Bereichshauptteil (318a) in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a) und dem Randabschlussteil (310b) und einen zweiten Bereichsendteil (318b) in dem Randabschlussteil (310b) aufweist, wobei die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem zweiten Bereichsendteil (318b), kleiner ist als die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem zweiten Bereichshauptteil (318a).
  4. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 3, bei der der zweite Bereichsendteil (318b) nächst zu dem zweiten Bereichshauptteil (318a) längs der zweiten lateralen Richtung (y) angeordnet ist.
  5. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 3 oder 4, bei der der zweite Bereichsendteil (318b) nächst zu dem zweiten Bereichshauptteil (318a) längs der ersten lateralen Richtung (x) angeordnet ist.
  6. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der erste Anschluss (312) und der zweite Anschluss (314) einen Bereich der Polysiliziumschicht (300) des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen.
  7. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der wenigstens zwei zweite Bereiche (318) gleich beabstandet voneinander längs der ersten lateralen Richtung (x) sind.
  8. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die ersten Bereiche (316) jeweils einen ersten Bereichshauptteil (316a) in dem elektrostatischen Entladungsschutzteil (310a) und einen ersten Bereichsendteil (316b) in dem Randabschlussteil (310b) aufweisen.
  9. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 8, bei der die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem ersten Bereichsendteil (316b), niedriger ist als die Nettodotierstoffkonzentration, gemittelt in dem ersten Bereichshauptteil (316a).
  10. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, bei der die ersten Bereichshauptteile (316a) Teile der Polysiliziumschicht (300) eines ersten Leitfähigkeitstyps außer dem wenigstens einen zweiten Bereich (318) sind.
  11. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der die ersten Bereichsendteile (316b) jeweils eine Form einer geschlossenen Schleife in der Polysiliziumschicht (300) eines zweiten Leitfähigkeitstyps haben.
  12. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der wenigstens eine zweite Bereich (318) erste und zweite Ausdiffusionsbereiche (320, 322) und einen Zwischenbereich (324) aufweist, wobei der Zwischenbereich (324) sandwichartig zwischen den ersten und zweiten Ausdiffusionsbereichen (320, 322) in der ersten lateralen Richtung (x) vorgesehen ist.
  13. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 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 Anspruch 12 oder 13, bei der der Zwischenbereich (324) n-dotiertes Polysilizium aufweist, das eine Nettodotierstoffkonzentration höher als 1 × 1017 cm–3 hat.
  15. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der der Zwischenbereich (324) ein Metall umfasst.
  16. Halbleitervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiterhin umfassend eine Wärmeabfuhrstruktur (700), die ein erstes Ende (701) in direktem Kontakt mit dem Zwischenbereich (324) der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) und ein zweites Ende (702) in direktem Kontakt mit dem elektrisch isolierenden Bereich (430; 1000) hat.
  17. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 16, bei der der Zwischenbereich (324) und die Wärmeabfuhrstruktur (700) ein gleiches Material umfassen.
  18. 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 (400), wobei das Gatekontaktgebiet (510) elektrisch mit dem ersten Anschluss (312) der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) über eine erste Kontaktstruktur (800) gekoppelt ist, und ein Sourcekontaktgebiet (610) auf der zweiten Isolationsschicht (400), wobei das Sourcekontaktgebiet (610) elektrisch mit dem zweiten Anschluss (314) der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) über eine zweite Kontaktstruktur (900) gekoppelt ist.
  19. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 18, bei der die erste Kontaktstruktur (800) und der wenigstens eine zweite Bereich (310) ein gleiches Material umfassen.
  20. Halbleitervorrichtung (10) nach Anspruch 18 oder 19, 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 der wenigstens eine zweite Bereich (318) ein gleiches Material umfassen.
DE102015108537.2A 2015-05-29 2015-05-29 Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur Active DE102015108537B4 (de)

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