DE102015105638B4

DE102015105638B4 - Halbleitervorrichtung mit elektrostatischer Entladungsschutzstruktur

Info

Publication number: DE102015105638B4
Application number: DE102015105638.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Weyers; Franz Hirler; Anton Mauder; Markus Schmitt; Armin Tilke; Thomas Bertrams
Original assignee: Infineon Technologies Dresden GmbH and Co KG
Current assignee: Infineon Technologies Dresden & Co Kg De GmbH
Priority date: 2014-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: US20150294966A1; US9728529B2; CN104979342A; DE102015105638A1; CN104979342B

Abstract

Halbleitervorrichtung, umfassend:einen Halbleiterkörper (100), der eine erste Oberfläche (101) und eine zweite Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101) hat,eine erste Isolationsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100),eine erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) auf der ersten Isolationsschicht (200), wobei die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) einen ersten Anschluss (312) und einen zweiten Anschluss (314) hat,eine zweite Isolationsschicht (400) auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310),ein Gatekontaktgebiet (500) auf der zweiten Isolationsschicht (400), wobei das Gatekontaktgebiet (500) elektrisch mit dem ersten Anschluss (312) der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) gekoppelt ist, undeine elektrische Kontaktstruktur (600), die in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet (500) und dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist, wobei die elektrische Kontaktstruktur (600) elektrisch mit dem zweiten Anschluss (314) der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) gekoppelt ist und elektrisch von dem Gatekontaktgebiet (500) isoliert ist, undein Sourcekontaktgebiet (700) auf der zweiten Isolationsschicht (400), wobei das Sourcekontaktgebiet (700) elektrisch mit der elektrischen Kontaktstruktur (600) gekoppelt ist,wobei das Gatekontaktgebiet (500) und das Sourcekontaktgebiet (700) getrennte Teile einer gemeinsamen Metallverdrahtungsschicht sind.

Description

HINTERGRUND
Eine Schlüsselkomponente in einer Halbleiteranwendung 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 Beschädigung 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. ESD-Schutzstrukturen schützen die Transistoren vor einer elektrostatischen Entladung beispielsweise während eines Zusammenbaus oder Betriebs. Diese ESD-Schutzstrukturen erfordern ein nichtvernachlässigbares Gebiet innerhalb der integrierten Halbleitervorrichtung.
Es ist daher wünschenswert, eine Halbleitervorrichtungsstruktur mit erhöhter ESD-Schutzeigenschaft und mit optimierter Flächen- bzw. Gebietseffizienz vorzusehen.
JP H0521721 A zeigt einen lateralen Leistungs-MOSFET, in welchem eine ESD-Schutzstruktur auf einer ersten Isolationsschicht vorgesehen ist. Ein erster Anschluss der ESD-Schutzstruktur ist mit einem Gate-Pad verbunden, und ein zweiter Anschluss der ESD-Schutzstruktur ist mit einer Source-Verdrahtungsstruktur verbunden. Ein Teil der Source-Verdrahtungsstruktur weist eine T-Form auf und ist in einem Überlappbereich zwischen Gate-Pad und dem Substrat vorgesehen.
US 2002/0088991 A1 beschreibt eine Leistungshalbleitervorrichtung mit zumindest einer Zenerdiode, welche in einem Chip-Peripheriebereich vorgesehen ist. Eine Zenerdiodenschicht ist in einem Peripheriebereich eines Leistungshalbleiters vorgesehen, um eine elektrostatische Schutzstruktur für diese Vorrichtung zu bilden. Hierbei ist die Zenerdiode als eine n+-p-n+-p-n+-Struktur aufgebaut. Durch diese Struktur wird eine Reduktion des Durchlasswiderstands durch eine Vergrößerung eines effektiven Zellenbereichs durch Verkleinerung des Gatepads erreicht. Darüber hinaus wird eine Verbesserung in der Strom-Spannungs-Kennlinie der Zenerdiode durch eine erhöhte pn-Übergangsbreite erreicht.
US 2010/0127259 A1 beschreibt eine Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung weist einen MOSFET-Transistor auf, dessen Gate mit einem ersten Anschluss verbunden ist, dessen Source mit einem zweiten Anschluss verbunden ist, und dessen Drain mit einem dritten Anschluss verbunden ist. Der MOS-Transistor weist ferner eine erste Polysilizium-Diode auf, dessen Anode mit dem ersten Anschluss verbunden ist. Eine erste einkristalline Siliziumdiode ist an dessen Kathode mit der Kathode der ersten Polysilizium-Diode und an dessen Anode mit dem zweiten Anschluss verbunden. Eine Polysilizium-Diode ist an dessen Kathode mit dem ersten Anschluss verbunden. Eine zweite einkristalline Siliziumdiode ist an deren Anode mit der zweiten Polysilizium-Diode und an deren Kathode mit dem dritten Anschluss verbunden.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung anzugeben, die den obigen Forderungen genügt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einem Beispiel umfasst eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper, der eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche hat. Die Halbleitervorrichtung umfasst weiterhin eine erste Isolationsschicht auf der ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers und eine erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur auf der ersten Isolationsschicht. Die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur hat einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Eine zweite Isolationsschicht ist auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur vorgesehen. Ein Gatekontaktgebiet auf der zweiten Isolationsschicht ist elektrisch mit dem ersten Anschluss der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur verbunden. Eine elektrische Kontaktstruktur ist in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet und dem Halbleiterkörper angeordnet. Die elektrische Kontaktstruktur ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur gekoppelt und elektrisch von dem Gatekontaktgebiet isoliert
Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung der Erfindung einbezogen und bilden eine Teil von dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.

1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem erläuternden Beispiel.
2A und 2B sind schematische Draufsichten von Teilen der Halbleitervorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
3A bis 3D sind schematische Schnittdarstellungen von Teilen einer Halbleitervorrichtung, geführt längs der Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, mit einer elektrischen Kontaktstruktur, die in einem Überlappungsgebiet zwischen einem Gatekontaktgebiet und einem Halbleiterkörper gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen angeordnet ist.
4A und 4B sind schematische Schnittdarstellungen von Teilen einer Halbleitervorrichtung, geführt längs der Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, mit weiterhin Transistorzellen, die in einem Überlappungsgebiet zwischen einem Gatekontaktgebiet und einem Halbleiterkörper gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen angeordnet sind.

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 ausgebildet werden kann. Beispielsweise können Merkmale, die für ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um zu noch einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen nur für Veranschaulichungszwecke. Zur Klarheit sind die gleichen Elemente durch entsprechende Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, die das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale anzeigen, jedoch nicht zusätzliche Elemente oder Merkmale ausschließen. 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.
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 angepasst sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorgesehen sein können, beispielsweise Widerstände, resistive Elemente oder 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 veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „^-“ oder „⁺“ nächst zu dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n^-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger ist als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsbereiches, während ein „n⁺“-Dotierungsbereich eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsbereich. Dotierungsbereiche der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsbereiche die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem erläuternden Beispiel.
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 und eine erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 auf der ersten Isolationsschicht 200. Die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 hat einen ersten Anschluss 312 und einen zweiten Anschluss 314. Eine zweite Isolationsschicht 400 ist auf der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 vorgesehen. Ein Gatekontaktgebiet 500 auf der zweiten Isolationsschicht 400 ist elektrisch mit dem ersten Anschluss 312 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gekoppelt. Eine elektrische Kontaktstruktur 600 ist auf einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Halbleiterkörper 100 vorgesehen. Die elektrische Kontaktstruktur 600 ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gekoppelt und elektrisch von dem Gatekontaktgebiet 500 isoliert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die elektrische Kontaktstruktur 600 elektrisch mit einem Sourceanschluss S gekoppelt sein, wie dies durch eine erste Strichlinie in 1 angezeigt ist. Durch Vorsehen der elektrischen Kontaktstruktur 600, die mit dem Sourceanschluss S unter dem Gatekontaktgebiet 500 gekoppelt ist, wird eine gebiets- bzw. flächeneffiziente Anordnung der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 erzielt. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel kann die elektrische Kontaktstruktur 600 elektrisch mit einem Halbleiterbereich innerhalb des Halbleiterkörpers 100 gekoppelt sein, der elektrisch mit dem Sourceanschluss S gekoppelt ist, wie dies durch eine zweite Strichlinie in 1 angezeigt ist. Durch Vorsehen der elektrischen Kontaktstruktur 600, die elektrisch mit dem Halbleiterkörper 100 gekoppelt ist, hat die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 eine gesteigerte bzw. erhöhte thermische Kopplung zu dem Halbleiterkörper 100.
Die Halbleitervorrichtung 10 kann Leistungshalbleiterelemente aufweisen, wie IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), z.B. RC-IGBTs (rückwärts leitende IGBTs), RB-IGBT (rückwärts sperrende IGBTs) und IGFETs (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate) einschließlich MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Die Halbleitervorrichtung 10 kann auch einen Superübergang- bzw. Superjunctiontransistor, einen Graben- bzw. Trench-Feldeffekttransistor oder irgendeine weitere Transistorvorrichtung umfassen, die einen Laststrom über einen Gateanschluss steuert. Wenn die Chipgröße der Halbleitervorrichtung 10 reduziert wird, resultiert eine kleinere Eingangskapazität in einem gesteigerten Risiko einer Beschädigung, die durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen dem Gate und der Source der Halbleitervorrichtung 10 verursacht ist.
In der Draufsicht von 2A sind Transistorzellen über ein Sourcekontaktgebiet 700 kontaktiert, wobei das Gatekontaktgebiet 500 in einem Randteil der Halbleitervorrichtung 10 vorgesehen ist. Wenn die Halbleitervorrichtung 10 als ein Leistungshalbleiterelement gebildet wird, kann eine resultierende Dicke der Metallisierung des Gatekontaktgebietes 500 und des Sourcekontaktgebietes 700 in einem Bereich von 1 µm bis 10 µm oder 3 µm bis 7 µm sein, und das Gatekontaktgebiet 500 sowie das Sourcekontaktgebiet 700 können durch einen Mindestabstand B in einem Bereich von 5 µm bis 20 µm oder 10 µm bis 15 µm getrennt sein. Wie in 2B gezeigt ist, kann das Gatekontaktgebiet 500 auch in einem Mittelteil der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet sein, wobei das Sourcekontaktgebiet 700 das Gatekontaktgebiet 500 umgibt.
3A ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles der Halbleitervorrichtung 10, geführt längs einer Schnittebene A-A' von 2A oder 2B, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Der Halbleiterkörper 100 kann aus 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 erzielen, und kann wenigstens 20 µm, beispielsweise wenigstens 50 µm sein. Andere Ausführungsbeispiele können Halbleiterkörper 100 mit einer Dicke von einigen 100 µm vorsehen. Der Halbleiterkörper 100 kann eine rechteckförmige Gestalt mit einer Randlänge in dem Bereich von einigen Millimetern haben. Die Normale zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zu der Normalrichtung sind laterale Richtungen.
Der Halbleiterkörper 100 kann einen Drainbereich 110 und einen Driftbereich 120 umfassen, die weiter im Hinblick auf 4A und 4B beschrieben werden. Die erste Isolationsschicht 200 ist auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 gebildet. Die erste Isolationsschicht 200 kann irgendein Dielektrikum oder eine Kombination von Dielektrika umfassen, die geeignet sind, um den Halbleiterkörper 100 von der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 auf der ersten Isolationsschicht 200 zu isolieren. Die erste Isolationsschicht 200 kann ein Material oder irgendeine Kombination aus einem Oxid, Nitrid, Oxynitrid, einem Hoch-k-Material, einem Imid, einem isolierenden Harz oder Glas als Beispiel umfassen. Die erste Isolationsschicht 200 kann ein Feldoxid umfassen, das beispielsweise durch eine lokale Oxidation eines Silizium-(LOCOS)Prozesses gebildet ist. Wie aus 3A ersehen werden kann, kann die erste Isolationsschicht 200 ein Felddielektrikum, wie ein Feldoxid, in einem Überlappungsgebiet zwischen der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und dem Halbleiterkörper 100 umfassen und kann weiterhin ein Gatedielektrikum, wie ein Gateoxid, in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Sourcekontaktgebiet 700 und dem Halbleiterkörper 100 aufweisen. Die Dicke des Felddielektrikums der ersten Isolationsschicht 200 kann in einem Bereich von 0,5 µm bis 5 µm oder 1 µm bis 3 µm sein, und die Dicke des Gatedielektrikums der ersten Isolationsschicht 200 kann in einem Bereich von 20 nm bis 150 nm oder 40 nm bis 120 nm sein.
Die zweite Isolationsschicht 400 ist auf der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und der ersten Isolationsschicht 200 gebildet. Die zweite Isolationsschicht 400 kann einen Stapel von ersten bis dritten dielektrischen Schichten 410, 420 und 430 umfassen. Die erste dielektrische Schicht 410 kann einen Tetraethylorthosilikat-(TEOS)/undotierten Silikatglas-(USG-)Film umfassen. Die Dicke der ersten dielektrischen Schicht der zweiten Isolationsschicht 400 kann in einem Bereich 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 einem Bereich von 200 nm bis 2 µm sein. Die dritte dielektrische Schicht 430 der zweiten Isolationsschicht 400 kann wenigstens eines aus einer Siliziumoxid-, einer Nitrid- oder einer Oxynitridschicht umfassen, die zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der elektrischen Kontaktstruktur 600 gebildet ist. Die Dicke der dritten dielektrischen Schicht 430 der zweiten Isolationsschicht 400 kann in einem Bereich von 40 nm bis 1000 nm oder in einem Bereich von 100 nm bis 300 nm sein. Das Gatekontaktgebiet 500 ist auf der zweiten Isolationsschicht 400 gebildet. Nächst zu dem Gatekontaktgebiet 500 ist das Sourcekontaktgebiet 700 auf der zweiten Isolationsschicht 400 gebildet, das von dem Gatekontaktgebiet 500 durch den Abstand B beabstandet ist (siehe auch 2A und 2B). Auf dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Sourcekontaktgebiet 700 ist eine Passivierungsschicht 800 gebildet, die beispielsweise ein Material oder irgendeine Kombination von einem Imid, einem Nitrid, einem Oxid oder einem Oxynitrid umfassen kann.
Das Gatekontaktgebiet 500 umfasst einen Gatekontaktteil 510, der elektrisch mit dem ersten Anschluss 312 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 über einen Kontaktstöpsel 520 gekoppelt ist, und ein Gatekissen bzw. -pad 530. Der Gatekontaktteil 510 des Gatekontaktgebietes 500 ist durch die Passivierungsschicht 800 bedeckt, wobei das Gatepad 530 ein freiliegender Teil des Gatekontaktgebietes 500 ist, der nicht durch die Passivierungsschicht 800 bedeckt ist. Das Gatepad 530 kann verwendet werden, um einen Bondkontakt zu dem Gatekontaktgebiet 500 vorzusehen, das mit einer externen Vorrichtung oder einem externen Element zu verbinden ist. In einem Ausführungsbeispiel kann das Gatekontaktgebiet 500 auch eine Gateschienenstruktur bzw. Gaterunnerstruktur an einem Randteil der Halbleitervorrichtung 10 oder eine Gatefingerstruktur, die innerhalb einer Transistorzellanordnung der Halbleitervorrichtung 10 angeordnet ist, umfassen.
Eine zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 kann zusätzlich zu der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 vorgesehen sein. Die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 kann zusammen mit der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 auf der ersten Isolationsschicht 200 gebildet werden, wobei die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 einen ersten Anschluss 322, der elektrisch mit dem Gatekontaktgebiet 500 über den Kontaktstöpsel 520 gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss 324, der elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet 700 gekoppelt ist, aufweist. Das Sourcekontaktgebiet 700 umfasst einen Sourcekontaktteil 710, der elektrisch mit der Source eines Transistors gekoppelt ist, und einen Kontaktstöpsel 720, der elektrisch mit dem zweiten Anschluss 324 der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 320 gekoppelt ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Anschluss 324 der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 320 in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Sourcekontaktgebiet 700 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet sein.
Das Gatekontaktgebiet 500 und das Sourcekontaktgebiet 700 können getrennte Teile beispielsweise aufgrund eines lithographischen Strukturierens einer gemeinsamen Metallverdrahtungsschicht sein, wobei die Halbleitervorrichtung 10 eine einzige Metallverdrahtungsschicht einschließlich des Gatekontaktgebietes 500 und des Sourcekontaktgebietes 700 und die elektrische Kontaktstruktur 600 aufweist.
Das Gatekontaktgebiet 500 und das Sourcekontaktgebiet 700 können als eine Metallschichtstruktur gebildet werden, die die Kontaktstöpsel 520, 720, die Gate- und Sourcekontaktteile 510, 710 und das Gatepad 530 umfasst. Eine derartige Metallschichtstruktur kann als Hauptbestandteil bzw. Hauptbestandteile aus Aluminium Al, Kupfer Cu oder Legierungen von Aluminium oder Kupfer, beispielsweise AlSi, AlCu oder AlSiCu bestehen oder diese enthalten. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen können das Gatekontaktgebiet 500 und das Sourcekontaktgebiet 700 eine, zwei, drei oder mehr Unterschichten enthalten, wobei jede Unterschicht als einen Hauptbestandteil wenigstens ein Material aus Nickel Ni, Titan Ti, Silber Ag, Gold Au, Wolfram W, Platin Pt und Palladium Pd enthält. Beispielsweise kann eine Unterschicht ein Metallnitrid oder eine Metalllegierung enthalten, die Ni, Ti, Ag, Au, W, Pt, Pd und/oder Co enthält.
In dem Ausführungsbeispiel von 3A haben die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 und die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 den ersten Anschluss 312, 322 gemeinsam.
Die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 und/oder die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 können wenigstens eine Polysiliziumdiode umfassen, die die ersten und zweiten Bereiche in Reihe verbunden hat. Hier kann die sich ergebende Diode bidirektional mit einer ungeraden Anzahl von ersten und zweiten Bereichen sein, beispielsweise eine n-p-n-...-p-n-Struktur. Die sich ergebende Diode kann auch unidirektional mit einer geraden Anzahl von ersten und zweiten Bereichen sein, beispielsweise eine n-p-n-...-p-Struktur. Wie in 3A gezeigt ist, kann die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 eine Polysiliziumschicht 300 auf der ersten Isolationsschicht 200 umfassen, die erste Bereiche 316 und zweite Bereiche 318 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp hat, die abwechselnd längs einer lateralen Richtung angeordnet sind. In der gleichen Weise kann die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur die Polysiliziumschicht 300 auf der ersten Isolationsschicht 200 umfassen, die erste Bereiche 326 und zweite Bereiche 328 von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp hat, die abwechselnd längs der lateralen Richtung angeordnet sind.
Die ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310 und 320 können simultan gebildet werden. Das heißt, die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 und die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 können hergestellt werden durch Bilden der Polysiliziumschicht 300 eines ersten Leitfähigkeitstyp auf der ersten Isolationsschicht 200. Nach Bilden der Polysiliziumschicht 300 wird eine (nicht gezeigte) Maskenschicht, beispielsweise eine Hartmaskenschicht oder eine Resistschicht, auf der Polysiliziumschicht 300 gebildet und durch einen lithographischen Prozess derart gemustert bzw. strukturiert, dass die zweiten Bereiche 318, 328 nicht durch die Maskenschicht bedeckt sind. In einem folgenden Implantationsprozess werden Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps in die freiliegenden zweiten Bereiche 318, 328 eingeführt, die nicht durch die Maskenschicht auf der Polysiliziumschicht 300 bedeckt sind, um die zweiten Bereiche 318, 328 des zweiten Leitfähigkeitstyps zu bilden. Somit umfasst jeder der ersten Bereiche 316, 326 und der zweiten Bereiche 318, 328 erste Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps, und die zweiten Bereiche 318, 328 umfassen weiterhin zweite Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps, die die ersten Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps überkompensieren. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann jeder der ersten Bereiche 316, 326 erste Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps umfassen, und die zweiten Bereiche 318, 328 können nur zweite Dotierstoffe des zweiten Leitfähigkeitstyps umfassen, ohne die ersten Dotierstoffe des ersten Leitfähigkeitstyps zu überkompensieren. Hier sind jeweils die ersten Dotierstoffe in die ersten Bereiche 316, 318 und die zweiten Dotierstoffe in die zweiten Bereiche 236, 328 in getrenntem Prozess beispielsweise durch Ionenimplantation und/oder Diffusion eingeführt, wobei überlappende Bereiche zwischen den ersten und zweiten Bereichen 316, 326 bzw. 318, 328 erste und zweite Dotierstoffe aufgrund von Diffusion der Dotierstoffe aufweisen können.
Als ein Ergebnis wird eine Polysiliziumdiodenkette bzw. ein Polysiliziumdiodenstring gebildet, die bzw. der in einer lateralen Richtung angeordnet ist und abwechselnde pn-Übergänge (Dioden) an den Bereichsgrenzen der ersten und zweiten Bereiche in der Polysiliziumschicht 300 hat. In einem Ausführungsbeispiel sind die Dotierungskonzentrationen der Bereiche derart angepasst, dass eine Reihenverbindung von Zener-Dioden innerhalb der Polysiliziumschicht 300 gebildet wird. Durch die Anzahl von aufeinanderfolgenden Dioden, deren jede einen ersten Bereich 316, 326 und einen zweiten Bereich 318, 328 umfasst, kann die Durchbruchspannung der ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310 oder 320 eingestellt werden.
Die Länge der ersten und/oder zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 zwischen jeweils den ersten Anschlüssen 312, 322 und den zweiten Anschlüssen 314, 324 kann in einem Bereich von 5 µm bis 150 µm oder 20 µm bis 50 µm sein. Ein Gebiet der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gemäß 3A-3D, 2A und 2B kann in einem Bereich von 5000 µm² bis 10000 µm² sein. Die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 und die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 erfordern nicht zusätzliche Chipfläche, da die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 zwischen dem Halbleiterkörper 100 und dem Gatepad 500 gebildet ist und die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320 zwischen und teilweise unterhalb von den Verdrahtungsschichten, beispielsweise Metallschichten, des Gatepads 500 und des Sourcekontaktgebiets 700 vorgesehen ist.
Unter der Annahme eines Durchbruchstromes von 1 mA je µm Diodenbreite kann eine Robustheit der elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 bezüglich HBM-(Human Body Model bzw. menschliches Körpermodell) Tests in einem Bereich von 200 V bis 5 kV sein. Die elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 von 4A und 4B können auf zwei entgegengesetzten Seiten des Gatepads 500 parallel zu Sourcekontaktstöpseln 730 positioniert sein, die als Kontaktlöcher oder Streifen von Transistorzellen gebildet sein können, welche unterhalb des Gatepads 500 verlaufen. Für eine 100 µm betragende Länge des Gatepads 500 kann die Robustheit der elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 bezüglich HBM-Tests in einem Bereich von 500 V bis 2 kV sein. Für eine 500 µm betragende Länge des Gatepads kann die Robustheit der elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 bezüglich HBM-Tests in einem Bereich von 2 kV bis 5 kV sein.
Die zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 320 können auch innerhalb einer Randabschlussstruktur der Halbleitervorrichtung 10 gelegen bzw. platziert sein. Das Gebiet der elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 kann in einem Bereich von 20000 µm² bis 400000 µm² im Fall eines 4 mm langen Chiprandes sein. In diesem Fall kann das Gebiet des Randabschlusses und das gesamte Chipgebiet vergrößert sein. Unter der Annahme eines Durchbruchstromes von 1 mA je µm an Diodenbreite würde die Robustheit bezüglich HBM-Tests in einem Bereich von 10 kV bis 14 kV sein. Die Gebiete der ersten und/oder der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 können geeignet gewählt werden, um Energie zu verbrauchen, die durch ein elektrostatisches Entladungsereignis (ESD-Ereignis) zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Sourcekontaktgebiet 700 verursacht ist.
Die ersten Anschlüsse 312 und 322 der ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 können elektrisch verbunden sein. Zusätzlich können die zweiten Anschlüsse 314 und 324 der ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 auch elektrisch verbunden sein, um eine elektrostatische Entladungsschutzstruktur vorzusehen, die die ersten und die zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 hat, welche elektrisch parallel verbunden sind. Die Anzahl an Dioden, die durch abwechselnde pn-Übergänge an den Bereichsgrenzen der ersten Bereiche 316, 326 und der zweiten Bereiche 318, 328 der ersten und der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 gebildet sind, kann die gleiche sein. Mit anderen Worten, die ersten und die zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 können Diodenketten sein, die elektrisch parallel verbunden sind und die gleiche Anzahl von Dioden haben. Als eine Folge sind die Durchbruchspannungen der ersten und der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 gleich. Aufgrund des Vorsehens der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, die parallel mit der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 320 verbunden ist, ist ein Gatedielektrikum zwischen Gate und Source durch die erste und die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310, 320, also beide elektrostatische Entladungsschutzstrukturen, vor einer Beschädigung durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Sourcekontaktgebiet 700 geschützt.
Die elektrische Kontaktstruktur 600 kann in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Halbleiterkörper 100 vorgesehen sein, wobei die elektrische Kontaktstruktur 600 elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gekoppelt und elektrisch von dem Gatekontaktgebiet 500 isoliert ist. Somit kann wenigstens der zweite Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 unter dem Gatekontaktgebiet 500 angeordnet sein. Wenigstens 25% der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann in dem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten Isolationsschicht 200 angeordnet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können wenigstens 25% der Polysiliziumschicht 300, die die ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 aufweist, in dem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten Isolationsschicht 200 angeordnet sein.
Durch Vorsehen der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten Isolationsschicht 200 kann ein zusätzliches elektrostatisches Entladungsschutzelement in die Halbleitervorrichtung 10 ohne zusätzlichen Flächenverbrauch der Chipoberfläche der Halbleitervorrichtung 10 integriert werden. Zusätzlich kann durch Vorsehen der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 320 und der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310, also beiden Schutzstrukturen, die parallel zu dem Gatekontaktgebiet 500 über den Kontaktstöpsel 520 verbunden sind, die Fähigkeit des ESD-Schutzes der Halbleitervorrichtung 10 gesteigert werden. In einem Ausführungsbeispiel können wenigstens 80% der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 (ohne die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320) in dem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten Isolationsschicht 200 angeordnet werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel können wenigstens 70% der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 (ohne die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320) in dem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten Isolationsschicht 200 angeordnet werden. In noch einem anderen Ausführungsbeispiel können wenigstens 60% der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 (ohne die zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur 320) in dem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten Isolationsschicht 200 angeordnet werden.
Wie aus 3A ersehen werden kann, ist die elektrische Kontaktstruktur 600 in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatepad 530 des Gatekontaktgebietes 500 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet. Somit kann wenigstens der zweite Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 unter dem Gatepad 530 angeordnet werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der zweite Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 in einem Überlappungsgebiet zwischen dem zweiten Gatekontaktgebiet 500 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet werden. Als ein Ergebnis wird der Raum unter dem Gatepad 530 wirksam für elektrostatischen Entladungsschutz genutzt.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst die elektrische Kontaktstruktur 600 einen Kontaktstöpsel 610, der sich durch die zweite dielektrische Schicht 420 und die erste dielektrische Schicht 410 der zweiten Isolationsschicht 400 zu einer oberen Oberfläche der Polysiliziumschicht 300 erstreckt, die den zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 umfasst. Der Kontaktstöpsel 610 der elektrischen Kontaktstruktur 600 ist durch die dritte dielektrische Schicht 430 bedeckt, die eine elektrische Isolation zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Kontaktstöpsel 610 vorsieht. Der Kontaktstöpsel 610 der elektrischen Kontaktstruktur 600 kann simultan bzw. gleichzeitig mit dem Kontaktstöpsel 520 des Gatekontaktgebietes 500 und dem Kontaktstöpsel 720 des Sourcekontaktgebietes 700 gebildet werden. Zusätzlich können die elektrische Kontaktstruktur 600, das Gatekontaktgebiet 500 und das Sourcekontaktgebiet 700 aus den gleichen leitenden Materialien sein. In einem Ausführungsbeispiel können die Kontaktstöpsel 610, 520 und 720 aus einem Polysiliziummaterial gebildet sein. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Kontaktstöpsel 610, 520 und 720 aus einem Metallmaterial, wie beispielsweise Wolfram, gebildet sein.
Die elektrische Kontaktstruktur 600 kann elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet 700 gekoppelt sein, wobei eine derartige elektrische Kopplung durch eine leitende Leitung vorgesehen sein kann, die den Kontaktstöpsel 610 der elektrischen Kontaktstruktur 600 und den Kontaktstöpsel 720 des Sourcekontaktgebietes 700 verbindet. Der Kontaktstöpsel 610 der elektrischen Kontaktstruktur 600 kann in einer lateralen Richtung in einer orthogonalen Richtung zu der Schnittebene A-A', wie in 2A und 2B gezeigt, ausgedehnt sein, so dass die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 unter dem Gatekontaktgebiet 500 längs eines Randteiles 500a, angezeigt durch eine Strichlinie in 2A und 2B, angeordnet sein kann. Der Randteil 500a kann den vollständigen Randteil des Gatekontaktgebietes 500 benachbart zu dem Sourcekontaktgebiet 700 oder lediglich einen Teil hiervon, z.B. lediglich eine Seite des Gatekontaktgebietes 500, umfassen. Die Breite des Randteiles 500a des Gatekontaktgebietes 500 kann in einem Bereich von 20 µm bis 100 µm sein, und die Breite des Gatekontaktgebietes 500 kann in einem Bereich von 100 µm bis 1000 µm sein.
3B ist eine schematische Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Diejenigen Merkmale des Ausführungsbeispiels von 3B, die ähnlich zu den Merkmalen des Ausführungsbeispiels von 3A sind, werden nicht erneut beschrieben, und es wird Bezug genommen auf die oben gegebenen Einzelheiten.
Wie aus 3B ersehen werden kann, ist die elektrische Kontaktstruktur 600 elektrisch mit einem Halbleiterbereich 130 in dem Halbleiterkörper 100 gekoppelt, wobei der Halbleitervorrichtung 130 elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet 700 gekoppelt sein kann. Der Halbleiterbereich 130 ist von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, um einen pn-Übergang zu dem Halbleiterkörper 100 eines ersten Leitfähigkeitstyps vorzusehen. Die elektrische Kontaktstruktur 600 von 3B umfasst einen ersten Kontaktstöpsel 620, der sich durch die erste dielektrische Schicht 410 der zweiten Isolationsschicht 400 erstreckt, um elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gekoppelt zu sein, einen zweiten Kontaktstöpsel 640, der sich durch die erste dielektrische Schicht 410 der zweiten Isolationsschicht 400 und die erste Isolationsschicht 200 erstreckt, um elektrisch mit dem Halbleiterbereich 130 gekoppelt zu sein, und einen Brückenteil 630, der elektrisch den ersten Kontaktstöpsel 620 und den zweiten Kontaktstöpsel 640 der elektrischen Kontaktstruktur 600 von 3B verbindet. Die erste Isolationsschicht 200 umfasst ein Feldoxid in einem Überlappungsgebiet zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 und dem Halbleiterkörper 100 und ein Gateoxid mit einer kleineren Dicke als das Feldoxid in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Halbleiterbereich 130. Der zweite Kontaktstöpsel 640 der elektrischen Kontaktstruktur 600 kann auch in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatepad 530 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet sein. Durch Vorsehen der elektrischen Kontaktstruktur 600, die elektrisch mit dem Halbleiterkörper 100 gekoppelt ist, hat die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 eine erhöhte thermische Kopplung zu dem Halbleiterkörper 100.
3C ist eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Die Merkmale des Ausführungsbeispiels von 3C, die ähnlich zu den Merkmalen der Ausführungsbeispiele der 3A und 3B sind, werden nicht erneut beschrieben, und es wird Bezug genommen auf die oben gegebenen Einzelheiten.
Wie in 3C gezeigt ist, erstreckt sich die elektrische Kontaktstruktur 600 durch die erste Isolationsschicht 200 längs einer vertikalen Richtung von dem zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 zu dem Halbleiterbereich 130 in dem Halbleiterkörper 100. Der Halbleiterbereich 130 des zweiten Leitfähigkeitstyps ist weiterhin in einen Halbleiterwannenbereich 140 des zweiten Leitfähigkeitstyps eingebettet. Die Nettodotierstoffkonzentration des Halbleiterbereiches 130 kann größer sein, z.B. 10 bis 10000 mal größer, als die Nettodotierstoffkonzentration des Halbleiterwannenbereiches 140. Die Nettodotierstoffkonzentration des Halbleiterbereiches 130 kann in einem Bereich von 1 × 10¹⁸ cm^-3 bis 5 × 10²⁰ cm^-3 sein. Die Nettodotierstoffkonzentration des Halbleiterwannenbereiches 140 kann in einem Bereich von 1 × 10¹³ cm^-3 bis 1 × 10¹⁷ cm^-3 sein.
Durch Vorsehen des Halbleiterwannenbereiches 140 in einem Überlappungsgebiet zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 und dem Halbleiterkörper 100 wird eine elektrostatische Abschirmung durch einen rückwärts vorgespannten pn-Übergang zwischen dem Halbleiterwannenbereich 140 und dem Halbleiterkörper 100 gebildet. Der Halbleiterwannenbereich 140 kann auch eine Isolation von benachbarten Wannenbereichen in dem Halbleiterkörper 100 des ersten Leitfähigkeitstyps vorsehen. Die elektrische Kontaktstruktur 600 von 3C umfasst einen Anschlusskontaktteil 660, der an eine obere Oberfläche der Polysiliziumschicht 300 anstößt, die den zweiten Anschluss 314 der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 und einen Seitenteil des zweiten Anschlusses 314 umfasst, und einen Kontaktstöpsel 650, der sich durch die erste dielektrische Schicht 410 der zweiten Isolationsschicht 400 und die erste Isolationsschicht 200 erstreckt, um elektrisch mit dem Halbleiterbereich 130 in dem Halbleiterkörper 100 gekoppelt zu sein.
Die elektrische Kontaktstruktur 600 von 3C kann gebildet sein durch Strukturieren bzw. Mustern der ersten dielektrischen Schicht 410 und der ersten Isolationsschicht 200 derart, dass die erste Oberfläche 101 innerhalb des Halbleiterbereiches 130 sowie ein Teil der oberen Oberfläche der Polysiliziumschicht 300 einschließlich des zweiten Anschlusses 314 durch ein Kontaktloch freigelegt sind. Danach wird das den Halbleiterbereich 130 und den zweiten Anschluss 314 freilegende Kontaktloch gefüllt durch Auftragen bzw. Abscheiden eines Metallschichtstapels (z.B. Ti, TiN, W) oder einer Polysiliziumschicht oder Kombinationen hiervon. Durch Mustern bzw. Strukturieren der Metall- oder Polysiliziumschicht wird eine elektrische Kontaktstruktur 600, wie in 3C gezeigt, gebildet. Danach wird die elektrische Kontaktstruktur 600 durch die zweite dielektrische Schicht 420 der zweiten Isolationsschicht 400 bedeckt.
3D ist eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10 gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel. Wie aus 3D ersehen werden kann, kann die erste Isolationsschicht 400 ein Gatedielektrikum sein. Die ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 werden auf der dünnen ersten Isolationsschicht 200 gebildet, was zu einer reduzierten thermischen transienten Impedanz aufgrund der gesteigerten thermischen Kopplung zwischen den ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 und dem Halbleiterkörper 100 führt. Das Gatedielektrikum kann Siliziumoxid mit einer Dicke in einem Bereich von 5 nm bis 200 nm oder in einem Bereich von 40 nm bis 120 nm sein.
In dem Ausführungsbeispiel von 3D umfasst die elektrische Kontaktstruktur 600 einen ersten Kontaktstöpsel 670, der elektrisch mit dem zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 gekoppelt ist, einen zweiten Kontaktstöpsel 690, der elektrisch mit dem Halbleiterbereich 130 gekoppelt ist, und einen Brückenteil 680 zum elektrischen Verbinden der ersten Kontaktstöpsels 670 und des zweiten Kontaktstöpsels 690. Der erste Kontaktstöpsel 670 erstreckt sich durch die zweite Isolationsschicht 400, und der zweite Kontaktstöpsel 690 erstreckt sich durch die erste Isolationsschicht 200 und die zweite Isolationsschicht 400. Auf dem Brückenteil 680 ist die dritte dielektrische Schicht 430 gebildet, wobei ein Oxid/Nitrid-Abstandshalter bzw. Spacer 435 an einem Randteil des Brückenteiles 680 gebildet ist, um elektrisch den Brückenteil 680 von dem Gatekontaktgebiet 500 zu isolieren. In dem Ausführungsbeispiel von 3D umfasst die zweite Isolationsschicht 400 lediglich die erste dielektrische Schicht 410 und die dritte dielektrische Schicht 430. Jedoch kann die zweite Isolationsschicht 400 eine Vielzahl von dielektrischen Schichten aufweisen. Zusätzlich können alle Merkmale, die in 3A bis 3D gezeigt sind, kombiniert werden, falls dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist. Insbesondere können die verschiedenen Strukturen der elektrischen Kontaktstruktur 600 mit einem Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Halbleiterwannenbereiches 140 kombiniert werden. Weiterhin kann in allen Ausführungsbeispielen die erste Isolationsschicht 200 ein Gatedielektrikum oder ein Felddielektrikum sein.
4A ist eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10, die Transistorzellen 900 aufweist, die in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet sind. Wie aus 4A ersehen werden kann, sind die ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 auf der erste Isolationsschicht 200 gebildet, die ein Gatedielektrikum ist. Die elektrische Kontaktstruktur 600 von 4A umfasst einen Kontaktstöpsel 610, der eine ähnliche Struktur wie diejenige des Kontaktstöpsels 610 der elektrischen Kontaktstruktur 600 von 3A hat. In einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatepad 530 und dem Halbleiterkörper 100 sind die Transistorzellen 900 gebildet. Jede der Transistorzellen 900 umfasst eine Gateelektrode 330, die auf der ersten Isolationsschicht 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 welche die Sourcezonen 150 eingebettet sind. Die Sourcezonen 150 sind von dem ersten Leitfähigkeitstyp, und die Bodyzonen 160 sind von dem zweiten Leitfähigkeitstyp. Weiterhin ist der Drainbereich 110 des ersten Leitfähigkeitstyps an der zweiten Oberfläche 102 des Halbleiterkörpers 100 vorgesehen. Der Driftbereich 120 ist zwischen dem Drainbereich 110 und den Bodyzonen 160 gebildet und ist von einem ersten Leitfähigkeitstyp. Im Fall einer Superübergang- bzw. Superjunctionvorrichtung können Säulen oder Blasen des ersten Leitfähigkeitstyps und des zweiten Leitfähigkeitstyps beide unterhalb des Halbleiterwannenbereiches 140 und des aktiven Transistorzellfeldes ausgebildet sein. Weiterhin können Säulen oder Blasen des zweiten Leitfähigkeitstyps mit dem Halbleiterwannenbereich 140 überlappend sein.
In einem Ausführungsbeispiel werden die Gateelektroden 330 gleichzeitig mit den ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen 310, 320 gebildet und können Teil der Polysiliziumschicht 300 sein. Der Kontaktstöpsel 610 der elektrischen Kontaktstruktur 600 kann elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet 700 gekoppelt sein. Die Sourcekontaktstöpsel 730 können elektrisch die Sourcezonen 150 mit dem Sourcekontaktgebiet 700 koppeln.
Die Breite des Überlappungsgebietes zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 kann in einem Bereich von 10 µm bis 200 µm oder in einem Bereich von 20 µm bis 100 µm sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 unterhalb des Gatepads 500, wie in 3A, 3C, 3D, 4A und 4B gezeigt, auch längs einer lateralen Richtung gefaltet sein, die sich von dem ersten Anschluss 312 zu dem zweiten Anschluss 314 erstreckt. Insbesondere kann die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur 310 gespiegelt oder gestapelt sein, um die Diodenbreite unterhalb des Gatepads 500 zu steigern.
Die Breite des Überlappungsgebietes zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 oder dem Gatepad 530 und den Transistorzellen 900 kann in einem Bereich von 50 µm bis 1000 µm sein.
4B ist eine Schnittdarstellung eines Teiles einer Halbleitervorrichtung 10, die Transistorzellen 900 aufweist, die in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet 500 und dem Halbleiterkörper 100 angeordnet sind, gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel von 4B unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel, wie dieses in 4A gezeigt ist, dadurch, dass die elektrische Kontaktstruktur 600 einen Kontaktstöpsel 655 aufweist, der sich durch die zweite Isolationsschicht 400 und die erste Isolationsschicht 200 erstreckt, während er elektrisch zu einer oberen Oberfläche der Polysiliziumschicht 300 gekoppelt ist, die den zweiten Anschluss 314 der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur 310 umfasst. Zusätzlich ist der Halbleiterbereich 130 in den Halbleiterwannenbereich 140 eingebettet.

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: einen Halbleiterkörper (100), der eine erste Oberfläche (101) und eine zweite Oberfläche (102) entgegengesetzt zu der ersten Oberfläche (101) hat, eine erste Isolationsschicht (200) auf der ersten Oberfläche (101) des Halbleiterkörpers (100), eine erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) auf der ersten Isolationsschicht (200), wobei die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) einen ersten Anschluss (312) und einen zweiten Anschluss (314) hat, eine zweite Isolationsschicht (400) auf der elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310), ein Gatekontaktgebiet (500) auf der zweiten Isolationsschicht (400), wobei das Gatekontaktgebiet (500) elektrisch mit dem ersten Anschluss (312) der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) gekoppelt ist, und eine elektrische Kontaktstruktur (600), die in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet (500) und dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist, wobei die elektrische Kontaktstruktur (600) elektrisch mit dem zweiten Anschluss (314) der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) gekoppelt ist und elektrisch von dem Gatekontaktgebiet (500) isoliert ist, und ein Sourcekontaktgebiet (700) auf der zweiten Isolationsschicht (400), wobei das Sourcekontaktgebiet (700) elektrisch mit der elektrischen Kontaktstruktur (600) gekoppelt ist, wobei das Gatekontaktgebiet (500) und das Sourcekontaktgebiet (700) getrennte Teile einer gemeinsamen Metallverdrahtungsschicht sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, bei der die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) wenigstens eine Polysiliziumdiode umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) eine Polysiliziumschicht (300) auf der ersten Isolationsschicht (200) umfasst, die erste und zweite Bereiche (316, 318) von einem entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp hat, die abwechselnd längs einer lateralen Richtung angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der jeder der ersten und zweiten Bereiche (316, 318) erste Dotierstoffe eines ersten Leitfähigkeitstyps umfasst und die zweiten Bereiche (318) weiterhin zweite Dotierstoffe eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, die die ersten Dotierstoffe überkompensieren.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der ein Gebiet der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) größer als 5000 µm² ist und bei der die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) gestaltet ist, um ein Gatedielektrikum zwischen Gate und Source vor einer Beschädigung durch Verbrauchen von Energie zu schützen, die durch ein elektrostatisches Entladungsereignis zwischen dem Gatekontaktgebiet (500) und dem Sourcekontaktgebiet (700) verursacht ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die erste elektrostatische Entladungsschutzstruktur (310) in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet (500) und der ersten Isolationsschicht (200) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der wenigstens 25% der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) in dem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatekontaktgebiet (500) und der ersten Isolationsschicht (200) angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Gatekontaktgebiet (500) ein Gatepad umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, bei der wenigstens ein Teil der elektrischen Kontaktstruktur (600) in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Gatepad und dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Gatekontaktgebiet lediglich eine einzige Metallverdrahtungsschicht aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin umfassend: eine zweite elektrostatische Entladungsschutzstruktur (320), die einen ersten Anschluss (322), der elektrisch mit dem Gatekontaktgebiet (500) gekoppelt ist, und einen zweiten Anschluss (324), der elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet (700) gekoppelt ist, hat.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, bei der der zweite Anschluss (324) der zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (320) in einem Überlappungsgebiet zwischen dem Sourcekontaktgebiet (700) und dem Halbleiterkörper (100) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen (310, 320) den ersten Anschluss (312, 322) gemeinsam haben.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die ersten und zweiten elektrostatischen Entladungsschutzstrukturen (310, 320) Diodenketten sind, die elektrisch parallel verbunden sind und die gleiche Anzahl von Dioden haben.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der die elektrische Kontaktstruktur (600) elektrisch mit einem Halbleiterbereich (130) innerhalb des Halbleiterkörpers (100) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterbereich (130) elektrisch mit dem Sourcekontaktgebiet (700) gekoppelt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, bei der die elektrische Kontaktstruktur (600) sich durch die erste Isolationsschicht (200) längs einer vertikalen Richtung von dem zweiten Anschluss (314) der ersten elektrostatischen Entladungsschutzstruktur (310) zu dem Halbleiterbereich (130) erstreckt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei der die erste Isolationsschicht (200) ein Gatedielektrikum ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, weiterhin umfassend Transistorzellen (900), die zwischen dem Gatekontaktgebiet (500) und der zweiten Oberfläche (102) des Halbleiterkörpers (100) gebildet sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Halbleitervorrichtung (10) wenigstens ein Bauelement von einer Gruppe ist, die aus einem Feldeffekttransistor, einem Superjunctiontransistor, einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate und einem Trench-Feldeffekttransistor besteht.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der die elektrische Kontaktstruktur (600) und das Gatekontaktgebiet (500) aus dem gleichen leitenden Material sind.