DE102018112866B4 - Halbleitervorrichtung mit elektrischem Widerstand - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (100), die aufweist:
ein Halbleitersubstrat (102) von einem ersten Leitfähigkeitstyp;
eine Halbleiterschicht (104) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Halbleitersubstrat (102), wobei der zweite Leitfähigkeitstyp verschieden ist vom ersten Leitfähigkeitstyp;
eine Isolationsstruktur (106), die einen ersten Bereich (1041) der Halbleiterschicht (104) von einem zweiten Bereich (1042) der Halbleiterschicht (104) elektrisch isoliert;
eine Flachgrabenisolationsstruktur (108), die sich von einer Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) in den ersten Bereich (1041) der Halbleiterschicht (104) vertikal erstreckt; und
einen elektrischen Widerstand (112) auf der Flachgrabenisolationsstruktur (108), wobei
die Isolationsstruktur (106) eine Graben-Isolationsstruktur (1062) ist, die sich von der Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) durch die Halbleiterschicht (104) in das Halbleitersubstrat (102) erstreckt, wobei die Graben-Isolationsstruktur (1062) eine Isolationsschicht (116) und eine leitende Füllung (118) aufweist;
die Isolationsschicht (116) die leitende Füllung (118) und die Halbleiterschicht (104) elektrisch isoliert; und
die leitende Füllung (118) und das Halbleitersubstrat (102) an einem Boden (120) der Graben-Isolationsstruktur (1062) elektrisch verbunden sind, und die leitende Füllung (118) sich vom Boden (120) der Graben-Isolationsstruktur (1062) bis zur Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) in einer vertikalen Richtung (y) erstreckt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Anmeldung betrifft Halbleitervorrichtungen mit einem elektrischen Widerstand.
  • HINTERGRUND
  • Halbleitervorrichtungen wie Leistungshalbleiter kommen beispielsweise in Anwendungen zum Einsatz, die für zunehmend größere Leistungsaufnahmen spezifiziert sind, z.B. Leistungstreiberschaltungen für Anwendungen in der Automobil- und Industrieelektronik. Damit verbunden sind Anforderungen an eine verbesserte Spannungsbelastbarkeit der Bauelemente, um beispielsweise erhöhten Spannungen im Bordnetz von Kraftfahrzeugen gerecht zu werden. Diese Anmeldung widmet sich der Verbesserung der Spannungsbelastbarkeit von Halbleitervorrichtungen mit elektrischem Widerstand. Die Druckschrift US 2013 / 0 328 619 A1 offenbart eine integrierte Schaltung, in die eine Spannungsteilerschaltung integriert ist. Die integrierte Schaltung umfasst einen ersten Widerstand, einen zweiten Widerstand, einen Steuerabschnitt, einen Schalter und einen Schaltabschnitt. Der erste Widerstand und der zweite Widerstand bilden ein Widerstandsspannungsteilerelement zum Teilen einer Spannung, die durch Gleichrichten einer Wechselspannung oder einer Gleichspannung erhalten wird, die einem Steuerabschnitt zugeführt wird. Der Schalter ist in Reihe mit dem Widerstandsspannungsteilerelement vorgesehen und leitet oder unterbricht den durch das Widerstandsspannungsteilerelement fließenden Strom. Der Schaltabschnitt schaltet den Schalter so, dass er während des Ansteuerns des Steuerabschnitts Strom durchlässt und während des Standby des Steuerabschnitts Strom abschaltet.
  • Die Druckschrift US 2014 / 0 021 560 A1 offenbart ein Hochspannungshalbleiterbauelement. Die Hochspannungshalbleitervorrichtung enthält einen Transistor mit einem Gate, einer Source und einem Drain. Die Source und der Drain sind in einem dotierten Substrat ausgebildet und durch einen Driftbereich des Substrats getrennt. Das Gate ist über dem Driftbereich und zwischen der Source und dem Drain ausgebildet. Der Transistor ist so konfiguriert, dass er Hochspannungsbedingungen von mindestens einigen hundert Volt handhabt. Die Hochspannungshalbleitervorrichtung enthält eine dielektrische Struktur, die zwischen der Source und dem Drain des Transistors ausgebildet ist. Die dielektrische Struktur ragt in das Substrat hinein und aus diesem heraus. Verschiedene Teile der dielektrischen Struktur weisen ungleichmäßige Dicken auf. Die Hochspannungshalbleitervorrichtung enthält einen Widerstand, der über der dielektrischen Struktur ausgebildet ist. Der Widerstand weist mehrere Wicklungssegmente auf, die im Wesentlichen gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
  • Die Druckschrift US 2007 / 0 069 326 A1 offenbart eine Halbleitervorrichtung, die trotz des Vorhandenseins eines aktiven Dummy-Bereichs die Notwendigkeit einer größeren Chipfläche beseitigt und die Oberflächenebenheit des Halbleitersubstrats verbessert. Während des Herstellungsprozesses wird ein dicker Gate-Isolierfilm für einen Hochspannungs-MISFET über einer vergrabenen Schicht vom n-Typ als einem aktiven Bereich gebildet, und ein Widerstandselement IR einer internen Schaltung wird über dem Gate-Isolierfilm gebildet. Da der dicke Gate-Isolierfilm zwischen der vergrabenen Schicht vom n-Typ und dem Widerstandselement IR liegt, wird die zwischen dem Substrat (vergrabene Schicht vom n-Typ) und dem Widerstandselement IR erzeugte Kopplungskapazität verringert.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Erfindung ist in den unabhängigen Patentansprüchen definiert. Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleitersubstrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Halbleitersubstrat aufweist, wobei der zweite Leitfähigkeitstyp verschieden ist vom ersten Leitfähigkeitstyp. Die Halbleitervorrichtung weist des Weiteren eine Isolationsstruktur auf, die einen ersten Bereich der Halbleiterschicht von einem zweiten Bereich der Halbleiterschicht elektrisch isoliert, sowie eine Flachgrabenisolationsstruktur, die sich von einer Oberfläche der Halbleiterschicht in den ersten Bereich der Halbleiterschicht vertikal erstreckt. Zudem weist die Halbleitervorrichtung einen elektrischen Widerstand auf der Flachgrabenisolationsstruktur auf.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des offenbarten Gegenstands erschließen sich dem Fachmann aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung sowie aus den Zeichnungen.
  • Figurenliste
  • Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung, sind in die Offenbarung einbezogen und bilden einen Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen lediglich Ausführungsbeispiele und auch nicht erfindungsgemäße Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.
    • 1. zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einem elektrischen Widerstand auf einer Flachgrabenisolationsstruktur als ein Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung.
    • 2 zeigt ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel einer Halbleitervorrichtung mit einer Übergangs-Isolationsstruktur (engl. junction isolation) in einer schematischen Querschnittsansicht.
    • 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung mit einer Graben-Isolationsstruktur in einer schematischen Querschnittsansicht.
    • 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung mit unterschiedlich gestalteten Flachgrabenisolationsstrukturen.
    • 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung mit einer elektrischen Kontaktstruktur.
    • 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Halbleitervorrichtung, bei dem ein Bereich der Halbleiterschicht unterhalb des elektrischen Widerstands durchgängig vom n-Leitfähigkeitstyp ist, so dass innerhalb dieses Bereichs keine gegendotierten Halbleitergebiete vom p-Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind.
    • 7A und 7B zeigen Ausführungsbeispiele von Referenzspannungsschaltungen zur Erzeugung eines Zwischenpotentials für den Bereich der Halbleiterschicht unterhalb des elektrischen Widerstands.
    • 8 zeigt zur Erläuterung von Teilschichten in einem Ausführungsbeispiel eine Halbleitervorrichtung mit einer nicht erfindungsgemäßen Übergangs-Isolationsstruktur, die von unten an den Bereich der Halbleiterschicht unterhalb des elektrischen Widerstands angrenzt.
    • 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung.
  • Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
  • Bei den Begriffen „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen handelt es sich im Folgenden um offene Begriffe, die einerseits auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, andererseits das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
  • 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. Der Begriff „elektrisch gekoppelt“ umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die steuerbar sind, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
  • Die Figuren können sich auf relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ neben dem Dotierungstyp „n“ oder „p“ beziehen. Beispielsweise bedeutet „n-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets ist, während ein „n+“-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFET, insulated gate field effect transistor) sind spannungsgesteuerte Bauelemente wie etwa Metall Oxid Halbleiter FETs (MOSFETs, metal oxide semiconductor FETs). Unter MOSFETs fallen auch FETs mit Gateelektroden basierend auf dotiertem Halbleitermaterial und/oder Gatedielektrika, die nicht oder nicht ausschließlich auf einem Oxid basieren.
  • Der Begriff „horizontal“, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet ist, soll eine Orientierung im Wesentlichen parallel zu einer ersten oder Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers beschreiben. Diese kann beispielsweise die Oberfläche des Wafers oder eines Die bzw. Chips sein.
  • Der Begriff „vertikal“, wie dieser in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche, d.h. parallel zur Normalenrichtung der ersten Oberfläche, des Halbleitersubstrats oder -körpers angeordnet ist.
  • Soweit für eine physikalische Größe ein Wertebereich mit der Angabe eines oder zweier Grenzwerts definiert wird, so schließen die Präpositionen „von“ und „bis“ den jeweiligen Grenzwert mit ein. Eine Angabe der Art „von ... bis“ versteht sich demnach als „von mindestens ... bis höchstens“.
  • In der schematischen Querschnittsansicht von 1 ist eine Halbleitervorrichtung 100 zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung dargestellt Bei der Halbleitervorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um ein diskretes Halbleiterbauelement oder auch um eine integrierte Schaltung (IC, integrated circuit) handeln. So weist das Halbleiterbauelement beispielsweise unterschiedliche Schaltungsblöcke auf, die Analog- und/oder Digital-Blöcke und/oder Leistungstransistoren umfassen können. Bei der Halbleitervorrichtung 100 kann es sich beispielsweise um eine Halbleitervorrichtung handeln, die in einer Halbleitermischtechnologie realisiert ist. Halbleitermischtechnologien können beispielsweise Bipolar-Schaltungselemente zur Realisierung von Analogschaltungsblöcken, CMOS (complementary metal oxide semiconductor)-Schaltungselemente zur Realisierung von Digitalschaltungsblöcken und Leistungstransistoren zur Realisierung von Schaltern wie Low-Side Schaltern, High-Side Schaltern und Brückenkonfigurationen umfassen. Derartige Halbleitertechnologien sind auch als BCD (Bipolar CMOS DMOS)-Technologie oder SPT (Smart Power Technologie) bekannt.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist ein Halbleitersubstrat 102 von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf. Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ oder ein n-Typ sein. Dem Halbleitersubstrat 102 können verschiedenartige Halbleitermaterialien zugrunde liegen, wie etwa Silizium (Si), Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), Silizium-Germanium, Germanium, Galliumarsenid, Siliziumcarbid, Galliumnitrid oder auch weitere Verbundhalbleitermaterialien.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist eine Halbleiterschicht 104 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Halbleitersubstrat 102 auf, wobei der zweite Leitfähigkeitstyp verschieden ist vom ersten Leitfähigkeitstyp. Die Halbleiterschicht 104 kann beispielsweise mit einem Schichtabscheidungsverfahren wie chemischer Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapor deposition) erzeugt werden. Die Schichtabscheidung kann als epitaktisches Wachstum auf dem Halbleitersubstrat 102 erfolgen, um die Halbleiterschicht 104 mit einer möglichst hohen Kristallqualität auszubilden.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist eine Isolationsstruktur 106 auf, die einen ersten Bereich 1041 der Halbleiterschicht 104 von einem zweiten Bereich 1042 der Halbleiterschicht 104 elektrisch isoliert. Bei dem ersten Bereich 1041 und dem zweiten Bereich 1042 kann es sich beispielsweise um Bereiche der Halbleiterschicht 104 handeln, die von gegenüberliegenden Seiten in lateraler Richtung an die Isolationsstruktur 106 angrenzen.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist zudem eine Flachgrabenisolationsstruktur 108, auch STI (shallow trench isolation)-Struktur genannt, auf, die sich von einer Oberfläche 110 der Halbleiterschicht 104 in den ersten Bereich 1041 der Halbleiterschicht 104 vertikal erstreckt. Als isolierende Materialien der Flachgrabenisolationsstruktur 108 seien beispielhaft Oxide wie SiO2 als thermisches Oxid, mittels Gasphasenabscheidung (CVD, chemical vapour deposition) hergestellte Oxide, z.B. Borphosphorsilikatglas (BPSG), Phosphorsilikatglas (PSG), Borsilikatglas (BSG), sowie Nitride, Hoch- und Niedrig-k-Dielektrika oder auch eine beliebige Kombination dieser Materialien genannt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Flachgrabenisolationsstruktur 108 ein Oxid auf, und eine maximale Dicke d der Flachgrabenisolationsstruktur 108 liegt in einem Bereich von 50nm bis 600nm, oder in einem Bereich von 150nm bis 600nm. Die Dicke d kann beispielsweise an eine gewünschte Spannungsbelastbarkeit des elektrischen Widerstands 112 angepasst werden.
  • Die Halbleitervorrichtung 100 weist zudem einen elektrischen Widerstand 112 auf der Flachgrabenisolationsstruktur 108 auf. Der elektrische Widerstand 112 kann aus einer Schicht oder einem Schichtstapel bestehen. Ein Widerstandswert des elektrischen Widerstands 112 kann beispielsweise durch einen geeigneten Schichtwiderstand (Ohm/square, Ω/□) und geometrische Dimensionierung der Schicht oder der Schichten des Schichtstapels eingestellt werden. Wird der elektrische Widerstand 112 oder eine Schicht des Schichtstapels des Widerstands 112 beispielsweise als dotierte Halbleiterschicht realisiert, z.B. als dotiertes polykristallines Silizium, so kann beispielsweise durch Variation von Schichtdicke und Dotierstoffniveau oder Dotierstoffprofil in der dotierten Halbleiterschicht ein gewünschter Schichtwiderstand eingestellt werden.
  • In dem in 1 gezeigten Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung grenzt der elektrische Widerstand 112 direkt an die Flachgrabenisolationsstruktur 108 an, und eine laterale Ausdehnung w1 der Flachgrabenisolation 108 ist größer ist als eine laterale Ausdehnung w2 des elektrischen Widerstands 112, so dass der elektrische Widerstand 112 gänzlich auf der Flachgrabenisolation 108 ausgebildet ist. Diese Anordnung ermöglicht eine vorteilhafte elektrische Isolierung des elektrischen Widerstands von der Halbleiterschicht und umgebenden Bauelementen.
  • Mit Bezug auf 2 ist ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt, bei dem die Isolationsstruktur 106 eine Übergangs-Isolationsstruktur 1061 (engl. junction isolation) vom ersten Leitfähigkeitstyp ist, so dass ein erster pn-Übergang 1141 zwischen der Übergangs-Isolationsstruktur 1061 und dem ersten Bereich 1041 der Halbleiterschicht 104 gebildet ist, wobei die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 an eine Seite des ersten Bereichs 1041 der Halbleiterschicht 104 angrenzt und den ersten Bereich 1041 lateral vom zweiten Bereich 1042 der Halbleiterschicht 104 elektrisch isoliert. Ein zweiter pn-Übergang 1142 liegt zwischen der Übergangs-Isolationsstruktur 1061 und dem zweiten Bereich 1042 der Halbleiterschicht 104. Durch geeignete Wahl des Dotierstoffniveaus oder Dotierstoffprofils der Übergangs-Isolationsstruktur 1061 relativ zu den Dotierstoffniveaus oder Dotierstoffprofilen innerhalb des ersten Bereichs 1041 und des zweiten Bereichs 1042 sowie durch geeignete Wahl der lateralen Ausdehnung der Übergangs-Isolationsstruktur 1061 kann eine Spannungsfestigkeit der lateralen elektrischen Isolierung benachbarter Bereiche der Halbleiterschicht 104, z.B. den in 2 dargestellten ersten und zweiten Bereichen 1041, 1042 eingestellt werden. In der schematischen Querschnittsansicht der 2 ist der erste Leitfähigkeitstyp beispielhaft als p-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp beispielhaft als n-Typ dargestellt. Selbstverständlich kann auch der erste Leitfähigkeitstyp ein n-Typ und der zweite Leitfähigkeitstyp ein p-Typ sein.
  • Die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 erstreckt sich in der vertikalen Richtung y mindestens bis zum Halbleitersubstrat 102. In dem in 2 gezeigten nicht erfindungsgemäßen Beispiel erstreckt sich die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 bis in das Halbleitersubstrat 102 hinein. Gemäß einem weiteren nicht erfindungsgemäßen Beispiel weist die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 einen sich in der lateralen Richtung x erstreckenden Bereich auf, der von unten an einen Boden des ersten Bereichs 1041 angrenzt. In diesem Fall kann der erste Bereich 1041 beispielsweise bis zur Oberfläche 110 vollständig von der Übergangs-Isolationsstruktur 1061 umgeben sein.
  • Die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 kann auf vielfältige Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 durch epitaktisches Verfüllen eines Grabens und in-situ Dotierung hergestellt werden. Alternativ oder ergänzend kann die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 oder Teile hiervon durch Ionenimplantation eines Dotierstoffs sowie Aktivierung und vertikale Ausdiffusion des implantierten Profils hergestellt werden. Erfolgt die Ionenimplantation in mehreren Schritten bei unterschiedlichen Energien, so kann ein gewünschtes Tiefenprofil realisiert werden, indem Profile des in unterschiedliche Tiefen implantierten Dotierstoffs durch thermische Behandlung und vertikale Ausdiffusion in vertikaler Richtung überlappen. Alternativ oder ergänzend kann die Übergangs-Isolationsstruktur 1061 oder Teile hiervon durch Diffusion des Dotierstoffs aus einer Dotierstoffquelle durch die Oberfläche 110 in die Halbleiterschicht 104 erzeugt werden, z.B. durch Diffusion aus einer auf der ersten Oberfläche aufgebrachten Feststoffquelle wie einem mit dem Dotierstoff dotierten Glas.
  • Mit Bezug auf 3 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt, bei dem die Isolationsstruktur 106 eine Graben-Isolationsstruktur 1062, z.B. eine DTI (deep trench isolation) -Struktur, ist, die sich von der Oberfläche 110 der Halbleiterschicht 104 durch die Halbleiterschicht 104 in das Halbleitersubstrat 102 erstreckt, wobei die Graben-Isolationsstruktur 1062 eine Isolationsschicht 116 und eine leitende Füllung 118 aufweist. Die leitende Füllung 118 und die Halbleiterschicht 104 sind durch die Isolationsschicht 116 elektrisch isoliert. Die leitende Füllung 118 und das Halbleitersubstrat 102 sind an einem Boden 120 der Graben-Isolationsstruktur 1062 elektrisch verbunden, und die leitende Füllung 118 erstreckt sich vom Boden 120 der Graben-Isolationsstruktur 1062 bis zur Oberfläche 110 der Halbleiterschicht 104 in der vertikalen Richtung y. Somit dient die Graben-Isolationsstruktur 1062 in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht nur der elektrischen Isolierung benachbarter Bereiche der Halbleiterschicht, z.B. der elektrischen Isolierung der benachbarten Bereiche 1041, 1042 in 3, sondern ermöglicht zusätzlich eine elektrische Kontaktierung des Halbleitersubstrats 102 über einen Verdrahtungsbereich oberhalb der Oberfläche 110 der Halbleiterschicht 104. In diesem Verdrahtungsbereich sind beispielsweise Leiterbahnen und Kontakte wie Kontaktstöpsel und/oder Kontaktvias zur elektrischen Verdrahtung der in der Halbleiterschicht ausgebildeten Bauelemente ausgebildet. In den durch die Isolationsstruktur in der lateralen Richtung x voneinander elektrisch getrennten Bereichen der Halbleiterschicht 104, z.B. den ersten und zweiten Bereichen 1041, 1042, sind beispielsweise unterschiedliche Halbleiterbauelemente ausgebildet, z.B. aktive oder passive Bauelemente wie Transistoren, z.B. Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate (IGFET, insulated gate field effect transistor) wie MOSFETs (metal oxide semiconductor FETs), Bipolartransistoren (BJT, bipolar junction transistors), Dioden, Thyristoren, Widerstände, Kondensatoren, Induktivitäten.
  • Mit Bezug auf 4 sind Ausführungsbeispiele der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt, bei denen die Flachgrabenisolationsstruktur 108 einen inneren Bereich 122 und einen äußeren Bereich 124 aufweist, wobei sich der innere Bereich 122 tiefer in die Halbleiterschicht 104 erstreckt als der äußere Bereich 124. Der innere Bereich 122 kann hierbei, wie beispielhaft anhand einer ersten Flachgrabenisolationsstruktur 1081 veranschaulicht ist, über eine Stufe in den äußeren Bereich 124 der ersten Flachgrabenisolationsstruktur 1081 übergehen. Selbstverständlich kann die erste Flachgrabenisolationsstruktur 1081 auch mehrere Stufen aufweisen, die auch unterschiedlich hoch sein können. Ebenso kann der innere Bereich 122, wie beispielhaft anhand einer zweiten Flachgrabenisolationsstruktur 1082 veranschaulicht ist, über eine abgeschrägte Seitenwand in den äußeren Bereich 124 der ersten Flachgrabenisolationsstruktur 1081 übergehen. Ein Neigungswinkel α zwischen einer Normalen zur Oberfläche 110 und der Seitenwand kann hierbei variieren, z.B. in einem Bereich von 5° bis 60°.
  • Mit Bezug auf 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt, bei dem die Halbleitervorrichtung 100 eine elektrische Kontaktstruktur 126 aufweist, die an der Oberfläche 110 der Halbleiterschicht 104 mit dem ersten Bereich 1041 der Halbleiterschicht 104 elektrisch verbunden ist. Die elektrische Kontaktstruktur 126 ist in 5 in vereinfachter Weise dargestellt und kann ein oder mehrere leitende Materialien umfassen. Als leitende Materialien der Kontaktstruktur 126 seien beispielhaft Metalle, Metallsilizide, leitende Metall-haltige Verbindungen wie Metallnitride, Legierungen, hochdotierte Halbleiter wie hochdotiertes polykristallines Silizium oder auch eine beliebige Kombination dieser Materialien genannt. Die Kontaktstruktur 126 kann sich beispielsweise aus einem leitenden Element oder einer Kombination leitender Elemente eines Verdrahtungsbereichs zusammensetzen. Leitende Elemente eines Verdrahtungsbereichs umfassen unter anderem beispielsweise Kontaktstöpsel, Kontaktvias, Leiterbahnen oder Kontaktpads. Ein hoch dotiertes Kontaktanschlussgebiet 128 kann zur Herstellung eines niederohmigen elektrischen Kontakts zwischen der Kontaktstruktur 126 und der Halbleiterschicht 104 ausgebildet sein.
  • Mit Bezug auf 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Halbleitervorrichtung 100 dargestellt, bei dem der erste Bereich 1041 der Halbleiterschicht 104 durchgängig vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, so dass innerhalb des ersten Bereichs 1041 keine gegendotierten Halbleitergebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind. Somit ist der erste Bereich 1041 ausschließlich dem Widerstand 112 zugeordnet und dient der Einstellung der Spannungsbelastbarkeit des Widerstands 112.
  • In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Kontaktstruktur 126 mit einem Zwischenabgriff 129 des elektrischen Widerstands 112 elektrisch verbunden sein. Die elektrische Verbindung ist beispielhaft mit einer gestrichelten Linie 132 veranschaulicht. Dies ermöglicht eine Vergrößerung der Spannungsfestigkeit des elektrischen Widerstands 112 dadurch, dass während des Betriebs der Halbleitervorrichtung 100 ein Potential der Halbleiterschicht 104 im ersten Bereich 1041 auf ein Zwischenpotential des elektrischen Widerstands 112 gelegt werden kann. Liegen beispielsweise an den beiden Anschlüssen des elektrischen Widerstands 0V und 100V an und beträgt das Zwischenpotential 50V, so beträgt der maximale Spannungsabfall über der Flachgrabenisolationsstruktur 50V und nicht etwa 100V wie dies der Fall wäre, wenn der erste Bereich 1041 auf einem Potential von 0V liegt. Die Kontaktstruktur 126 kann alternativ auch mit einem Ausgang A einer Referenzspannungsschaltung 130 elektrisch verbunden sein. Die elektrische Verbindung ist beispielhaft mit einer gestrichelten Linie 134 veranschaulicht. Die Referenzspannungsschaltung 130 kann auf vielfältige Weise realisiert sein und hinsichtlich des Schaltungsaufwands an die Anforderungen in der Anwendung abgestimmt sein. Beispielsweise kann die Referenzspannungsschaltung 130 eingerichtet sein, ein Zwischenpotential auch bei schnellen Spannungspulsen bereit zu stellen. Gemäß den in 7A und 7B gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die Referenzspannungsschaltung 130 einen resistiven Spannungsteiler (vgl. 7A) oder einen kapazitiven Spannungsteiler (vgl. 7B). Widerstandswerte von Widerständen R1 und R2 des resistiven Spannungsteilers als auch die Kapazitäten der Kondensatoren C1, C2 des kapazitiven Spannungsteilers können so relativ zueinander eingestellt werden, dass am Ausgang A während des Betriebs ein gewünschtes Zwischenpotential für den ersten Bereich 1041 zur Verfügung steht. Versorgungsanschlüsse V1, V2 der Referenzspannungsschaltung 130 können beispielsweise im Betrieb der Halbleitervorrichtung 100 mit Masse, GND, sowie einer Versorgungsspannung VS verbunden sein.
  • Mit Bezug auf 8 ist ein nicht erfindungsgemäßes Beispiel der Halbleitervorrichtung 100 erläutert, bei dem die Halbleiterschicht 104 eine erste Teilschicht 1045 und eine zweite Teilschicht 1046 aufweist. Die erste Teilschicht 1045 ist zwischen der zweiten Teilschicht 1046 und dem Halbleitersubstrat 102 ausgebildet und höher dotiert als die zweite Teilschicht 1046. Ein Dotierstoffniveau und ein Dotierstoffprofil der ersten Teilschicht 1045 kann hierbei beispielsweise hinsichtlich einer gewünschten Sperrspannungsklasse des elektrischen Durchbruchs zum Halbleitersubstrat 102 sowie einer gewünschten Unterdrückung eines parasitären Bipolartransistors zum Halbleitersubstrat 102 mit der Halbleiterschicht 104 als Basis eingestellt werden. Ein Dotierstoffniveau und ein Dotierstoffprofil der zweiten Teilschicht 1046 kann beispielsweise hinsichtlich der in dieser Schicht zu realisierenden Bauelemente eingestellt werden. Die Unterteilung der Halbleiterschicht 104 in die erste Teilschicht 1045 und die zweite Teilschicht 1046 lässt sich auf sämtliche in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispiele übertragen.
  • Beispielsweise sind ein vertikales Dotierstoffprofil der Halbleiterschicht 104 und ein vertikales Dotierstoffprofil des Halbleitersubstrats 102 derart eingerichtet, dass eine Durchbruchspannung zwischen dem Halbleitersubstrat 102 und der Halbleiterschicht 104 in einem Bereich von 20V bis 250V liegt, oder in einem Bereich von 90V bis 150V.
  • Die in dem nicht erfindungsgemäßen Beispiel der 8 gezeigte Übergangs-Isolationsstruktur 1061 weist einen sich in der lateralen Richtung x erstreckenden Bereich auf, der von unten an einen Boden des ersten Bereichs 1041 der Halbleiterschicht 104 angrenzt und damit eine umfängliche elektrische Isolierung ermöglicht.
  • Der elektrische Widerstand 112 ist auf der Flachgrabenisolationsstruktur 108 ausgebildet und durch die Kontaktstrukturen P1 und P2 elektrisch kontaktiert. Eine Kontaktstruktur P3 dient der elektrischen Verbindung der Flachgrabenisolationsstruktur 108 mit einem umgebenden Teil der Halbleiterschicht 104.
  • Die Kontaktstrukturen 126, P1, P2, P3 erstrecken sich durch ein Zwischenschichtdielektrikum 136.
  • Mit Bezug auf 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines integrierten Schaltkreises 101 in vereinfachter Weise dargestellt. Der integrierte Schaltkreises 101 umfasst einen Analogschaltungsteil 138, einen Digitalschaltungsteil 140, einen Leistungsschaltungsteil 142, wobei der elektrische Widerstand 112 der Halbleitervorrichtung 100 nach einem der vorangehenden Ausführungsbeispiele in einem der Schaltungsteile 138, 140, 142 ausgebildet sein kann. Der integrierte Schaltkreis 101 ist beispielsweise ein Ein- oder Mehrkanalschalter, eine Motorbrücke, ein Motortreiberschaltkreis, ein DC/DC Spannungswandler, eine CAN- oder LIN-Transceiver, oder ein Spannungsregler.

Claims (13)

  1. Halbleitervorrichtung (100), die aufweist: ein Halbleitersubstrat (102) von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine Halbleiterschicht (104) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf dem Halbleitersubstrat (102), wobei der zweite Leitfähigkeitstyp verschieden ist vom ersten Leitfähigkeitstyp; eine Isolationsstruktur (106), die einen ersten Bereich (1041) der Halbleiterschicht (104) von einem zweiten Bereich (1042) der Halbleiterschicht (104) elektrisch isoliert; eine Flachgrabenisolationsstruktur (108), die sich von einer Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) in den ersten Bereich (1041) der Halbleiterschicht (104) vertikal erstreckt; und einen elektrischen Widerstand (112) auf der Flachgrabenisolationsstruktur (108), wobei die Isolationsstruktur (106) eine Graben-Isolationsstruktur (1062) ist, die sich von der Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) durch die Halbleiterschicht (104) in das Halbleitersubstrat (102) erstreckt, wobei die Graben-Isolationsstruktur (1062) eine Isolationsschicht (116) und eine leitende Füllung (118) aufweist; die Isolationsschicht (116) die leitende Füllung (118) und die Halbleiterschicht (104) elektrisch isoliert; und die leitende Füllung (118) und das Halbleitersubstrat (102) an einem Boden (120) der Graben-Isolationsstruktur (1062) elektrisch verbunden sind, und die leitende Füllung (118) sich vom Boden (120) der Graben-Isolationsstruktur (1062) bis zur Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) in einer vertikalen Richtung (y) erstreckt.
  2. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der elektrische Widerstand (112) direkt an die Flachgrabenisolationsstruktur (108) angrenzt, und eine laterale Ausdehnung (w1) der Flachgrabenisolationsstruktur (108) größer ist als eine laterale Ausdehnung (w2) des elektrischen Widerstands (112), so dass der elektrische Widerstand (112) gänzlich auf der Flachgrabenisolationsstruktur (108) ausgebildet ist.
  3. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Flachgrabenisolationsstruktur (108) einen inneren Bereich (122) und einen äußeren Bereich (124) aufweist, wobei sich der innere Bereich (122) tiefer in die Halbleiterschicht (104) erstreckt als der äußere Bereich (124).
  4. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die eine elektrische Kontaktstruktur (126) aufweist, die an der Oberfläche (110) der Halbleiterschicht (104) mit dem ersten Bereich (1041) der Halbleiterschicht (104) elektrisch verbunden ist.
  5. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei der erste Bereich (1041) der Halbleiterschicht (104) durchgängig vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist, so dass innerhalb des ersten Bereichs (1041) keine gegendotierten Halbleitergebiete vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgebildet sind.
  6. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Kontaktstruktur (126) mit einem Zwischenabgriff (129) des elektrischen Widerstands (112) elektrisch verbunden ist.
  7. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Kontaktstruktur (126) mit einer Referenzspannungsschaltung (130) elektrisch verbunden ist.
  8. Halbleitervorrichtung (100) nach Anspruch 7, wobei die Referenzspannungsschaltung (130) einen resistiven oder einen kapazitiven Spannungsteiler umfasst.
  9. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Flachgrabenisolationsstruktur (108) ein Oxid aufweist, und eine maximale Dicke (d) der Flachgrabenisolationsstruktur (108) in einem Bereich von 50nm bis 600nm liegt.
  10. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschicht (104) eine erste Teilschicht (1045) und eine zweite Teilschicht (1046) aufweist, die erste Teilschicht (1045) zwischen der zweiten Teilschicht (1046) und dem Halbleitersubstrat (102) ausgebildet ist und höher dotiert ist als die zweite Teilschicht (1046).
  11. Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein vertikales Dotierstoffprofil der Halbleiterschicht (104) und ein vertikales Dotierstoffprofil des Halbleitersubstrats (102) derart eingerichtet sind, dass eine Durchbruchspannung zwischen dem Halbleitersubstrat (102) und der Halbleiterschicht (104) in einem Bereich von 20V bis 250V liegt.
  12. Integrierter Schaltkreis (101), der einen Analogschaltungsteil (138), einen Digitalschaltungsteil (140), einen Leistungsschaltungsteil (142) sowie die Halbleitervorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
  13. Integrierter Schaltkreis (101) nach Anspruch 12, wobei der integrierte Schaltkreis ein Ein- oder Mehrkanalschalter, eine Motorbrücke, ein Motortreiberschaltkreis, ein DC/DC Spannungswandler, eine CAN- oder LIN-Transceiver, oder ein Spannungsregler ist.
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