DE102019000165B4

DE102019000165B4 - Halbleitersensorstruktur

Info

Publication number: DE102019000165B4
Application number: DE102019000165.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Cornils; Maria-Cristina Vecchi
Original assignee: TDK Micronas GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2024-06-27
Anticipated expiration: 2039-01-15
Also published as: DE202019004505U1; CN111435700B; US20200256931A1; DE102019000165A1; CN111435700A; US11125838B2

Abstract

Halbleitersensorstruktur (WF) mit einer Oberseite (OS) und einer Unterseite (US) aufweisend eine erste Halbleiterscheibe (WF1), wobei- die erste Halbleiterscheibe (WF1) eine Halbleiterschicht (HLS) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer vergrabenen Vorderseite (VS1) und einer die Oberseite (OS) ausbildenden Rückseite (RS1) aufweist,- in der Halbleiterschicht (HLS) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) eine dreidimensionale Hallsensorstruktur (HSENS) mit einem Sensorgebiet ausgebildet ist, wobei- das Sensorgebiet aus einem sich von der Rückseite (RS1) zu der Vorderseite (VS1) der Halbleiterschicht (HLS) erstreckenden monolithischen Halbleiterkörper (HLK) besteht,- im Bereich des Halbleiterkörpers (HLK) auf der Vorderseite (VS1) wenigstens drei zueinander beabstandete erste metallische Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) und auf der Rückseite (RS1) wenigstens drei zueinander beabstandete zweite metallische Anschlusskontakte (K2.1, K2.2, K2.3) ausgebildet sind,- in einer Projektion senkrecht zu der Vorderseite (VS) die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) gegenüber den zweiten Anschlusskontakten (K2.1, K2.2, K2.3) versetzt angeordnet sind,- jeder erste Anschlusskontakt (K1.1, K1.2, K1.3) und jeder zweite Anschlusskontakt (K2.1, K2.2, K2.3) jeweils auf einem hochdotierten Halbleiterkontaktgeblet (KG) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist,- die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1,2, K1.3) und die zweiten Anschlusskontakte (K2.1, K2.2, K2.3) jeweils bezüglich einer auf der Vorderseite (VS1) und auf der Rückseite (RS1) des Halbleiterkörpers (HLK) senkrecht stehenden Symmetrieachse (S) eine mehrzähllge Rotationssymmetrie aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass- der Halbleiterkörper (HLK) mittels einer umlaufenden Grabenstruktur (TR) von der übrigen Halbleiterschicht (HLS) elektrisch isollert ist,- die Halbleltersensorstruktur (WF) eine zweite Halbleiterscheibe (WF2) und eine isollerende Schicht (OXS) aufweist, wobei- die zweite Halbleiterscheibe (WF2) eine Substratschicht (SUB) mit einer die Unterseite (US) ausbildenden Rückseite (RS2), einer vergrabenen Vorderseite (VS2) und einer an der Vorderseite (VS2) ausgebildeten integrierten Schaltung (IC) mit mindestens einem auf der Vorderseite (VS2) ausgebildeten metallischen Anschlusskontakt (K) aufweist, wobei der wenigstens eine metallische Anschlusskontakt (K) außerhalb der Hallsensorstruktur (HSENS) angeordnet ist und ein Leiterbahnabschnitt umfasst,- die Vorderseite (VS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) auf der isolierenden Schicht (OXS) und die Vorderseite (VS2) der zweiten Halbleiterscheibe (WF2) unter der isolierenden Schicht (OXS) ausgebildet sind,- die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K.1.3) der Hallsensorstruktur (HSENS) und die Anschlusskontakte (K) der integrierten Schaltung (IC) jeweils mittels einer Silizium-Durchkontaktierung (TSV) von der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) elektrisch angeschlossen sind, und die Durchkontaktierungen (TSV) jeweils als mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllter Graben ausgebildet sind und in einem außerhalb des Sensorgebiets (HSENS) liegenden Teil der ersten Halbleiterscheibe (WF1) und in einer Projektion senkrecht zu der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) oberhalb der ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) der Hallsensorstruktur (HSENS) und oberhalb der Anschlusskontakte (K) der integrierten Schaltung von der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) bis zu dem jeweiligen Anschlusskontakt (K1.1, K1.2, K1.2, K) reichen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleitersensorstruktur und ein Halbleitersensorstrukturherstellungsverfahren, wobei die Halbleitersensorstruktur eine erste Halbleiterscheibe und eine zweite Halbleiterscheibe umfasst.
Aus der DE 10 2013 209 514 A1 ist ein dreidimensionaler Hallsensor zum Detektieren eines räumlichen Magnetfelds bekannt, wobei ein Halbleiterkörper mindestens drei Elektrodenpaare aufweist, jedes Elektrodenpaar einen ersten Anschluss an einer Oberseite des Halbleiterkörpers und einen zweiten Anschluss an einer Unterseite des Halbleiterkörpers aufweist und mindestens drei Paare von Elektrodenpäareh mindestens drei Vierkontaktstrukturen bilden, welche die Messung jeweils einer räumlichen Komponente des Magnetfelds unter Nutzung des Halleffekts ermöglichen.
Aus „Isotropic 3D Silicon Hall Sensor", Christian Sander et al., 28th IEEE Int. Conference on MEMS, 2015, 893-896 sowie aus „Monolithic Isotropic 3D Silicon Hall Sensor", Christian Sander et al., Sensors and Actuators A, Vol. 247, 2016, 587-597 ist ein Aufbau umfassend eine 3D-Hallsensorstruktur auf einer Leiterplatte bekannt.
Aus „Handbook öf 3D integration: technology and applications of 3D integrated circuits", P. Garrou et al, Vol. 1, Weinheim: Wiley, 2008, 525-44 und S. 223-248, Kapitel 3 und 12, ISBN 978-527-32034-9 sind verschiedene Verfahren zum Stapeln von IC bekannt, wobei die ICs vollflächig verbunden und mittels Durchgangskontaktlöchern angeschlossen werden.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch eine Halbleitersensorstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Halbleitersensorstrukturherstellungsverfahren ge-mäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird eine Halbleitersensorstruktur mit einer Oberseite und einer Unterseite aufweisend eine erste Halbleiterscheibe, eine zweite Halbleiterscheibe und eine isolierende Schicht bereitgestellt.
Die erste Halbleiterscheibe weist eine Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer vergrabenen Vorderseite und einer die Oberseite ausbildenden Rückseite auf.
Die zweite Halbleiterscheibe umfasst eine Substratschicht mit einer die Unterseite ausbildenden Rückseite und einer vergrabenen Vorderseite und einer an der Vorderseite ausgebildeten integrierten Schaltung mit mindestens einem auf der Vorderseite ausgebildeten metallischen Anschlusskontakt. Vorzugsweise weist die integrierte Schaltung eine Vielzahl von metallischen Anschlusskontakten auf.
Die Vorderseite der ersten Halbleiterscheibe und die Vorderseite der zweiten Halbleiterscheibe sind jeweils auf der isolierenden Schicht ausgebildet.
In der Halbleiterschicht der ersten Halbleiterscheibe ist eine dreidimensionale Hallsensorstruktur mit einem Sensorgebiet ausgebildet, wobei das Sensorgebiet aus einem sich von der Rückseite zu der Vorderseite der Silizium-Halbleiterschicht erstreckenden monolithischen Halbleiterkörper besteht und im Bereich des Halbleiterkörpers auf der Vorderseite wenigstens drei zueinander beabstandete erste metallische Anschlusskontakte und auf der Rückseite wenigstens drei zueinander beabstandete zweite metallische Anschlusskontakte ausgebildet sind.
In einer Projektion senkrecht zu der Vorderseite sind die ersten Anschlusskontakte gegenüber den zweiten Anschlusskontakten versetzt angeordnet, wobei jeder erste Anschlusskontakt und jeder zweite Anschlusskontakt jeweils auf einem hochdotierten Halbleiterkontaktgebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist und die ersten Anschlusskontakte und die zweiten Anschlusskontakte jeweils bezüglich einer auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Halbleiterkörpers senkrecht stehenden Symmetrieachse eine mehrzählige Rotationssymmetrie aufweisen.
Die mindestens drei ersten metallischen Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur und der mindestens eine Anschlusskontakt der integrierten Schaltung sind jeweils von der Rückseite der ersten Halbleiterscheibe oder von der Rückseite der zweiten Halbleiterscheibe elektrisch angeschlossen.
Es versteht sich, dass die ersten Anschlusskontakte gegenüber den zweiten Anschlusskontakten deshalb versetzt angeordnet sind, da die zugehörigen hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete der ersten Anschlusskontakte gegenüber den zugehörigen hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete der zweiten Anschlusskontakte versetzt angeordnet sind.
Die Vorderseite der ersten Halbleiterscheibe ist auf der Vorderseite der zweiten Halbleiterscheibe angeordnet und die beiden Halbleiterscheiben sind mittels Waferbond zu der Halbleitersensorstruktur verbunden.
Wenigstens ein metallischer Anschlusskontakt der integrierten Schaltung ist mit einem ersten oder zweiten Anschlusskontakt der Hallsensorstruktur elektrisch verschaltet, so dass eine elektrische Wirkverbindung zwischen der Hallsensorstruktur und der integrierten Schaltung ausgebildet wird.
Es sei angemerkt, dass unter dem Ausdruck isotroper Hallsensor eine sogenannte 3D- oder drei-dimensionale Hallsensorstruktur verstanden wird, die in allen drei Raumrichtungen eine zusammenhängende Ausdehnung innerhalb des Halbleiterkörpers aufweist und wobei sich mittels der Hallsensorstruktur alle drei Komponenten eines Magnetfeldes bestimmen lassen.
Es versteht sich, dass die Ausbildung der hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete vorzugsweise mittels eines Implantationsschritts erfolgt, wobei die Dosis oberhalb 10e15 N/cm² liegt.
In der Halbleitersensorstruktur sind somit ein 3D-Hallsensor-Wafer und ein weiterer eine integrierte Schaltung umfassender Wafer, z.B. gemäß CMOS-Technologie, kombiniert wobei die beiden Wafer bzw. Halbleiterscheiben mittels Waferbond miteinander verbunden sind. Hierdurch lassen sich kompakte und sehr empfindliche Hallsensoren kostengünstig und zuverlässig herstellen.
Die ersten Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur sind in einer Richtung parallel zu der Vorderseite der Halbleiterschicht aus dem Sensorgebiet hinausgeführt, wodurch eine Kontaktierung von der Rückseite der ersten Halbleiterscheibe mittels Silizium-Durchkontaktierungen außerhalb des Sensorgebiets möglich ist. Auch Anschlusskontakte der integrierten Schaltung, welche von der Rückseite der ersten Halbleiterscheibe verschaltet werden, sind in einer Projektion senkrecht zu der Rückseite der Halbleiterschicht außerhalb des Sensorgebiets angeordnet oder zumindest aus dem Sensorgebiet hinausgeführt.
Die erfindungsgemäße Halbleitersensorstruktur stellt eine monolithische Ausführungsform eines isotropen Hallsensors dar, welche in CMOS-Technologie hergestellt werden kann. Durch die Integration mit der Schaltungstechnik wird das Bauelement besonders kompakt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Halbleiterkörper mittels einer umlaufenden Grabenstruktur von der übrigen Halbleiterschicht elektrisch isoliert.
Es versteht sich hierbei, dass die Grabenstruktur, die auch als Trench bezeichnet wird, von den ersten Anschlusskontakten und den zweiten Anschlusskontakten beabstandet angeordnet ist. Auch versteht es sich, dass der Halbleiterkörper bzw. die Sensorstruktur zwar von der übrigen Halbleiterschicht elektrisch isoliert ist, jedoch sind die ersten Anschlusskontakte und die zweiten Anschlusskontakte vorzugsweise mittels Leiterbahnen mit der integrierten Schaltung verbunden.
Vorzugsweise ist die Tiefe der Grabenstruktur derart ausgebildet, dass die Grabenstruktur die Halbleiterschicht durchtrennt. Anders ausgedrückt, die Tiefe der Grabenstruktur entspricht der Dicke der Halbleiterschicht. Vorzugsweise weist die Grabenstruktur an den Seitenwänden ganzflächig umlaufend eine SiO₂ Schicht auf. Zwischen den Seitenwänden ist vorzugsweise ein dotiertes Polysilizium ausgebildet, wobei das Polysilizium zweckmäßigerweise mit einem Bezugspotential verschaltet ist.
Vorzugsweise ist der Halbleiterkörper bzw. das Sensorgebiet als hexagonales Prisma ausgebildet. In einer Weiterbildung weist der Halbleiterkörper eine andere Form auf.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Halbleiterkörper in dem Sensorgebiet eine Dicke zwischen 2µm und 50µm oder zwischen 2µm und 30µm auf. In dem Sensorgebiet umfasst das Verhältnis von Dicke zu Länge des Halbleiterkörpers vorzugsweise einen Bereich zwischen 0,6 bis 1,4 oder einen Bereich zwischen 0,8 bis 1,2. Vorzugsweise ist die Dicke des Halbleiterkörpers zumindest innerhalb des Sensorgebietes konstant. Insbesondere ist die Fläche an der Vorderseite des Halbleiterkörpers zu der Fläche an der Rückseite zumindest im Bereich des Sensorgebiets nahezu vollständig oder vollständig zueinander parallel und plan ausgebildet. Es sei angemerkt, dass unter nahezu vollständig ein Wert oberhalb von 90% verstanden wird.
Nicht erfindungsgemäß umfassen die jeweils zweiten Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur ein hochdotiertes Polysilizium von einem zweiten Leitfähigkeitstyp.
In einer anderen Ausführungsform weist die Halbleiterschicht außerhalb der Hallsensorstruktur Gebiete von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist der erste Leitfähigkeitstyp p und der zweite Leitfähigkeitstyp n oder vice versa.
In einer anderen Weiterbildung weisen die ersten Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur und die Anschlusskontakte der integrierten Schaltung jeweils einen Durchmesser von mindestens 10µm oder mindestens 20µm oder mindestens 80µm auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die ersten Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur und die Anschlusskontakte der integrierten Schaltung jeweils mittels einer Silizium-Durchkontaktierung von der Rückseite der ersten Halbleiterscheibe oder von der Rückseite der zweiten Halbleiterscheibe angeschlossen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung umfasst ein Halbleitersensorstrukturherstellungsverfahren mit einer ersten Halbleiterscheibe, einer zweiten Halbleiterscheibe und einer isolierenden Schicht der vorbeschriebenen Art zumindest folgende Prozessabschnitte:

In einem ersten Prozessabschnittsbereich werden auf einer ersten Halbleiterscheibe aufweisend eine Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer Vorderseite und einer Rückseite in einer Vielzahl von Prozessschritten auf der Vorderseite mittels Implantation wenigstens drei hochdotierte erste Halbleiterkontaktegebiete von dem zweiten Leitfähigkeitstyp hergestellt und es wird auf jedem Kontaktgebiet ein erster Anschlusskontakt angeordnet.

In einem zweiten Prozessabschnittsbereich wird auf einer zweiten Halbleiterscheibe aufweisend eine Substratschicht mit einer Rückseite und einer Vorderfläche in einer Vielzahl von Prozessschritten auf der Vorderseite eine integrierte Schaltung mit mindestens einem metallischen Anschlusskontakt auf der Vorderseite hergestellt.
In einem dritten Prozessabschnittsbereich wird die Vorderseite der ersten Halbleiterscheibe mit der Vorderseite der zweiten Halbleiterscheibe gefügt, wobei nach dem Fügen die isolierende Schicht zwischen der ersten Halbleiterscheibe und der zweiten Halbleiterscheibe ausgebildet ist, so dass durch das Fügen die Rückseite der ersten Halbleiterscheibe zu einer Oberseite der Halbleitersensorstruktur und die Rückseite der zweiten Halbleiterscheibe zu einer Unterseite der Halbleitersensorstruktur wird und die Vorderseite der ersten Halbleiterscheibe sowie die Vorderseite der zweiten Halbleiterscheibe jeweils zu einer vergrabenen Fläche werden.
In einem vierten Prozessabschnittsbereich wird die Rückseite der ersten Halbleiterscheibe gedünnt. Nach dem Dünnen werden in einer Vielzahl von Prozessschritten auf der gedünnten Rückseite mittels Implantation wenigstens drei hochdotierte zweite Halbleiterkontaktegebiete von dem zweiten Leitfähigkeitstyp hergestellt und auf jedem Kontaktgebiet wird ein zweiter Anschlusskontakt angeordnet, wobei in einer Projektion senkrecht zu der Vorderseite die ersten hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete gegenüber den zweiten hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete versetzt sind und die ersten Halbleiterkontaktgebiete und die zweiten Halbleiterkontaktgebiete jeweils eine mehrzählige Rotationssymmetrie bezüglich einer auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Halbleiterkörpers senkrecht sehenden Symmetrieachse aufweisen.
Es versteht sich, dass durch die Bezeichnungen „erster Prozessabschnittsbereich“, „zweiter Prozessabschnittsbereich“ usw. keine zeitliche Abfolge vorgegeben wird.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird der vierte Prozessabschnittsbereich vor oder nach dem dritten Prozessabschnittsbereich durchgeführt.
Gemäß einer anderen Ausführungsform wird in einem fünften Prozessabschnittsbereich auf der Rückseite der Halbleiterschicht eine das Sensorgebiet vollständig umschließende Grabenstruktur ausgebildet.
Nicht erfindungsgemäß wird während des ersten Prozessabschnittsbereichs zum Anschluss der hochdotierten Kontaktgebiete mit den ersten Anschlusskontakten ein dotiertes.Polysilizium abgeschieden und strukturiert.
Gemäß einer Weiterbildung wird das strukturierte Polysilizium mittels eines Dielektrikums abgedeckt.
In einer alternativen Ausführungsform wird in einem sechsten Prozessabschnittsbereich in einem außerhalb des Sensorgebiets liegenden Teil der ersten Halbleiterscheibe und in einer Projektion senkrecht zu der Rückseite der ersten Halbleiterscheibe jeweils oberhalb der ersten Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur und oberhalb der Anschlusskontakte der integrierten Schaltung ein von der Rückseite der ersten Halbleiterscheibe bis zu dem jeweiligen Anschlusskontakt reichender Graben ausgebildet und mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt.
Gemäß eines alternativen sechsten Prozessabschnittsbereichs wird in einem außerhalb des Sensorgebiets liegenden Teil der ersten Halbleiterscheibe und in einer Projektion senkrecht zu der Rückseite der zweiten Halbleiterscheibe jeweils unterhalb der ersten Anschlusskontakte der Hallsensorstruktur und unterhalb der Anschlusskontakte der integrierten Schaltung ein von der Rückseite der zweiten Halbleiterscheibe bis zu dem jeweiligen Anschlusskontakt reichender Graben ausgebildet und mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt.
In einer anderen Ausführungsform wird in dem vierten Prozessabschnittsbereich mittels eines CMP-Prozesses eine Halbleiterschicht mit einer Dicke zwischen 2 µm und 50µm oder zwischen 5µm und 30µm oder mit einer Dicke kleiner als 100µm ausgebildet.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellten Ausführungsformen sind stark schematisiert, d.h. die Abstände und die lateralen und die vertikalen Erstreckungen sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben, auch keine ableitbaren geometrischen Relationen zueinander auf. Darin zeigt:

1 einen schematischen Schichtaufbau einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Halbleitersensorstruktur,
2 eine schematische Aufsicht auf die erste Ausführungsform der Halbleitersensorstruktur,
3 eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des vierten und fünften Prozessabschnitts
4 eine schematische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des sechsten Prozessabschnitts.

Die Abbildung der 1 zeigt einen schematischen Schichtaufbau einer ersten Ausführungsform. Die Abbildung der 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf die erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Halbleitersensorstruktur WF aus einer ersten Halbleiterscheibe WF1, einer zweiten Halbleiterscheibe WF2 und einer als Oxidschicht ausgebildeten isolierenden Schicht OXS. Innerhalb der isolierenden Schicht OXS verläuft die Fläche FB an der die beiden Halbleiterscheiben WF1 und WF2 gefügt sind.
Die zweite Halbleiterscheibe WF2 weist eine an einer Rückseite RS2 ausgebildete Substratschicht SUB und eine an einer Vorderseite VS2 ausgebildete integrierten Schaltung IC, beispielsweise einen Transistor, mit mehreren auf der Vorderseite VS2 ausgebildeten metallischen Anschlusskontakten Kauf.
Die Rückseite RS2 der Substratschicht SUB bildet eine Unterseite US der Halbleitersensorstruktur WF aus. Die Vorderseite VS2 ist bis auf jeweils einen Teil der Anschlusskontakte K von einem ersten Teil der isolierenden Schicht OXS bedeckt.
Die erste Halbleiterscheibe weist eine Halbleiterschicht HLS von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer Vorderseite VS1 und einer Rückseite RS1 auf. In der Halbleiterschicht HLS ist eine drei dimensionale Hallsensorstruktur HSENS mit einem Sensorgebiet ausgebildet. Das Sensorgebiet besteht aus einem sich von der Rückseite RS1 zu der Vorderseite VS1 der Halbleiterschicht HLS erstreckenden monolithischen Halbleiterkörper HLK. Der Halbleiterkörper HLK ist mittels einer umlaufenden Grabenstruktur TR von der übrigen Halbleiterschicht HLS elektrisch isoliert und weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen sechseckigen Querschnitt auf. Gemäß alternativen Ausführungsformen weist die Halbleiterschicht HLS bzw. die Grabenstruktur TR beispielsweise einen viereckigen oder einen achteckigen Querschnitt auf, wobei Untersuchungen zeigten, dass der sechseckige Querschnitt eine bevorzugte Ausführungsform darstellt.
Auf der Vorderseite VS1 der Halbleiterschicht HLS sind drei zueinander beabstandete erste metallische Anschlusskontakte K1.1, K1.2, K1.3 ausgebildet und auf der Rückseite RS1 sind drei zueinander beabstandete zweite metallische Anschlusskontakte K2.1, K2.2, K2.3 ausgebildet, wobei in einer Projektion senkrecht zu der Vorderseite VS1 die ersten Anschlusskontakte K1.1, K1.2, K1.3 gegenüber den zweiten Anschlusskontakten K2.1, K2.2, K2.3 versetzt sind. Außerdem weisen die ersten Anschlusskontakte K1.1, K1.2, K1.3 auf der Vorderseite VS1 und die zweiten Anschlusskontakte K2.1, K2.2, K2.3 auf der Rückseite RS1 jeweils eine dreizählige Rotationssymmetrie bezüglich einer auf der Vorderseite VS1 und auf der Rückseite RS1 des Halbleiterkörpers HLK senkrecht sehenden Symmetrieachse S auf.
Jeder erste Anschlusskontakt K1.1, K1.2, K1.3 und jeder zweite Anschlusskontakt K2.1, K2.2, K2.3 ist jeweils auf einem hochdotierten Halbleiterkontaktgebiet KG von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet. Es versteht sich, dass die den Anschlusskontakten zugeordneten hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete gegeneinander verdreht angeordnet sind.
Die Halbleiterkontaktgebiete KG sind nahe an der Grabenstruktur TR und vorzugsweise in den Ecken der hexagonalen Struktur angeordnet.
Die Vorderseite VS1 ist von einem zweiten Teil der isolierenden Schicht OXS bedeckt und die Rückseite RS1 ist von einer weiteren isolierenden Schicht OXS2 bedeckt, wobei die isolierenden Schichten OXS und OXS2 die ersten und zweiten Anschlusskontakte K1.1, K1.2, K1.3, K2.1, K2.2, K2.3 jeweils nur teilweise umschließen.
Die ersten Anschlusskontakte K1.1, K1.2, K1.3 der Hallsensorstruktur HSENS und die Anschlusskontakte K der integrierten Schaltung IC sind mittels Silizium-Durchkontaktierungen TSV an die Oberseite OS der Halbleiterstruktur WF herausgeführt bzw. von der Oberseite OS der Halbleitersensorstruktur WF angeschlossen.
In der Abbildung der 3 ist eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform eines vierten Prozessabschnittsbereichs dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Abbildung der 1 erläutert.
Nach dem Herstellen der zweiten Halbleiterscheibe WF2, dem Herstellen der hochdotierten Halbleiterkontaktgebiete KG auf der Vorderseite VS1 der ersten Halbleiterscheibe WF1, dem Anordnen der ersten Anschlusskontakte K1.1, K1.2, K1.3 auf den Kontaktgebieten KG wird in einem dritten Prozessabschnittsbereich die Vorderseite VS1 der ersten Halbleiterscheibe auf die Vorderseite VS2 der zweiten Halbleiterscheibe gebondet, wobei die isolierende Schicht OXS zwischen den beiden Halbleiterscheiben WF1 und WF2 aus zwei jeweils auf der Vorderseite VS1 der ersten Halbleiterscheibe WF1 und der Vorderseite VS2 der zweiten Halbleiterscheibe WF2 aufgebrachten isolierenden Teilschichten entsteht.
Anschließend wird in einem vierten Prozessabschnittsbereich die Halbleiterschicht HLS der ersten Halbleiterscheibe WF1 von der Rückseite RS1 her gedünnt.
Danach wird eine von der Rückseite RS1 der Halbleiterschicht HLS der ersten Halbleiterscheibe WF1 bis zu der Vorderseite VS1 der Halbleiterschicht HLS reichende Grabenstruktur TR erzeugt.
Weitere Prozessabschnittsbereiche einer ersten Ausführungsform sind in der 4 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu den Abbildungen der 1 und 3 erläutert.
Auf der gedünnten Rückseite RS1 der ersten Halbleiterscheibe werden entsprechend dem ersten Prozessabschnittsbereich hochdotierte Kontaktgebiete KG hergestellt.
Anschließend wird für jeden ersten Anschlusskontakt K1.1, K1.2, K1.3 der Hallsensorstruktur HSENS und die Anschlusskontakte K der integrierten Schaltung jeweils ein von der Rückseite RS1, bzw. von einer auf der Rückseite RS1 ausgebildeten dünnen Oxidschicht bis zu dem jeweiligen Anschlusskontakt K1.1, K1.2 und K1.3 reichender Graben TRK erzeugt.
Danach werden die zweiten Anschlusskontakte K2.1, K2.2, K2.3 auf den hochdotierten Kontaktgebieten KG angeordnet, in den Gräben TRK jeweils eine Silizium-Durchkontaktierungen TSV erzeugt und eine die Kontakte K2.1, K2.2 und K2.3 sowie die Silizium-Durchkontaktierungen TSV frei lassende weitere isolierende Schicht OXS2 aufgebracht.

Claims

Halbleitersensorstruktur (WF) mit einer Oberseite (OS) und einer Unterseite (US) aufweisend eine erste Halbleiterscheibe (WF1), wobei - die erste Halbleiterscheibe (WF1) eine Halbleiterschicht (HLS) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer vergrabenen Vorderseite (VS1) und einer die Oberseite (OS) ausbildenden Rückseite (RS1) aufweist, - in der Halbleiterschicht (HLS) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) eine dreidimensionale Hallsensorstruktur (HSENS) mit einem Sensorgebiet ausgebildet ist, wobei - das Sensorgebiet aus einem sich von der Rückseite (RS1) zu der Vorderseite (VS1) der Halbleiterschicht (HLS) erstreckenden monolithischen Halbleiterkörper (HLK) besteht, - im Bereich des Halbleiterkörpers (HLK) auf der Vorderseite (VS1) wenigstens drei zueinander beabstandete erste metallische Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) und auf der Rückseite (RS1) wenigstens drei zueinander beabstandete zweite metallische Anschlusskontakte (K2.1, K2.2, K2.3) ausgebildet sind, - in einer Projektion senkrecht zu der Vorderseite (VS) die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) gegenüber den zweiten Anschlusskontakten (K2.1, K2.2, K2.3) versetzt angeordnet sind, - jeder erste Anschlusskontakt (K1.1, K1.2, K1.3) und jeder zweite Anschlusskontakt (K2.1, K2.2, K2.3) jeweils auf einem hochdotierten Halbleiterkontaktgeblet (KG) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp ausgebildet ist, - die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1,2, K1.3) und die zweiten Anschlusskontakte (K2.1, K2.2, K2.3) jeweils bezüglich einer auf der Vorderseite (VS1) und auf der Rückseite (RS1) des Halbleiterkörpers (HLK) senkrecht stehenden Symmetrieachse (S) eine mehrzähllge Rotationssymmetrie aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass - der Halbleiterkörper (HLK) mittels einer umlaufenden Grabenstruktur (TR) von der übrigen Halbleiterschicht (HLS) elektrisch isollert ist, - die Halbleltersensorstruktur (WF) eine zweite Halbleiterscheibe (WF2) und eine isollerende Schicht (OXS) aufweist, wobei - die zweite Halbleiterscheibe (WF2) eine Substratschicht (SUB) mit einer die Unterseite (US) ausbildenden Rückseite (RS2), einer vergrabenen Vorderseite (VS2) und einer an der Vorderseite (VS2) ausgebildeten integrierten Schaltung (IC) mit mindestens einem auf der Vorderseite (VS2) ausgebildeten metallischen Anschlusskontakt (K) aufweist, wobei der wenigstens eine metallische Anschlusskontakt (K) außerhalb der Hallsensorstruktur (HSENS) angeordnet ist und ein Leiterbahnabschnitt umfasst, - die Vorderseite (VS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) auf der isolierenden Schicht (OXS) und die Vorderseite (VS2) der zweiten Halbleiterscheibe (WF2) unter der isolierenden Schicht (OXS) ausgebildet sind, - die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K.1.3) der Hallsensorstruktur (HSENS) und die Anschlusskontakte (K) der integrierten Schaltung (IC) jeweils mittels einer Silizium-Durchkontaktierung (TSV) von der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) elektrisch angeschlossen sind, und die Durchkontaktierungen (TSV) jeweils als mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllter Graben ausgebildet sind und in einem außerhalb des Sensorgebiets (HSENS) liegenden Teil der ersten Halbleiterscheibe (WF1) und in einer Projektion senkrecht zu der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) oberhalb der ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) der Hallsensorstruktur (HSENS) und oberhalb der Anschlusskontakte (K) der integrierten Schaltung von der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) bis zu dem jeweiligen Anschlusskontakt (K1.1, K1.2, K1.2, K) reichen.
Halbleitersensorstruktur (WF) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbleiterkörper (HLK) in dem Sensorgebiet eine Dicke zwischen 2µm und 50µm aufweist.
Halbleitersensorstruktur (WF) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass In dem Sensorgebiet das Verhältnis von Dicke zu Länge des Halbleiterkörpers einen Bereich zwischen 0,6 bis 1,4 oder einen Bereich zwischen 0,8 bis 1, 2 umfasst.
Halbleitersensorstruktur (WF) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (HLS) außerhalb der Hallsensorstruktur (HSENS) Gebiete von einem ersten Leitfähigkeitstyp aufweist.
Halbleitersensorstruktur (WF) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitfähigkeitstyp p und der zweite Leitfähigkeitstyp n ist oder vice versa.
Halbleitersensorstrukturherstellungsverfahren zur Herstellung einer Halbleiterstruktur mit einer ersten Halbleiterscheibe (WF1), einer zweiten Halbleiterscheibe (WF2) und einer isolierenden Schicht (OXS) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Prozessabschnittsbereich auf eine erste Halbleiterscheibe (WF1) aufweisend eine Halbleiterschicht (HLS) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp mit einer Vorderseite (VS1) und einer Rückseite (RS1) in einer Vielzahl von Prozessschritten auf der Vorderseite (VS1) mittels Implantation wenigstens drei hochdotierte Halbleiterkontaktegebiete (KG) von dem zweiten Leitfähigkeitstyp hergestellt werden und auf jedem Kontaktgebiet (KG) ein erster Anschlusskontakt (K1.1, K1.2, K1.3) angeordnet wird, wobei der wenigstens eine metallische Anschlusskontakt (K) außerhalb der Hallsensorstruktur (HSENS) angeordnet ist und ein Leiterbahnabschnitt umfasst, - in einem zweiten Prozessabschnittsbereich eine zweite Halbleiterscheibe (WF2) aufweisend eine Substratschicht (SUB) mit einer Rückseite (RS2) und einer Vorderfläche (VS2) in einer Vielzahl von Prozessschritten auf der Vorderseite (VS2) eine Integrierte Schaltung (IC) mit mindestens einem metallischen Anschlusskontakt (K) auf der Vorderseite (VS2) hergestellt wird, - in einem dritten Prozessabschnittsbereich die Vorderseite (VS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) und die Vorderseite (VS2) der zweiten Halbleiterscheibe (WF2) gefügt wird, so dass nach dem Fügen die isolierende Schicht (OXS) zwischen der ersten Halbleiterscheibe (WF1) und der zweiten Halbleiterscheibe (WF2) ausgebildet ist, so dass durch das Fügen die Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) zu einer Oberseite (OS) der Halbleitersensorstruktur (WF) und die Rückseite (RS2) der zweiten Halbleiterscheibe (WF2) zu einer Unterseite (US) der Halbleitersensorstruktur (WF) wird und die Vorderseite (VS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) sowie die Vorderseite (VS2) der zweiten Halbleiterscheibe (WF2) jeweils zu einer vergrabenen Fläche werden und - in einem vierten Prozessabschnittsbereich die Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) gedünnt wird und nach dem Dünnen in einer Vielzahl von Prozessschritten auf der gedünnten Rückseite (RS1) mittels Implantation wenigstens drei hochdotierte Halbleiterkontaktegebiete (KG) von dem zweiten Leitfähigkeitstyp hergestellt werden und auf jedem Kontaktgebiet (KG) ein zweiter Anschlusskontakt (K2.1, K2.2, K2.3) angeordnet wird, wobei in einer Projektion senkrecht zu der Vorderseite (VS1) die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) gegenüber den zweiteneinen es Ausführungsform Anschlusskontakten (K2.1, K2.2, K2.3) versetzt sind und die ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) und die zweiten Anschlusskontakte (K2.1, K2.2, K2.3) jeweils eine mehrzählige Rotationssymmetrie bezüglich einer auf der Vorderseite (VS1) und auf der Rückseite (RS1) des Halbleiterkörpers (HLK) senkrecht sehenden Symmetrieachse (S) aufweisen, - in einem fünften Prozessabschnittsbereich auf der Rückseite (RS1) der Halbleiterschicht (HLS) eine das Sensorgebiet vollständig umschließende Grabenstruktur (TR) ausgebildet wird, und - in einem sechsten Prozessabschnittsbereich in einem außerhalb des Sensorgebiets (HSENS) liegenden Teil der ersten Halbleiterscheibe (WF1) und in einer Projektion senkrecht zu der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) jeweils oberhalb der ersten Anschlusskontakte (K1.1, K1.2, K1.3) der Hallsensorstruktur (HSENS) und oberhalb der Anschlusskontakte (K) der integrierten Schaltung ein von der Rückseite (RS1) der ersten Halbleiterscheibe (WF1) bis zu dem jeweiligen Anschlusskontakt (K1.1, K1.2, K1.2, K) reichender Graben ausgebildet und mit einem elektrisch leitfähigen Material gefüllt wird.
Halbleitersensorstrukturherstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vierte Prozessabschnittsbereich vor oder nach dem dritten Prozessabschnittsbereich durchgeführt wird.
Halbleitersensorstrukturherstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vierten Prozessabschnittsbereich mittels eines CMP-Prozesses eine Halbleiterschicht (HLS) mit einer Dicke zwischen 2µm und 50µm oder zwischen 2µm und 30µm ausgebildet wird.