Die
Erfindung betrifft eine integrierte Schaltungsanordnung mit einer
Schutzstruktur zur Reduktion eines Minoritätsladungsträgerstromes.The
The invention relates to an integrated circuit arrangement with a
Protective structure for reducing a minority carrier current.
Integrierte
Schaltungsanordnungen weisen mehrere in einem Halbleiterkörper
integrierte Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise Transistoren oder
Dioden, auf, die miteinander verschaltet sind. Die Verschaltung
erfolgt beispielweise durch Leiterbahnen, die oberhalb einer Seite
des Halbleiterkörpers angeordnet sind. Innerhalb des Halbleiterkörpers,
d. h. innerhalb einer Halbleiterschicht oder eines Halbleitersubstrats,
in dem die einzelnen Bauelemente integriert sind, soll dabei ein
Stromfluss zwischen den einzelnen Bauelementen vermieden werden.
Hierzu ist es bekannt, sogenannte Sperrschichtisolationen vorzusehen.
Diese Sperrschichtisolationen umfassen jeweils wenigstens einen
pn-Übergang zwischen Bauelementzonen der einzelnen Bauelemente
und einem eine Grunddotierung aufweisenden Abschnitt der Halbleiterschicht
bzw. des Halbleitersubstrats. Diese pn-Übergänge
sind so realisiert, dass sie während ”normaler” Betriebszustände der
Schaltungsanordnung in Sperrrichtung gepolt sind, so dass ein Stromfluss
innerhalb des Halbleitersubstrats verhindert wird.integrated
Circuit arrangements have several in a semiconductor body
integrated semiconductor devices, such as transistors or
Diodes on, which are interconnected. The interconnection
takes place, for example, by conductor tracks that are above one side
of the semiconductor body are arranged. Within the semiconductor body,
d. H. within a semiconductor layer or a semiconductor substrate,
in which the individual components are integrated, it should be a
Current flow between the individual components are avoided.
For this purpose it is known to provide so-called barrier-layer insulation.
These barrier insulation each comprise at least one
pn junction between device zones of the individual components
and a base doped portion of the semiconductor layer
or the semiconductor substrate. These pn junctions
are realized so that during "normal" operating conditions of the
Circuit arrangement are poled in the reverse direction, so that a current flow
is prevented within the semiconductor substrate.
Allerdings
können Betriebszustände auftreten, die durch eine äußere
Beschaltung bzw. durch eine Verschaltung der Bauelemente untereinander bestimmt
sind, bei denen Minoritätsladungsträger aus einer
oder aus mehreren Bauelementzonen in das Halbleitersubstrat injiziert
werden. Um zu verhindern, dass sich diese Minoritätsladungsträger
innerhalb des Substrats ausbreiten und die Funktionalität weiterer
in dem Substrat integrierter Bauelemente negativ beeinflussen, sind
verschiedene Schutzstrukturen bekannt.Indeed
operating conditions can occur that are caused by an external
Wiring or determined by interconnecting the components with each other
are minority carriers of one
or injected from multiple device zones into the semiconductor substrate
become. To prevent these minority carriers
spread within the substrate and the functionality of others
in the substrate to adversely affect integrated components are
various protective structures known.
Die DE 42 09 523 C1 (Feldtkeller)
und die DE 102 02
479 A1 (Rossmeier et al.) beschreiben jeweils Schutzstrukturen,
die zwei komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen
aufweisen, die im Bereich einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
angeordnet sind und die kurzgeschlossen sind. Minoritätsladungsträger
werden bei dieser Schutzstruktur durch eine der beiden Halbleiterzonen ”aufgenommen” und werden
in Majoritätsladungsträger umgewandelt.The DE 42 09 523 C1 (Feldtkeller) and the DE 102 02 479 A1 (Rossmeier et al.) Each describe protective structures which have two complementary semiconductor regions doped to one another, which are arranged in the region of a surface of a semiconductor substrate and which are short-circuited. Minority carriers are "picked up" by one of the two semiconductor zones in this protective structure and are converted into majority carriers.
Weitere
Schutzstrukturen zur Verringerung einer Minoritätsladungsträgerinjektion
bzw. zur Verhinderung einer Ausbreitung solcher Minoritätsladungsträger
innerhalb eines Halbleitersubstrats sind in der US 5,719,431 (Werner), der US 5,907,163 (Skebe et al.),
der DE 199 53 333
A1 (Nelle et al.) oder der DE
198 40 031 (Vietzke et al.) beschrieben.Further protective structures for reducing a minority carrier injection or for preventing a propagation of such minority carriers within a semiconductor substrate are disclosed in US Pat US 5,719,431 (Werner), the US 5,907,163 (Skebe et al.), The DE 199 53 333 A1 (Nelle et al.) Or the DE 198 40 031 (Vietzke et al.).
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Schaltungsanordnung
mit einer Schutzstruktur zur Reduktion eines Minoritätsladungsträgerstromes
zur Verfügung zu stellen, bei der die Schutzstruktur platzsparend
realisierbar ist und wirksam einen Minoritätsladungsträgerstrom
innerhalb des Substrats reduziert.task
It is the object of the present invention to provide an integrated circuit arrangement
with a protective structure for reducing a minority carrier current
to provide, in which the protective structure saves space
can be realized and effectively a minority carrier current
reduced within the substrate.
Diese
Aufgabe wird durch eine integrierte Schaltungsanordnung nach Anspruch
1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Schaltungsanordnung
sind Gegenstand von Unteransprüchen.These
The object is achieved by an integrated circuit arrangement according to claim
1 solved. Embodiments and developments of this circuit arrangement
are the subject of dependent claims.
Die
integrierte Schaltungsanordnung umfasst gemäß einem
Ausführungsbeispiel einen Halbleiterkörper, der
eine erste Seite und eine zweite Seite und eine sich an die erste
Seite anschließende erste Halbleiterschicht mit einer Grunddotierung
eines ersten Leitungstyps aufweist, eine erste und eine zweite Bauelementzone
eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären zweiten
Leitungstyps, die in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers
beabstandet zueinander in der ersten Halbleiterschicht angeordnet
sind, und eine Schutzstruktur. Die Schutzstruktur umfasst wenigstens
eine höher als die Grunddotierung der ersten Halbleiterschicht
dotierte erste Halbleiterzone des ersten Leitungstyps, die in der
lateralen Richtung zwischen der ersten und der zweiten Bauelementzone
und in einer vertikalen Richtung beabstandet zu der ersten Seite
in der ersten Halbleiterschicht oder angrenzend an die erste Halbleiterschicht
angeordnet ist, wenigstens eine sich ausgehend von der ersten Seite
bis an die wenigstens eine erste Halbleiterzone erstreckende Verbindungszone
und eine zweite Halbleiterzone des zweiten Leitungstyps, die in
der ersten Halbleiterschicht in der lateralen Richtung ausgehend
von der Verbindungszone auf der Seite der ersten Bauelementzone
angeordnet ist, und die elektrisch leitend an die wenigstens eine
Verbindungszone angeschlossen ist.The
integrated circuit arrangement comprises according to a
Embodiment, a semiconductor body, the
a first page and a second page and one to the first
Side subsequent first semiconductor layer with a basic doping
a first conductivity type, a first and a second device zone
a second complementary to the first conductivity type
Conduction type, in a lateral direction of the semiconductor body
spaced from one another in the first semiconductor layer
are, and a protective structure. The protective structure comprises at least
one higher than the basic doping of the first semiconductor layer
doped first semiconductor region of the first conductivity type, which in the
lateral direction between the first and the second component zone
and in a vertical direction spaced from the first side
in the first semiconductor layer or adjacent to the first semiconductor layer
is arranged, at least one starting from the first side
up to the at least one first semiconductor zone extending connecting zone
and a second semiconductor region of the second conductivity type, which in
starting from the first semiconductor layer in the lateral direction
from the connection zone on the side of the first device zone
is arranged, and the electrically conductive to the at least one
Connection zone is connected.
Die
vergrabene Anordnung der ersten Halbleiterzone, d. h. deren Anordnung
beabstandet zu der ersten Seite des Halbleiterkörpers ermöglicht
eine besonders platzsparende Realisierung der Schutzstruktur. Zur
Kontaktierung dieser vergrabenen Halbleiterzone genügt
eine Verbindungszone, deren Abmessungen in lateraler Richtung klein
sein können. Diese Verbindungszone kann aus einem elektrisch leitenden
Material, wie beispielsweise einem hochdotiertem Polysilizium oder
einem Metall, bestehen und kann durch eine Isolationsschicht gegenüber
dem die Grunddotierung aufweisenden Abschnitt der Halbleiterschicht
isoliert sein.The
buried arrangement of the first semiconductor zone, d. H. their arrangement
spaced apart from the first side of the semiconductor body
a particularly space-saving realization of the protective structure. to
Contacting this buried semiconductor zone is sufficient
a connection zone whose dimensions are small in the lateral direction
could be. This connection zone can be made of an electrically conductive
Material, such as a highly doped polysilicon or
a metal, and can be protected by an insulating layer
the basic doped portion of the semiconductor layer
be isolated.
Die
vergrabene erste Halbleiterzone verhindert sehr effektiv eine Ausbreitung
von Minoritätsladungsträgern tief im Innern des
Halbleiterkörpers sowohl in einer lateralen als auch in
einer vertikalen Richtung. Im Vergleich zu SOI-Bauelementanordnungen,
bei denen eine Ausbreitung von Ladungsträgern aus einer
Halbleiterschicht mit aktiven Bauelementzonen in ein Substrat durch
eine zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat angeordnete
Isolationsschicht verhindert wird, ist die erläuterte Bauelementanordnung
kosten günstiger realisierbar und weist außerdem
einen geringeren thermischen Widerstand für die Ableitung
von Verlustwärme aus dem Halbleiterkörper auf.The buried first semiconductor zone very effectively prevents a propagation of minority carriers deep inside the semiconductor body probably in a lateral as well as in a vertical direction. In comparison with SOI device arrangements in which a propagation of charge carriers from a semiconductor layer with active device zones into a substrate is prevented by an insulating layer arranged between the semiconductor layer and the substrate, the described device arrangement is more cost-effective and also has a lower thermal resistance the dissipation of heat loss from the semiconductor body.
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren
näher erläutert. Die Figuren dienen zur Veranschaulichung
des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung und sind nicht notwendigerweise
maßstabsgetreu. Darüber hinaus sind in den Figuren
lediglich die für die Erfindung wesentlichen Bauelementstrukturen dargestellt.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche
Bezugszeichen gleiche Bauelementstrukturen mit gleicher Bedeutung.embodiments
The present invention will be described below with reference to FIGS
explained in more detail. The figures are for illustration
of the basic principle of the present invention and are not necessarily
scale. In addition, in the figures
only the component structures essential to the invention are shown.
In the figures, unless stated otherwise, denote the same
Reference numerals same component structures with the same meaning.
1 zeigt eine integrierte Schaltungsanordnung,
die zwei in einer lateralen Richtung beabstandet zueinander angeordnete
Bauelementzonen aufweist, zwischen denen eine Schutzstruktur angeordnet
ist, anhand eines vertikalen Querschnitts (1A) und
eines horizontalen Querschnitts (1B). 1 1 shows an integrated circuit arrangement which has two component zones which are arranged at a distance from each other in a lateral direction and between which a protective structure is arranged, by means of a vertical cross section (FIG. 1A ) and a horizontal cross section ( 1B ).
2 veranschaulicht
ein Beispiel, bei dem eine der Bauelementzonen eine Drainzone eines
lateralen MOS-Transistors ist. 2 illustrates an example in which one of the device zones is a drain zone of a lateral MOS transistor.
3 zeigt
ein Beispiel, bei dem eine der Bauelementzonen eine aktive Bauelementzone
einer Diode ist. 3 shows an example in which one of the device zones is an active device zone of a diode.
4 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel
einer integrierten Schaltungsanordnung, bei der die Schutzstruktur
eine erste der zwei Bauelementzonen in einer lateralen Richtung
vollständig umgibt, anhand eines vertikalen Querschnitts
durch den Halbleiterkörper (4A) und
eines lateralen Querschnitts durch den Halbleiterkörper
(4B). 4 1 illustrates an exemplary embodiment of an integrated circuit arrangement in which the protective structure completely surrounds a first of the two component zones in a lateral direction, with reference to a vertical cross section through the semiconductor body (FIG. 4A ) and a lateral cross section through the semiconductor body ( 4B ).
5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltungsanordnung,
bei der eine erste der zwei Bauelementzonen in der Nähe
eines Randes eines Halbleiterkörpers angeordnet ist, anhand eines
lateralen Querschnitts des Halbleiterkörpers. 5 shows an embodiment of an integrated circuit arrangement in which a first of the two component zones is arranged in the vicinity of an edge of a semiconductor body, based on a lateral cross section of the semiconductor body.
6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltungsanordnung,
bei der eine Verbindungszone der Schutzstruktur als Halbleiterzone
realisiert ist. 6 shows an embodiment of an integrated circuit arrangement in which a connection zone of the protective structure is realized as a semiconductor zone.
7 zeigt
eine integrierte Schaltungsanordnung, bei der eine sich an die Verbindungszone anschließende
Halbleiterzone als durchgehende Halbleiterschicht ausgebildet ist. 7 shows an integrated circuit arrangement in which a subsequent to the connection zone semiconductor zone is formed as a continuous semiconductor layer.
8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltungsanordnung,
bei der die Schutzstruktur mehrere erste Halbleiterzonen zwischen
der ersten und zweiten Bauelementzone aufweist. 8th shows an embodiment of an integrated circuit arrangement in which the protective structure comprises a plurality of first semiconductor zones between the first and second device zone.
1A zeigt
schematisch ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung anhand eines vertikalen Querschnittes durch
einen Halbleiterkörper 100 der Schaltungsanordnung.
Der Halbleiterkörper weist eine erste Seite 101 und
eine der ersten Seite 101 gegenüberliegende zweite
Seite 102 auf, die nachfolgend als Vorder- und Rückseite 101, 102 bezeichnet
werden. Der Halbleiterkörper 100 weist außerdem
eine Halbleiterschicht 103 mit einer Grunddotierung eines
ersten Leitungstyps auf, die in dem in 1 dargestellten
Beispiel von der Vorderseite 101 bis an die Rückseite 102 reicht
und die nachfolgend als Halbleitersubstrat bezeichnet wird. 1A schematically shows a first example of a circuit arrangement according to the invention with reference to a vertical cross-section through a semiconductor body 100 the circuit arrangement. The semiconductor body has a first side 101 and one of the first page 101 opposite second side 102 on, the following as the front and back 101 . 102 be designated. The semiconductor body 100 also has a semiconductor layer 103 with a basic doping of a first conductivity type, which in the in 1 shown example from the front 101 to the back 102 ranges and which is referred to below as a semiconductor substrate.
Die
integrierte Schaltungsanordnung umfasst mehrere Halbleiterbauelemente,
die dotierte Halbleiterzonen umfassen, die sich ausgehend von der
Vorderseite 101 in den Halbleiterkör per hineinerstrecken.
Diese Bauelemente sind beispielsweise MOS-Transistoren, Bipolartransistoren
oder Dioden. Dotierte Halbleiterzonen von MOS-Transistoren sind Sourcezonen,
Drainzonen und Bodyzonen. Dotierte Halbleiterzonen von Bipolartransistoren
sind Emitterzonen, Kollektorzonen und Basiszonen. Dotierte Halbleiterzonen
von Dioden sind p-Emitterzonen und n-Emitterzonen bzw. Anoden- und
Kathodenzonen.The integrated circuit arrangement comprises a plurality of semiconductor devices comprising doped semiconductor zones extending from the front side 101 into the semiconductor body. These components are, for example, MOS transistors, bipolar transistors or diodes. Doped semiconductor zones of MOS transistors are source zones, drain zones and body zones. Doped semiconductor zones of bipolar transistors are emitter zones, collector zones and base zones. Doped semiconductor zones of diodes are p-emitter zones and n-emitter zones or anode and cathode zones.
In 1 ist eine erste Bauelementzone 11 eines
ersten Halbleiterbauelements und eine zweite Bauelementzone eines
zweiten Halbleiterbauelements dargestellt. Diese ersten und zweiten
Bauelementzonen 11, 12 sind von einem zur Grunddotierung
des Halbleitersubstrats 103 komplementären zweiten
Leitungstyps und sind in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 bzw.
des Halbleitersubstrats 103 beabstandet zueinander angeordnet.In 1 is a first device zone 11 a first semiconductor device and a second device zone of a second semiconductor device shown. These first and second component zones 11 . 12 are from one to the basic doping of the semiconductor substrate 103 complementary second conductivity type and are in a lateral direction of the semiconductor body 100 or the semiconductor substrate 103 spaced apart from each other.
Eine
oder beide dieser Bauelementzonen 11, 12 sind
beispielsweise Drainzonen eines MOS-Transistors, insbesondere eines
lateralen MOS-Transistors. 2 zeigt
im Querschnitt einen lateralen MOS-Transistor, der eine Drainzone
aufweist, die erste Bauelementzone 11 bildet. In einer
lateralen Richtung beabstandet zu der Drainzone 11 weist
dieser MOS-Transistor eine Sourcezone 17 des gleichen Leitungstyps
wie die Drainzone 11 auf. Diese Sourcezone 17 ist
von einer Bodyzone 16 umgeben, die komplementär
zu der Sourcezone 17 dotiert ist. Zwischen der Bodyzone 16 und
der Drainzone 11 ist bei diesem Bauelement eine Driftzone 13 vom
gleichen Leitungstyp wie die Drainzone 11 vorhanden, die
niedriger als die Drainzone 11 dotiert ist und deren Abmessungen
und Dotierung maßgeblich die Spannungsfestigkeit des Bauelements
beeinflussen. Zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 16 zwischen
der Sourcezone 17 und der Drainzone 11 ist eine
Gateelektrode 14 vorhanden, die durch eine Gatedielektrikumsschicht 15 gegenüber
der Bodyzone 16 isoliert ist. Die Sourcezone 17 und die
Bodyzone 16 sind durch eine Sourceelektrode 18 beispielsweise
kurzgeschlossen.One or both of these component zones 11 . 12 are, for example, drain zones of a MOS transistor, in particular a lateral MOS transistor. 2 shows in cross-section a lateral MOS transistor having a drain zone, the first device zone 11 forms. Spaced in a lateral direction to the drain zone 11 this MOS transistor has a source zone 17 of the same conductivity type as the drain zone 11 on. This source zone 17 is from a bodyzone 16 surrounded, which is complementary to the source zone 17 is doped. Between the bodyzone 16 and the drainage zone 11 is a drift zone in this device 13 of the same conductivity type as the drain zone 11 available, the lower than the drain zone 11 is doped and whose dimensions and doping significantly affect the dielectric strength of the device. To control a conductive channel in the body zone 16 between the source zone 17 and the drainage zone 11 is a gate electrode 14 present through a gate dielectric layer 15 opposite the bodyzone 16 is isolated. The source zone 17 and the bodyzone 16 are through a source electrode 18 for example, shorted.
Die
Drainzone 11 und/oder die Driftzone 13 grenzen
bei diesem Bauelement unmittelbar an einen Bereich des Halbleitersubstrats 103 an,
der die Grunddotierung des Halbleitersubstrats 103 aufweist.
Die Drainzone 11 und die Driftzone 13, die komplementär
zu dem Halbleitersubstrat 103 dotiert sind, sind bei einem
n-leitenden MOS-Transistor n-dotiert. Das Substrat 103 ist
in diesem Fall p-dotiert.The drain zone 11 and / or the drift zone 13 borders in this component directly to a region of the semiconductor substrate 103 indicating the basic doping of the semiconductor substrate 103 having. The drain zone 11 and the drift zone 13 that is complementary to the semiconductor substrate 103 are doped n-doped in an n-type MOS transistor. The substrate 103 is p-doped in this case.
Eine
oder beide der ersten und zweiten Bauelementzonen 11, 12 können
auch aktive Bauelementzonen einer Diode sein, wie dies in 3 für
die erste Bauelementzone 11 dargestellt ist. Innerhalb dieser
Bauelementzone 11 ist hierbei eine komplementär
zu dieser Bauelementzone 11 dotierte Halbleiterzone 16 vorgesehen.
Bei einer n-dotierten ersten Bauelementzone 11 bildet diese
erste Bauelementzone 11 eine Kathodenzone der Diode, während die
weitere Bauelementzone 16 p-dotiert ist und eine Anodenzone
bildet. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die 2 und 3 lediglich
als Beispiel zu verstehen sind und dass die erste Bauelementzone 11 – und
entsprechend die zweite Bauelementzone 12 – nicht
darauf beschränkt sind, die Drainzone eines MOS-Transistors
oder eine der aktiven Bauelementzonen einer Diode zu bilden.One or both of the first and second device zones 11 . 12 may also be active device regions of a diode, as shown in FIG 3 for the first component zone 11 is shown. Within this component zone 11 is here a complementary to this device zone 11 doped semiconductor zone 16 intended. In an n-doped first device zone 11 forms this first component zone 11 a cathode zone of the diode, while the further device zone 16 p-doped and forms an anode zone. In this context, it should be noted that the 2 and 3 merely as an example and that the first component zone 11 - And according to the second component zone 12 Are not limited to form the drain zone of a MOS transistor or one of the active device zones of a diode.
Durch äußere
Beschaltung der die ersten und zweiten Bauelementzonen 11, 12 aufweisenden Halbleiterbauelemente
ist bei der integrierten Schaltungsanordnung während eines ”normalen” Betriebszustandes
sichergestellt, dass pn-Übergänge zwischen den
ersten Bauelementzonen 11, 12 und den die Grunddotierung
aufweisenden Abschnitten des Halbleitersubstrats 103 in
Sperrrichtung gepolt sind. Bei einem p-dotierten Halbleitersubstrat 103 kann dies
dadurch erreicht werden, dass diese Bauelementzonen 11, 12 stets
auf einem elektrischen Potential liegen, das höher ist
als das elektrische Potential des Halbleitersubstrats 103.
Bei einem n-dotierten Halbleitersubstrat 103 kann dies
dadurch erreicht werden, dass die Bauelementzonen 11, 12 stets
auf einem elektrischen Potential liegen, das niedriger ist als das
elektrische Potential des Halbleitersubstrats 103.By external wiring of the first and second component zones 11 . 12 having semiconductor devices in the integrated circuit arrangement during a "normal" operating state ensures that pn junctions between the first device zones 11 . 12 and the base doped portions of the semiconductor substrate 103 are poled in the reverse direction. In a p-doped semiconductor substrate 103 This can be achieved by having these component zones 11 . 12 always be at an electrical potential that is higher than the electrical potential of the semiconductor substrate 103 , In an n-doped semiconductor substrate 103 This can be achieved by the component zones 11 . 12 always be at an electrical potential that is lower than the electrical potential of the semiconductor substrate 103 ,
Während
des Betriebs einer integrierten Schaltungsanordnung, können
allerdings Betriebszustände auftreten, bei denen Ladungsträger
aus den Bauelementzonen 11, 12, die durch Sperrschichtisolationen
bzw. pn-Übergänge gegenüber dem Halbleitersubstrat 103 isoliert
sind, in das Halbleitersubstrat 103 injiziert werden. Innerhalb
des Halbleitersubstrats 103 sind diese Ladungsträger
dann Minoritätsladungsträger, d. h. Elektronen
bei einem p-dotierten Halbleitersubstrat 103 und Löcher
bei einem n-dotierten Halbleitersubstrat 103. Die Injektion
solcher Minoritätsladungsträger in das Substrat 103 und
die Ausbreitung der Minoritätsladungsträger innerhalb des
Substrats gilt es zu verhindern, da Minoritätsladungsträger,
die beispielsweise aus der ersten Bauelementzone 11 in
das Halbleitersubstrat 103 injiziert werden und sich dort
ausbreiten, Fehlfunktionen weiterer in dem Halbleitersubstrat integrierter
Halbleiterbauelemente verursachen können, beispielsweise des
Halbleiterbauelements mit der zweiten Bauelementzone 12.During operation of an integrated circuit arrangement, however, operating states can occur in which charge carriers from the component zones 11 . 12 caused by junction isolation or pn-junctions with respect to the semiconductor substrate 103 are isolated in the semiconductor substrate 103 be injected. Within the semiconductor substrate 103 these charge carriers are then minority carriers, ie electrons in a p-doped semiconductor substrate 103 and holes in an n-doped semiconductor substrate 103 , The injection of such minority carriers into the substrate 103 and to prevent the propagation of the minority charge carriers within the substrate, since minority carriers, for example, from the first device zone 11 in the semiconductor substrate 103 be injected and spread there, may cause malfunction of further integrated semiconductor devices in the semiconductor device, for example, the semiconductor device with the second device zone 12 ,
Für
die nachfolgende Erläuterung sei davon ausgegangen, dass
Minoritätsladungsträger potentiell aus der ersten
Bauelementzone 11, die nachfolgend auch als Injektorzone
bezeichnet wird, in das Halbleitersubstrat 103 injiziert
werden können. Um die Ausbreitung solcher Minoritätsladungsträger
in einer lateralen Richtung innerhalb des Halbleitersubstrats 103 zu
verhindern bzw. zumindest zu reduzieren, ist eine Schutzstruktur 20 vorhanden,
die in dem dargestellten Beispiel zumindest teilweise in lateraler Richtung
zwischen der ersten und zweiten Bauelementzone 11, 12 angeordnet
ist. Diese Schutzstruktur 20 weist eine erste Halbleiterzone 21 auf,
die vom gleichen Leitungstyp wie die Grunddotierung des Halbleitersubstrats 103 ist,
die jedoch stärker als das Halbleitersubstrat 103 dotiert
ist. Diese erste Halbleiterzone 21 ist in einer vertikalen
Richtung des Halbleitersubstrats 103 beabstandet zu der
Vorderseite 101 und der ersten Bauelementzone 11 angeordnet und
erstreckt sich in einer lateralen Richtung des Substrats 103 bis
unter die erste Bauelementzone 11.For the following explanation, it has been assumed that minority carriers are potentially from the first device zone 11 , which is also referred to as injector zone below, in the semiconductor substrate 103 can be injected. To the propagation of such minority carriers in a lateral direction within the semiconductor substrate 103 to prevent or at least reduce, is a protective structure 20 present, in the illustrated example, at least partially in the lateral direction between the first and second component zone 11 . 12 is arranged. This protective structure 20 has a first semiconductor zone 21 on, of the same conductivity type as the basic doping of the semiconductor substrate 103 is, but stronger than the semiconductor substrate 103 is doped. This first semiconductor zone 21 is in a vertical direction of the semiconductor substrate 103 spaced to the front 101 and the first device zone 11 arranged and extends in a lateral direction of the substrate 103 to below the first component zone 11 ,
Die
erste Halbleiterzone 21 der Schutzstruktur 20 ist über
eine Verbindungszone 22 kontaktierbar, die sich ausgehend
von der Vorderseite 101 in einer vertikalen Richtung des
Halbleiterkörpers 100 bis an die erste Halbleiterzone 21 erstreckt.
Diese Verbindungszone 22 besteht aus einem elektrisch leitenden
Material, wie beispielsweise einem hochdotierten polykristallinen
Halbleitermaterial oder aus einem Metall, und ist in der lateralen
Richtung des Halbleitersubstrats beabstandet zu der ersten und zweiten
Bauelementzone 11, 12 und zwischen diesen beiden
Bauelementzonen 11, 12 angeordnet. In einer lateralen
Richtung ist diese Verbindungszone 22 durch eine Isolationsschicht 23,
beispielsweise ein Halbleiteroxid, gegenüber den die Grunddotierung
aufweisenden Abschnitten des Halbleitersubstrats 103 isoliert.
Um einen niederohmigen Anschluss dieser ausgedehnten ersten Halbleiterzone 21 an
die Verbindungszone 22 zu erreichen, kann eine höher als
die erste Halbleiterzone 21 dotierte Anschlusszone 27 vorgesehen
sein, die zwischen der Verbindungszone 22 und der ersten
Halbleiterzone 21 angeordnet ist.The first semiconductor zone 21 the protective structure 20 is over a connection zone 22 Contactable, starting from the front 101 in a vertical direction of the semiconductor body 100 to the first semiconductor zone 21 extends. This connection zone 22 is made of an electrically conductive material, such as a heavily doped polycrystalline semiconductor material or a metal, and is spaced apart in the lateral direction of the semiconductor substrate from the first and second device regions 11 . 12 and between these two component zones 11 . 12 arranged. In a lateral direction is this connection zone 22 through an insulation layer 23 , For example, a semiconductor oxide, with respect to the basic doped portions of the semiconductor substrate 103 isolated. To a low-impedance connection this extended first semiconductor zone 21 to the connection zone 22 Achieve one higher than the first semiconductor zone 21 doped connection zone 27 be provided between the connection zone 22 and the first semiconductor zone 21 is arranged.
Die
Schutzstruktur 20 weist außerdem eine zweite Halbleiterzone 24 auf,
die komplementär zur Grunddotierung des Halbleitersubstrats 103 dotiert ist
und die über die Verbindungszone 22 elektrisch leitend
an die erste Halbleiterzone 21 angeschlossen ist. Die zweite
Halbleiterzone 24 ist hierzu über eine elektrische
Leitungsverbindung 26, die in 1 nur schematisch
dargestellt ist, im Bereich der Vorderseite 101 elektrisch
leitend an die Verbindungszone 22 angeschlossen. Um einen
niederohmigen Anschluss der Leitungsverbindung 26 an die
zweite Halbleiterzone 24 zu erreichen, kann eine hochdotierte
Anschlusszone 25 des zweiten Leitungstyps innerhalb der
zweiten Halbleiterzone 24 vorgesehen sein, an welches die
Leitungsverbindung 26 angeschlossen ist. Die zweite Halbleiterzone 24 der
Schutzstruktur grenzt beispielsweise unmittelbar an die Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers an und ist in lateraler Richtung beispielsweise
zwischen der ersten Bauelementzone 11 und der Verbindungszone 22 angeordnet.The protective structure 20 also has a second semiconductor zone 24 on, which is complementary to the basic doping of the semiconductor substrate 103 is doped and the over the connection zone 22 electrically conductive to the first semiconductor zone 21 connected. The second semiconductor zone 24 is this via an electrical line connection 26 , in the 1 is shown only schematically, in the area of the front 101 electrically conductive to the connection zone 22 connected. To a low-impedance connection of the line connection 26 to the second semiconductor zone 24 can reach a highly doped connection zone 25 of the second conductivity type within the second semiconductor region 24 be provided, to which the line connection 26 connected. The second semiconductor zone 24 For example, the protective structure immediately adjoins the front 101 of the semiconductor body and is in the lateral direction, for example, between the first component zone 11 and the connection zone 22 arranged.
Die
Funktionsweise der in 1 dargestellten
Schutzstruktur wird nachfolgend erläutert. Hierzu sei angenommen,
dass Minoritätsladungsträger aus der ersten Bauelementzone 11 in
das Halbleitersubstrat 103 injiziert werden. Die komplementär
zur Grunddotierung des Halbleitersubstrats 103 dotierte zweite
Halbleiterzone 24 wirkt hierbei als Senke für einen
Teil der in das Substrat injizierten Minoritätsladungsträger.
Die durch diese zweite Halbleiterzone 24 ”aufgenommenen” Minoritätsladungsträger
beeinflussen das elektrische Potential der zweiten Halbleiterzone 24.
Sind die Minoritätsladungsträger Elektronen, so
verschiebt sich das elektrische Potential der zweiten Halbleiterzone 24 bei
Injektion von Minoritätsladungsträgern in das
Substrat 103 zu negativen Werten hin. Sind die Minoritätsladungsträger
bei einem n-dotierten Halbleitersubstrat Löcher, so verschiebt
sich das elektrische Potential der zweiten Halbleiterzone 24 zu
positiven Potentialwerten hin. Bedingt durch die elektrisch leitende
Verbindung zwischen der zweiten Halbleiterzone 24 und der
vergraben angeordneten ersten Halbleiterzone 21 nimmt die
erste Halbleiterzone 21 ein elektrisches Potential an,
das wenigstens annäherungsweise dem elektrischen Potential
der zweiten Halbleiterzone 24 entspricht. Dieses elektrische
Potential bewirkt, dass sich ein elektrisches Feld innerhalb des
Halbleitersubstrats 103 um die erste Halbleiterzone 21 herum ausbildet,
das einer Injektion von Minoritätsladungsträgern
entgegenwirkt. Das von der ersten Halbleiterzone 21 bei
einer Injektion von Minoritätsladungsträgern erzeugte
elektrische Potential, baut sich dabei in unmittelbarer Nähe
der ersten Bauelementzone 11 auf, und wirkt so effektiv
der Injektion von Ladungsträgern entgegen. Bedingt durch
unterschiedliche Dotierungskonzentrationen der ersten Halbleiterzone 21 und
der Halbleiterschicht 103, ist im Grenzbereich zwischen
der ersten Halbleiterzone 21 und Bereichen der ersten Halbleiterschicht 103 zudem
ein intrinsisches elektrisches Feld vorhanden, das das ”Einfangen” der
Minoritätsladungsträger durch die zweite Halbleiterzone 24 unterstützt.The functioning of in 1 shown protection structure is explained below. For this purpose, it is assumed that minority carriers from the first device zone 11 in the semiconductor substrate 103 be injected. The complementary to the basic doping of the semiconductor substrate 103 doped second semiconductor zone 24 acts as a sink for a portion of the injected into the substrate minority carrier. The through this second semiconductor zone 24 "Received" minority carriers affect the electrical potential of the second semiconductor zone 24 , If the minority carriers are electrons, the electrical potential of the second semiconductor zone shifts 24 upon injection of minority carriers into the substrate 103 to negative values. If the minority carriers are holes in an n-doped semiconductor substrate, the electrical potential of the second semiconductor zone shifts 24 to positive potential values. Due to the electrically conductive connection between the second semiconductor zone 24 and the buried first semiconductor region 21 takes the first semiconductor zone 21 an electric potential that is at least approximately the electric potential of the second semiconductor region 24 equivalent. This electrical potential causes an electric field within the semiconductor substrate 103 around the first semiconductor zone 21 which counteracts an injection of minority carriers. That of the first semiconductor zone 21 generated in an injection of minority charge carriers electrical potential, it builds up in the immediate vicinity of the first device zone 11 and thus effectively counteracts the injection of charge carriers. Due to different doping concentrations of the first semiconductor zone 21 and the semiconductor layer 103 , is in the boundary region between the first semiconductor zone 21 and regions of the first semiconductor layer 103 In addition, an intrinsic electric field is present, which is the "capture" of the minority carriers by the second semiconductor zone 24 supported.
Darüber
hinaus erschwert die erste Halbleiterzone 21, dass Minoritätsladungsträger
in den Bereich des Halbleitersubstrats 103 unterhalb der
ersten Halbleiterzone 21 gelangen können, wodurch eine
Ausbreitung der Minoritätsladungsträger in lateraler
Richtung des Halbleitersubstrats 103 reduziert wird.In addition, the first semiconductor zone complicates 21 in that minority carriers are in the region of the semiconductor substrate 103 below the first semiconductor zone 21 whereby a spreading of the minority charge carriers in the lateral direction of the semiconductor substrate 103 is reduced.
Die
Wirkung der Schutzstruktur 20 kann verstärkt werden,
indem eine Metallisierung auf die Rückseite 102 aufgebracht
wird. An einer Grenzschicht zwischen dieser Metallisierung 41 und
dem Halbleitersubstrat 103 können solche Minoritätsladungsträger,
die die erste Halbleiterzone 21 durchdringen, auf besonders
effektive Weise rekombinieren. Das Halbleitersubstrat 103 kann
dabei floatend angeordnet sein, d. h. die Metallisierung 41 muss nicht
auf einem vorgegebenen elektrischen Potential liegen. Darüber
hinaus besteht auch die Möglichkeit, das Halbleitersubstrat 103 über
die Metallisierung 41 auf ein vorgegebenes elektrisches
Potential, beispielsweise Masse, zu legen. Bei einer floatenden Anordnung
des Halbleitersubstrats 103 sollte ein ohmscher Übergang
zwischen der Metallisierung 41 und dem Halbleitersubstrat 103 vorhanden
sein. Bei einer auf einem vorgegebenen elektrischen Potential liegenden
Metallisierung 41 kann anstelle eines solchen ohmschen Übergangs
auch ein Schottky-Übergang zwischen der Metallisierung 41 und
dem Halbleitersubstrat 103 vorgesehen sein.The effect of the protective structure 20 can be reinforced by a metallization on the back 102 is applied. At a boundary layer between this metallization 41 and the semiconductor substrate 103 such minority carriers may be the first semiconductor zone 21 penetrate, recombine in a particularly effective way. The semiconductor substrate 103 can be arranged floating, ie the metallization 41 does not have to be at a given electrical potential. In addition, there is also the possibility of the semiconductor substrate 103 about the metallization 41 to put on a predetermined electrical potential, such as mass. In a floating arrangement of the semiconductor substrate 103 should be an ohmic transition between the metallization 41 and the semiconductor substrate 103 to be available. At a lying at a predetermined electrical potential metallization 41 For example, instead of such an ohmic junction, a Schottky junction may also be present between the metallization 41 and the semiconductor substrate 103 be provided.
Es
kann vorteilhaft sein, die erste Halbleiterzone ausgehend von der
Vorderseite 101 möglichst tief in dem Halbleiterkörper 100 anzuordnen.
Eine Ausbreitung von Minoritätsladungsträgern
in dem Bereich zwischen der Vorderseite 101 und dem unterhalb
der ersten Halbleiterzone 21 liegenden Substrat 103 wird
dabei durch die Verbindungszone 22 mit der die Verbindungszone 22 umgebenden
Isolationsschicht verhindert. Eine Tiefe d1 der Gesamtanordnung
mit der ersten Halbleiterzone 21 und der Verbindungszone 22 ausgehend
von der Vorderseite 101 liegt dabei beispielsweise zwischen
1% und 90%, insbesondere zwischen 50% und 80% der Gesamtdicke d2
des Halbleitersubstrats 103, es gilt also: d1/d2 = 0,01
... 0,9, bzw. d1/d2 = 0,5 ... 0,8, wobei d1 die Gesamttiefe der
Anordnung mit der ersten Halbleiterzone 21 und der Verbindungszone 22 und d2
die Dicke des Halbleitersubstrats 103 bezeichnet. Absolut
liegt die Dicke d2 des Halbleitersubstrats beispielsweise zwischen
15 μm und 750 μm und die Abmessung der Schutzstruktur
in vertikaler Richtung beispielsweise zwischen 5 μm und
200 μm. Die Abmessungen der ersten Halbleiterzone 21 in
vertikaler Richtung liegen beispielsweise zwischen 2 μm
und 60 μm, insbesondere zwischen 10 μm und 15 μm.It may be advantageous to use the first semiconductor zone starting from the front side 101 as deep as possible in the semiconductor body 100 to arrange. A spread of minority carriers in the area between the front 101 and below the first semiconductor zone 21 lying substrate 103 is doing through the connection zone 22 with the the connection zone 22 surrounding insulating layer prevented. A depth d1 of the overall arrangement with the first semiconductor zone 21 and the connection zone 22 starting from the front 101 is for example between 1% and 90%, in particular between 50% and 80% of the total thickness d2 of the semiconductor substrate 103 , d1 / d2 = 0.01 ... 0.9, or d1 / d2 = 0.5 ... 0.8, where d1 is the total depth of the arrangement with the first semiconductor zone 21 and the connection zone 22 and d2, the thickness of the semiconductor substrate 103 designated. In absolute terms, the thickness d2 of the semiconductor substrate is between 15 μm and 750 μm, for example, and the dimension of the protective structure in the vertical direction is between 5 μm and 200 μm, for example. The dimensions of the first semiconductor zone 21 in the vertical direction are for example between 2 .mu.m and 60 .mu.m, in particular between 10 .mu.m and 15 .mu.m.
Die
Verbindungszone 22 kann so realisiert sein, dass sie die
Injektorzone 11 in lateraler Richtung ringförmig
umschließt, wie dies schematisch in 1B dargestellt
ist, die einen lateralen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 gemäß 1A in
einer Schnittebene A-A zeigt. Die zweite Halbleiterzone 24 kann
dabei so realisiert sein, dass sie – entsprechend der Verbindungszone 22 – die
erste Bauelementzone 11 ringförmig umgibt. Die
Injektorzone 11 ist bei dieser Anordnung vollständig
von der Schutzstruktur 20 umgeben, nämlich von
der Verbindungszone 22 und der diese umgebenden Isolationsschicht 23 in
lateraler Richtung und von der ersten Halbleiterzone 21 (in 1B nicht
dargestellt) in vertikaler Richtung. Die Verbindungszone 22 bildet
dabei Seitenwände, die erste Halbleiterzone 21 bildet einen
Boden einer die erste Bauelementzone 21 umgebenden wannenartigen
Abschirmstruktur.The connection zone 22 can be realized so that they are the injector zone 11 encloses annularly in a lateral direction, as shown schematically in FIG 1B is shown, which has a lateral cross-section through the semiconductor body 100 according to 1A in a sectional plane AA shows. The second semiconductor zone 24 can be realized so that they - according to the connection zone 22 - the first component zone 11 surrounds annularly. The injector zone 11 in this arrangement is completely off the protection structure 20 surrounded, namely by the connection zone 22 and the surrounding insulation layer 23 in the lateral direction and from the first semiconductor zone 21 (in 1B not shown) in the vertical direction. The connection zone 22 forms sidewalls, the first semiconductor zone 21 forms a bottom of the first component zone 21 surrounding trough-like shielding structure.
Zusätzlich
zu der Schutzstruktur 20 kann bezugnehmend auf 1A ein
sogenannter Guardring 31 (gestrichelt dargestellt) vorgesehen
sein, der komplementär zu dem Halbleitersubstrat 103 dotiert
ist und der in lateraler Richtung zwischen der Schutzstruktur 20 und
der zweiten Bauelementzone 12 angeordnet ist. Dieser Guardring
kann die injizierende erste Bauelementzone 11 oder die
zu schützende zweite Bauelementzone 12 in lateraler
Richtung ringförmig umgeben und ist komplementär
zu dem Halbleitersubstrat 103 dotiert. Dieser Guardring 31 dient als
Senke für solche Minoritätsladungsträger,
denen es gelingt, die Schutzstruktur 20 in lateraler Richtung zu
passieren und verhindert so, dass diese Minoritätsladungsträger
die zweite Bauelementzone 12 erreichen. Dieser Guardring 31 liegt
beispielsweise auf einem vorgegebenen elektrischen Potential, das
so gewählt ist, dass Minoritätsladungsträger
durch den Guardring ”angezogen” werden. Bei Elektronen
als Minoritätsladungsträgern ist dieses elektrische
Potential ein gegenüber dem Halbleitersubstrat 103 positives
Potential oder ein dem Potential des Halbleitersubstrats entsprechendes
Potential. Bei Löchern als Minoritätsladungsträgern
ist dieses elektrische Potential ein gegenüber dem Halbleitersubstrat 103 negatives
Potential. Der Guardring 31 kann insbesondere eine dotierte
Halbleiterzone einer in dem Substrat 103 integrierten Logikstruktur
sein.In addition to the protective structure 20 can refer to 1A a so-called guard ring 31 (shown in dashed lines), which is complementary to the semiconductor substrate 103 is doped and the laterally between the protective structure 20 and the second device zone 12 is arranged. This guard ring may be the injecting first device zone 11 or the second device zone to be protected 12 Surrounded annularly in the lateral direction and is complementary to the semiconductor substrate 103 doped. This guardring 31 serves as a sink for such minority carriers that manage the protective structure 20 to pass in a lateral direction, thus preventing these minority carriers from entering the second device zone 12 to reach. This guardring 31 is for example at a predetermined electrical potential, which is chosen so that minority charge carriers are "attracted" by the guard ring. For electrons as minority carriers, this electrical potential is opposite to the semiconductor substrate 103 positive potential or potential corresponding to the potential of the semiconductor substrate. For holes as minority carriers this electrical potential is opposite to the semiconductor substrate 103 negative potential. The guardring 31 For example, a doped semiconductor zone may be one in the substrate 103 be integrated logic structure.
Alternativ
oder zusätzlich zu dem Guardring kann das Halbleitersubstrat 103 im
Bereich der Vorderseite 101 benachbart zu der zu schützenden
Bauelementzone 12 auf ein vorgegebenes elektrisches Potential
gelegt werden. Hierzu ist im Bereich der Vorderseite 101 ein
Substratanschluss 32 vorhanden, der vom gleichen Leitungstyp
wie das Halbleitersubstrat 103, der jedoch höher
dotiert ist. Dieser Substratanschluss 32 kann auf ein fest
vorgegebenes elektrisches Potential, beispielsweise Masse, gelegt sein
oder kann an die zweite Halbleiterzone 24 bzw. die Verbindungszone 26 angeschlossen
sein.Alternatively or in addition to the guard ring, the semiconductor substrate 103 in the area of the front 101 adjacent to the device zone to be protected 12 be set to a predetermined electrical potential. This is in the area of the front 101 a substrate connection 32 present, of the same conductivity type as the semiconductor substrate 103 which, however, is higher doped. This substrate connection 32 may be applied to a fixed electrical potential, such as ground, or may be applied to the second semiconductor region 24 or the connection zone 26 be connected.
Die 4A und 4B veranschaulichen eine
gegenüber der bisher erläuterten integrierten Schaltungsanordnung
abgewandelte Schaltungsanordnung anhand eines vertikalen Quer schnitts
in einer Schnittebene A-A und anhand eines lateralen Querschnitts
durch den Halbleiterkörper 100. Bei dieser Schaltungsanordnung
ist die zweite Halbleiterzone 24 in lateraler Richtung
nicht zwischen der ersten Bauelementzone 11 und der zweiten
Bauelementzone 12 angeordnet, sondern die Injektorzone 11 ist zwischen
der zweiten Halbleiterzone 24 der Schutzstruktur und der
Verbindungszone 22 angeordnet. Auf eine explizite Darstellung
der die Verbindungszone 22 in lateraler Richtung umgebenden
Isolationsschicht 23 ist in 4B aus
Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Auch
bei dieser Schaltungsanordnung ist die Injektorzone 11 vollständig
von der Schutzstruktur 20 umgeben, nämlich von
der Verbindungszone 22 und der diese umgebenden Isolationsschicht 23 in
lateraler Richtung und von der ersten Halbleiterzone 21 (in 1B nicht
dargestellt) in vertikaler Richtung.The 4A and 4B illustrate a comparison with the previously explained integrated circuit arrangement modified circuit arrangement based on a vertical cross-section in a sectional plane AA and based on a lateral cross section through the semiconductor body 100 , In this circuit arrangement, the second semiconductor zone 24 in the lateral direction not between the first component zone 11 and the second device zone 12 arranged but the injector zone 11 is between the second semiconductor zone 24 the protective structure and the connection zone 22 arranged. On an explicit representation of the connection zone 22 in the lateral direction surrounding insulating layer 23 is in 4B omitted for the sake of clarity. Also in this circuit arrangement is the injector zone 11 completely from the protective structure 20 surrounded, namely by the connection zone 22 and the surrounding insulation layer 23 in the lateral direction and from the first semiconductor zone 21 (in 1B not shown) in the vertical direction.
Zwischen
der zweiten Halbleiterzone 24 der Schutzstruktur 20 und
der Injektorzone 11 kann ein Substratanschluss 28 vorgesehen
sein, durch den das Halbleitersubstrat 103 in dem Bereich
zwischen der ersten Bauelementzone 11 und der zweiten Halbleiterzone 24 der
Schutzstruktur 20 auf ein vorgegebenes elektrisches Potential,
beispielsweise Masse, gelegt wird. Diese Schutzstruktur verhindert
noch effektiver eine Ausbreitung von Minoritätsladungsträgern
in dem Halbleitersubstrat 103.Between the second semiconductor zone 24 the protective structure 20 and the injector zone 11 can be a substrate connection 28 be provided, through which the semiconductor substrate 103 in the area between the first component zone 11 and the second semiconductor zone 24 the protective structure 20 to a predetermined electrical potential, such as ground, is placed. This protective structure more effectively prevents the spread of minority carriers in the semiconductor substrate 103 ,
5 veranschaulicht
anhand eines lateralen Querschnitts durch den Halbleiterkörper 100 ein weiteres
Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltungsanordnung.
Die Injektorzone ist in diesem Beispiel in der Nähe eines
Randes 104 des Halbleiterkörpers bzw. Halbleiterchips 100 angeordnet.
Die Verbindungszone 22 ist beabstandet zu der Injektorzone
angeordnet und umgibt die Injektorzone 11 in lateraler
Richtung an den Seiten, an denen die Injektorzone nicht dem Rand
zugewandt ist. Die zweite Bauelementzone 24 ist zwischen
der Injektorzone 11 und dem Rand angeordnet. Zwischen der
Injektor zone 11 und der zweiten Bauelementzone 24 kann
dabei der Substratanschluss 28 vorgesehen sein. 5 illustrated by a lateral cross section through the semiconductor body 100 another embodiment of an integrated circuit arrangement. The injector zone in this example is near an edge 104 the semiconductor body or semiconductor chip 100 arranged. The connection zone 22 is spaced from the injector zone and surrounds the injector zone 11 in the lateral direction on the sides where the injector zone does not face the edge. The second component zone 24 is between the injector zone 11 and the edge. Between the injector zone 11 and the second device zone 24 can be the substrate connection 28 be provided.
Die
Injektorzone 11 ist in dem dargestellten Beispiel in einer
Ecke des Halbleiterkörpers angeordnet, so dass die Injektorzone
nach zwei Seiten benachbart zum Rand das Halbleiterkörpers
angeordnet ist. Die Verbindungszone 22 ist an den beiden verbleibenden
Seiten benachbart zu der Injektorzone angeordnet. In nicht näher
dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, die Injektorzone
so anzuordnen, dass Sie nur zu einer Seite hin an den Rand angrenzt.
Die Verbindungszone 22 ist dann so realisiert, dass sie
die Injektorzone zu den verbleibenden drei Seiten hin umgibt.The injector zone 11 is angeord in the example shown in a corner of the semiconductor body net, so that the injector zone is arranged on two sides adjacent to the edge of the semiconductor body. The connection zone 22 is located on the two remaining sides adjacent to the injector zone. In a manner not shown, it is also possible to arrange the injector zone so that it is adjacent to the edge only to one side. The connection zone 22 is then implemented so that it surrounds the injector zone to the remaining three sides.
6 zeigt
ein weiteres Beispiel einer erfindungsgemäßen
integrierten Schaltungsanordnung. Bei dieser Schaltungsanordnung
ist eine Verbindungszone zwischen der ersten Halbleiterzone 21 und
der Vorderseite 101 durch eine Halbleiterzone 29 des
ersten Leitungstyps gebildet. Die Dotierungskonzentration dieser
Verbindungszone 29 kann dabei der Dotierungskonzentration
der ersten Halbleiterzone 21 entsprechen. 6 shows another example of an integrated circuit arrangement according to the invention. In this circuit arrangement is a connection zone between the first semiconductor zone 21 and the front 101 through a semiconductor zone 29 formed of the first conductivity type. The doping concentration of this connection zone 29 may be the doping concentration of the first semiconductor zone 21 correspond.
7 zeigt
eine gegenüber den bisher erläuterten Schaltungsanordnungen
abgewandelte integrierte Schaltungsanordnung. Bei dieser Schaltungsanordnung
ist die sich bis unterhalb der ersten Bauelementzone 11 erstreckende
erste Halbleiterzone 21 der Schutzstruktur 20 Teil
einer ursprünglich durchgehenden Halbleiterschicht 104 des
Halbleiterkörpers 100. Der Halbleiterkörper 100 umfasst
hierbei eine erste Halbleiterschicht 103, in der die Bauelementzonen 11, 12 sowie
die zweite Bauelementzone 24 der Schutzstruktur 20 angeordnet
sind, eine ausgehend von der Vorderseite 101 unterhalb
der ersten Halbleiterschicht 103 angeordnete zweite Halbleiterschicht 104,
die wie die erste Halbleiterschicht 103 vom ersten Leitungstyp
ist, die jedoch höher als diese erste Halbleiterschicht 103 dotiert
ist und die abschnittsweise die erste Halbleiterzone 21 der
Schutzstruktur 20 bildet. In Richtung der Rückseite 102 schließt
sich an diese zweite Halbleiterschicht 104 eine weitere
Halbleiterschicht 105, die vom ersten oder zweiten Leitungstyp
sein kann. Diese dritte Halbleiterschicht 105 ist beispielsweise
ein Halbleitersubstrat, die erste und zweite Halbleiterschicht 103, 104 sind
beispielsweise Epitaxieschichten, die auf das Halbleitersubstrat 105 aufgebracht
sind. Die zweite Halbleiterschicht 104 kann allerdings
auch ein durch Implantation von Dotierstoffatomen hergestelltes
dotiertes Halbleitergebiet sein. 7 shows an over the previously explained circuit arrangements modified integrated circuit arrangement. In this circuit, which is below the first component zone 11 extending first semiconductor zone 21 the protective structure 20 Part of an initially continuous semiconductor layer 104 of the semiconductor body 100 , The semiconductor body 100 in this case comprises a first semiconductor layer 103 in which the component zones 11 . 12 as well as the second component zone 24 the protective structure 20 are arranged, one from the front 101 below the first semiconductor layer 103 arranged second semiconductor layer 104 that like the first semiconductor layer 103 of the first conductivity type but higher than this first semiconductor layer 103 is doped and the sections of the first semiconductor zone 21 the protective structure 20 forms. Towards the back 102 joins this second semiconductor layer 104 another semiconductor layer 105 , which may be of the first or second conductivity type. This third semiconductor layer 105 For example, a semiconductor substrate is the first and second semiconductor layers 103 . 104 For example, epitaxial layers are those on the semiconductor substrate 105 are applied. The second semiconductor layer 104 however, it may also be a doped semiconductor region produced by implantation of dopant atoms.
Die
erste Halbleiterzone 21 ist bei der in 7 dargestellten
Schaltungsanordnung in grundsätzlich bereits erläuterter
Weise durch die Verbindungszone 22 kontaktiert, wobei eine
hochdotierte Anschlusszone 27 zwischen der Verbindungszone 22 und
der ersten Halbleiterzone 21 angeordnet sein kann. Bei
Injektion von Minoritätsladungsträgern aus der
ersten Bauelementzone 11 in die erste Halbleiterschicht 103 verschiebt
sich das elektrische Potential der zweiten Bauelementzone 24,
und damit das elektrische Potential der ersten Bauelementzone 21 der Schutzstruktur 20.
Die Wirkung dieser Potentialverschiebung soll dabei auf den Bereich
der ersten Bauelementzone 11 begrenzt bleiben. Um dies
zu erreichen, ist die zweite Halbleiterschicht 104 durch
Gräben, die sich ausgehend von der Vorderseite 101 in den
Halbleiterkörper 100 hineinerstrecken und die mit
einem Isolationsmaterial 51 aufgefüllt sind, in
einzelne Segmente unterteilt. Das Segment, das unterhalb der ersten
Bauelementzone 11 angeordnet ist, bildet dabei die erste
Bauelementzone 21 der Schutzstruktur 20. Der Graben
zur Unterteilung der zweiten Halbleiterschicht 104 in einzelne
Segmente ist dabei so realisiert, dass er die erste Bauelementzone 11 in
lateraler Richtung ringförmig umgibt, wodurch der unterhalb
der ersten Bauelementzone 11 angeordnete Abschnitt der
zweiten Halbleiterschicht 104 vollständig von übrigen
Abschnitten dieser Halbleiterschicht getrennt ist.The first semiconductor zone 21 is at the in 7 illustrated circuit arrangement in basically already explained way through the connection zone 22 contacted, with a highly doped junction zone 27 between the connection zone 22 and the first semiconductor zone 21 can be arranged. Upon injection of minority carriers from the first device zone 11 in the first semiconductor layer 103 shifts the electrical potential of the second component zone 24 , and thus the electrical potential of the first device zone 21 the protective structure 20 , The effect of this potential shift should be on the area of the first component zone 11 stay limited. To achieve this, the second semiconductor layer is 104 through trenches extending from the front 101 in the semiconductor body 100 in and with an insulation material 51 are filled, divided into individual segments. The segment that is below the first device zone 11 is arranged, forms the first component zone 21 the protective structure 20 , The trench for subdividing the second semiconductor layer 104 in individual segments is realized so that it is the first component zone 11 annularly surrounding in the lateral direction, whereby the below the first component zone 11 arranged portion of the second semiconductor layer 104 completely separated from other portions of this semiconductor layer.
Die
in 7 dargestellte Schaltungs- bzw. Bauelementstruktur
ist einfach zu realisieren, indem zunächst ein die drei
Halbleiterschichten 102, 104, 105 aufweisender
Halbleiterkörper 100 zur Verfügung gestellt
wird. Die Unterteilung der zweiten Halbleiterschicht 104 in
einzelne Abschnitte, kann dann dadurch erfolgen, dass ausgehend
von der Vorderseite 101 Gräben geätzt
werden, die in vertikaler Richtung bis in die dritte Halbleiterschicht 105 reichen,
und die anschließend mit einem Isolationsmaterial aufgefüllt
werden. Das Isolationsmaterial 51 ist beispielsweise ein
Halbleiteroxid, bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial
beispielsweise Siliziumoxid. Das Auffüllen des Grabens
mit diesem Halbleiteroxid kann beispielsweise durch eine thermische
Oxidation oder durch Auffüllen des Grabens mit einem abscheidbaren
Oxid erfolgen.In the 7 shown circuit or device structure is easy to implement, by first one of the three semiconductor layers 102 . 104 . 105 comprising semiconductor body 100 is made available. The subdivision of the second semiconductor layer 104 into individual sections, can then be done by starting from the front 101 Trenches are etched in the vertical direction to the third semiconductor layer 105 rich, and then filled with an insulating material. The insulation material 51 is, for example, a semiconductor oxide, when using silicon as the semiconductor material, for example, silicon oxide. The filling of the trench with this semiconductor oxide can take place, for example, by a thermal oxidation or by filling the trench with a depositable oxide.
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Schutzstruktur mit lediglich
einer vergrabenen ersten Halbleiterzone des ersten Leitungstyps
beschränkt. Bezug nehmend auf 8 können
auch mehrere – in dem dargestellten Beispiel zwei – Verbindungszonen 22A, 22B in
lateraler Richtung zwischen der ersten und zweiten Bauelementzone 11, 12 angeordnet sein,
die über eine Leitungsverbindung 26 an die zweite
Halbleiterzone 24 der Schutzstruktur 20 angeschlossen
sind und die sich im Halbleiterkörper an die erste Halbleiterzone 21 anschließen.
Die Verbindungszonen sind jeweils durch Isolationsschichten 23A, 23B gegenüber
solchen Bereichen des Halbleitersubstrats 103 isoliert,
die die Grunddotierung aufweisen.The present invention is not limited to a protection structure having only one buried first semiconductor region of the first conductivity type. Referring to 8th can also several - in the example shown two - connection zones 22A . 22B in the lateral direction between the first and second component zone 11 . 12 be arranged, via a line connection 26 to the second semiconductor zone 24 the protective structure 20 are connected and in the semiconductor body to the first semiconductor zone 21 connect. The connection zones are each through insulation layers 23A . 23B opposite such areas of the semiconductor substrate 103 isolated, which have the basic doping.
Bei
den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen liegt
die Dotierungskonzentration des Halbleitersubstrats/der Epitaxieschicht 103 und
des Substrats 105 beispielsweise zwischen 2·1014 cm–3 und 9·1015 cm–3,
die der ersten Halbleiterzone 21 der Schutzstruktur beispielsweise
zwischen 2·1014 cm–3 und
1020 cm–3,
die der optionalen Anschlusszonen 25 und 27 beispielsweise
zwischen 1·1019 cm–3 und 1·1021 cm–3 und
die der zweiten Halbleiterzone 24 beispielsweise zwischen
1·1016 cm–3 und
1·1020 cm–3.In the embodiments explained above, the doping concentration of the semiconductor substrate / epitaxial layer is 103 and the substrate 105 for example between 2 × 10 14 cm -3 and 9 × 10 15 cm -3 , that of the first semiconductor zone 21 the protective structure, for example, between 2 × 10 14 cm -3 and 10 20 cm -3 , those of the optional connection zones 25 and 27 for example, between 1 × 10 19 cm -3 and 1 × 10 21 cm -3 and that of the second semiconductor zone 24 for example, between 1 × 10 16 cm -3 and 1 × 10 20 cm -3 .
Eine
Reduzierung der Ausbreitung von Minoritätsladungsträgern
ist bei der erläuterten Schutzstruktur um so ausgeprägter,
je höher die erste Halbleiterzone 21 im Vergleich
zu der Halbleiterschicht 103 dotiert ist. Im Grenzfall
kann die Dotierungskonzentration der ersten Halbleiterzone 21 dabei
der Dotierungskonzentration der ersten Halbleiterschicht 103 entsprechen.A reduction of the propagation of minority carriers is the more pronounced in the illustrated protective structure, the higher the first semiconductor zone 21 in comparison to the semiconductor layer 103 is doped. In the limiting case, the doping concentration of the first semiconductor zone 21 while the doping concentration of the first semiconductor layer 103 correspond.
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C1 [0004] - DE 4209523 C1 [0004]
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