Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Schaltung, bei der die eine Schaltung gegen ein Störsignal der anderen Schaltung abgeschirmt ist.The invention relates to a semiconductor device with a first anda second circuit in which the one circuit against an interference signalother circuit is shielded.
Die fortschreitende Integration in der Mikroelektronik ermöglicht außer einer Verkleinerung der Bauelementemaße auch die neuartige Integration verschiedener Funktionen in einer Halbleitervorrichtung. Durch die gerade in jüngster Zeit rasante Entwicklung von Technologien der Mikroelektronik, wie etwa des BiCMOS-Prozesses und insbesondere der SiGe:C-Technologie (Verwendung einer kohlenstoffhaltigen Silizim-Germanium-Legierung beim Herstellen der Halbleitervorrichtung) ist es möglich, beispielsweise gleichzeitig hochkomplexe digitale Schaltungen und weniger komplexe, jedoch sehr empfindliche analoge Schaltungen auf einem Substrat zu vereinen. Bisher wurden die analogen Schaltungen für die hochfrequente Signalverarbeitung in Empfängern und Sendern, beispielsweise im mittleren und oberen GHz-Bereich, in der GaAs-Technologie realisiert, wohingegen die entsprechenden digitalen Signalprozessoren in der billigeren Siliziumtechnologie realisiert wurden.The progressive integration in microelectronics enables oneReduction of the component dimensions and the novel integration of differentFunctions in a semiconductor device. By just recentlyrapid development of technologies in microelectronics, such as the BiCMOSProcess and in particular the SiGe: C technology (use of acarbon-containing silicon-germanium alloy in the manufacture ofSemiconductor device), it is possible, for example, simultaneously highly complex digitalCircuits and less complex but very sensitive analogUnite circuits on a substrate. So far, the analog circuits forhigh-frequency signal processing in receivers and transmitters,for example in the middle and upper GHz range, implemented in GaAs technology,whereas the corresponding digital signal processors in the cheaperSilicon technology were realized.
Die Erschließung höherer Frequenzbereiche in der Siliziumtechnologie, insbesondere durch die SiGe:C-Technologie, hat es nun ermöglicht, digitale und analoge Schaltungen in einer einzigen Halbleitervorrichtung, insbesondere einem auf SiGe:C-Technologie basierenden Chip, zu integrieren. Die Integration in einem einzigen Chip führt zu einer Verkleinerung der benötigten Fläche und somit zu kürzeren Leitungswegen, was wiederum eine Erhöhung der Arbeitsgeschwindigkeit des Chips ermöglicht. Ein weiterer Vorteil der Integration ist der, dass die teure GaAs-Technologie vermieden werden kann, was zudem den Stromverbrauch verringert. Durch die genannte Integration steigt daher aufgrund der kurzen Wege und des verringerten Stromverbrauchs die Funktionalität der integrierten Halbleitervorrichtung beträchtlich.The development of higher frequency ranges in silicon technology,especially through the SiGe: C technology, it has now made it digital andanalog circuits in a single semiconductor device, particularly oneSiGe: C technology based chip to integrate. Integration in onesingle chip leads to a reduction in the required area and thus toshorter conduction paths, which in turn increases theWorking speed of the chip allows. Another advantage of integration is that theexpensive GaAs technology can be avoided, which alsoReduced power consumption. Due to the integration mentioned therefore increases due to theshort distances and reduced power consumption the functionality of theintegrated semiconductor device considerably.
Die Vorteile dieser Integration sind jedoch zur Zeit wegen der im Stand der Technik noch ungelösten Probleme, wie insbesondere das gegenseitige Übersprechen der Signale der beiden Schaltungsteile (auch Cross-Talk genannt), in der Praxis noch nicht nutzbar. Unter Übersprechen wird hier das kapazitive oder induktive Einkoppeln von Signalen der einen Schaltung als Störsignale in die andere Schaltung, wo das Störsignal das eigentliche Signal überlagert, verstanden. Beispielsweise entstehen in digitalen Schaltungen Wechselfelder, deren Frequenz der Taktfrequenz des digitalen Prozessors entspricht. Diese Wechselfelder werden vom hochempfindlichen Verstärker (Low Noise Amplifier - LNA) des analogen Schaltungsteils aufgenommen und so verstärkt, dass es zu unerwünschten Überlagerungen mit dem eigentlichen Signal des analogen Schaltungsteils kommt. Solche Überlagerungen verschlechtern die Signalqualität oder verhindern gar die Funktion der analogen Schaltung vollständig. Als Quelle für Störsignale, die in digitalen Schaltungen erzeugt werden, kommen beispielsweise spannungsgesteuerte Oszillatoren sowie Generatoren, beispielsweise zum Erzeugen eines Taktes, in Betracht. Das Übersprechen wirkt sich insbesondere bei kleinen Abständen zwischen zwei in einem Chip integrierten Schaltungen aus und wirkt daher einer Verkleinerung der Strukturen auf dem Chip entgegen.However, the benefits of this integration are currently in the state of the artTechnology still unsolved problems, such as mutual problems in particularCrosstalk of the signals of the two circuit parts (also called cross talk), innot yet usable in practice. Under crosstalk here is the capacitive orinductive coupling of signals from one circuit as interference signals into theother circuit, where the interference signal is superimposed on the actual signal,Roger that. For example, alternating fields arise in digital circuitsFrequency corresponds to the clock frequency of the digital processor. ThisAlternating fields are generated by the highly sensitive amplifier (Low Noise Amplifier - LNA)of the analog circuit part and amplified so that it toounwanted overlaps with the actual signal of the analogCircuit part comes. Such overlays degrade the signal quality orcompletely prevent the function of the analog circuit. As a source forInterference signals that are generated in digital circuits comefor example voltage controlled oscillators and generators,for example to generate a clock. The crosstalk worksespecially with small distances between two integrated in one chipCircuits and therefore acts to downsize the structures on theChip counter.
Ansätze das Übersprechen zu verringern bestehen darin, die sich einander störend beeinflussenden Schaltungen (z. B. analoge und digitale Schaltungen) zu separieren, d. h. in zwei verschiedenen Chips auszubilden, oder darin, die Abstände zwischen beiden Schaltungen so groß wie möglich zu halten. Ein weiterer Ansatz besteht darin, das Störsignal durch Isolatorschichten zwischen den Schaltungen zu unterdrücken. Halbleitervorrichtungen, in denen solchen Ansätze Verwendung finden, sind z. B. in EP 0 817 268 beschrieben.Approaches to reduce crosstalk are that of each otherinterfering circuits (e.g. analog and digital circuits)separate, d. H. in two different chips, or in thatKeep the distances between the two circuits as large as possible. AnotherApproach is to isolate the interfering signal between the layersSuppress circuits. Semiconductor devices in which such approachesFind use are z. B. described in EP 0 817 268.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Halbleitervorrichtung mit einem digitalen und einem analogen Schaltungsteil zur Verfügung zu stellen, in der die Auswirkungen von Störsignalen verringert sind.It is an object of the present invention to provide an alternative semiconductor deviceto provide a digital and an analog circuit part, inwhich reduces the effects of interference signals.
Die Aufgabe wird durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 sowie eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 gelöst.The object is achieved by a semiconductor device according to claim 1 and aSemiconductor device according to claim 14 solved.
Erfindungsgemäß wird das Störsignal gemäß Anspruch 1 dadurch unterdrückt, dass in einer Halbleitervorrichtung eine Abschirmung zum Abschirmen von Störsignalen vorhanden ist, die ein Abschirmelement aufweist, welches ein Metall umfasst. Das Metall des Abschirmelements unterdrückt das Eindringen des von der einen Schaltung generierten Störsignals in die andere Schaltung. Metall bietet darüber hinaus gegenüber Halbleitermaterial den Vorteil hoher Leitfähigkeit, ohne dass eine Implantation von Fremdatomen erforderlich ist. Eine höhere Leitfähigkeit ermöglicht aufgrund der damit verbundenen größeren Ladungsträgerbeweglichkeit die Abschirmung gegen höhere Frequenzen. Entsprechend sind die bei einer Implantation anfallenden Strukturierungsschritte überflüssig. Je nach Metall müssen jedoch auch die Metallatome vor der Diffusion in die umliegenden Halbleiterschichten bewahrt werden. Es ist daher zweckmäßig, ein Metall zu wählen, das in der eingesetzten Technologie Verwendung findet. In der Silizium-Technologie kommen beispielsweise Aluminium (Al), Aluminium-Kupfer-Legierungen, Wolfram (W) oder Titan (Ti) sowie TiW und Titannitrid (TiN) in Frage. Die hohe Leitfähigkeit von Metallen ermöglicht es außerdem, durch Störsignale erzeugte Ströme bei entsprechender Beschaltung zuverlässig abzuleiten.According to the invention, the interference signal according to claim 1 is suppressed bythat in a semiconductor device, a shield for shielding fromInterference signals are present, which has a shielding element which is a metalincludes. The metal of the shielding element suppresses the penetration of thethe interference signal generated in one circuit into the other circuit. metalalso offers the advantage of high conductivity compared to semiconductor material,without the need to implant foreign atoms. A higher oneConductivity enables due to the associated largerCarrier mobility shields against higher frequencies. Are accordinglythe structuring steps involved in an implantation are superfluous. everafter metal, however, the metal atoms must also diffuse into thesurrounding semiconductor layers are preserved. It is therefore appropriate to use a metalto choose that is used in the technology used. In theSilicon technology come for example aluminum (Al), aluminum-copperAlloys, tungsten (W) or titanium (Ti) as well as TiW and titanium nitride (TiN) inQuestion. The high conductivity of metals also allows throughWith appropriate wiring, currents generated by interference signals can be reliably derived.
Das Abschirmelement, und somit auch das Metall, kann sich sowohl lateral als auch in die Tiefe gehend in der Halbleitervorrichtung erstrecken. Es lässt sich so eine "Rundum-Abschirmung" eines Schaltungsteils realisieren. Die in die Tiefe gehenden Abschirmelemente können in der Halbleitervorrichtung in der Trench-Technologie, also als mit metallgefüllte Gräben, ausgeführt sein, was die Integration in bestehende Fertigungsprozesse erleichtert.The shielding element, and thus also the metal, can be both laterally andalso extend in depth in the semiconductor device. It can be done like thisimplement an "all-round shielding" of a circuit part. The in depthoutgoing shielding elements can be in the semiconductor device in the trenchTechnology, that is, as with metal-filled trenches, what theIntegration into existing manufacturing processes easier.
Ist das Abschirmelement als Gitter ausgebildet, so lässt sich eine Abschirmung in Art eines Faradayschen Käfigs realisieren. Dies ermöglicht es, elektrisch leitende oder isolierende Teile der Schaltungen zwischen den Gitterelementen hindurchzuführen. Die Abstände der Gitterelemente sind vorteilhafterweise so gewählt, dass die relevanten Wellenlängen des Störsignals das Gitter nicht passieren können.If the shielding element is designed as a grid, a shielding can be made inRealize kind of a Faraday cage. This enables it to be electrically conductiveor insulating parts of the circuits between the grid elementspass therethrough. The spacings of the grid elements are advantageously chosen sothat the relevant wavelengths of the interference signal do not pass the gratingcan.
Das Abschirmelement kann ein frei schwebendes Potential aufweisen oder auf ein festes Potential, beispielsweise Masse- oder Versorgungspotential gelegt sein. Durch das feste Potential lassen sich Aufladungen und Polarisationen des Abschirmelements und dessen Umgebung beeinflussen bzw. vermeiden.The shielding element can have a floating potential or ona fixed potential, for example ground or supply potentialhis. The fixed potential enables charges and polarizations of theInfluence or avoid the shielding element and its surroundings.
Die Abschirmung kann außer dem metallenen Abschirmelement auch entsprechend konfigurierte Teile des Kontakt- und Leiterbahnsystems und/oder Trenches (Gräben, die typischerweise für die Feldisolation zwischen aktiven Gebieten in einem Halbleitersubstrat Verwendung finden) der Schaltungen sowie Schaltungselemente der Schaltungen umfassen. Schaltungselemente wie etwa Kondensatoren und/oder Spulen können als Filter zwischen den Schaltungsteilen dienen. Dadurch lässt sich das Spektrum des Störsignals eingrenzen oder es lassen sich zumindest bestimmte Frequenzen dämpfen.In addition to the metal shielding element, the shielding can also be usedaccordingly configured parts of the contact and conductor track system and / orTrenches (trenches that are typically used for field isolation between activeAreas in a semiconductor substrate) of the circuits andCircuit elements of the circuits include. Circuit elements such asCapacitors and / or coils can act as filters between the circuit partsserve. This allows the spectrum of the interference signal to be limited or itat least certain frequencies can be damped.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Abschirmelement außerdem einen Isolator zum Dämpfen des Störsignals. Dies ist insbesondere bei Störsignalen mit einer hohen Intensität vorteilhaft.In a further embodiment of the invention, the shielding element comprisesalso an isolator for damping the interference signal. This is particularly soadvantageous for interference signals with a high intensity.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Abschirmung gemäß Anspruch 14 als aktive Abschirmung, also als steuerbares Bauelement, ausgebildet. Unter aktiver Abschirmung wird hierbei verstanden, dass die Abschirmung nicht nur auf einer Absorption des Störsignals beruht, sondern dass eine Gegensignalschaltung vorhanden ist, die ein Gegensignal erzeugt, mit dessen Hilfe das Störsignal zumindest an ausgewählten Orten der Halbleitervorrichtung unterdrückt werden kann, insbesondere auch in der Abschirmung selbst. Bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen sein, der ein Störsignal detektiert, woraufhin eine Reaktion auf das Störsignal ausgelöst wird, die zum Unterdrücken des Störsignals führt. Damit ist das gezielte Unterdrücken des Störsignals bis hin zur seiner Auslöschung an empfindlichen Stellen einer Schaltung der Halbleitervorrichtung möglich. Das Unterdrücken des Störsignals erfolgt beispielsweise durch destruktive Interferenz mit dem Gegensignal oder durch eine Verringerung der Leitfähigkeit bestimmter Bereiche der Halbleitervorrichtung, insbesondere der Abschirmung, auf Grund des Gegensignals.In a further embodiment of the invention, the shield is in accordance withClaim 14 as an active shield, that is to say as a controllable component,educated. Active shielding is understood here to mean that the shieldingnot only based on an absorption of the interference signal, but that oneCounter signal circuit is present, which generates a counter signal, with the help of whichInterference signal at least at selected locations of the semiconductor devicecan be suppressed, especially in the shield itselfEmbodiment, for example, a sensor can be provided that aDetected interference signal, whereupon a reaction to the interference signal is triggered, theleads to suppression of the interference signal. This is the targeted suppression of theInterference signal up to its extinction in sensitive areasSwitching the semiconductor device possible. The interference signal is suppressedfor example by destructive interference with the counter signal or bya reduction in the conductivity of certain areas of theSemiconductor device, in particular the shield, due to the counter signal.
In einer einfachen Ausgestaltung des aktiven Abschirmungselements ist die Frequenz des Gegensignals durch den Takt der Störquelle vorgegeben. Dies hält den konstruktiven Aufbau der Gegensignalschaltung gering und eignet sich insbesondere, wenn die Störquelle ein Taktgenerator in einer digitalen Schaltung ist.In a simple embodiment of the active shielding elementFrequency of the counter signal given by the clock of the interference source. This laststhe design of the counter signal circuit is low and suitableespecially if the interference source is a clock generator in a digital circuit.
Um die Zahl an zusätzlichen Elementen in der Halbleitervorrichtung gering zu halten, können entsprechend konfigurierte Teile des Kontakt- und des Leiterbahnsystems sowie Schaltungselemente wie etwa ein Eingangskondensator oder ein Schwingkreis einer oder mehrerer Schaltungen der Halbleitervorrichtung in die Gegensignalschaltung integriert sein.To keep the number of additional elements in the semiconductor device smallhold, can be configured accordingly parts of the contact andConductor system as well as circuit elements such as an input capacitoror an oscillating circuit of one or more circuits of the semiconductor devicebe integrated in the counter signal circuit.
Eine bessere Anpassung des Gegensignals an das Störsignal ist möglich, wenn vor Erzeugung des Gegensignals das Störsignal von einer Auswerteschaltung analysiert wird. Auch in die Auswerteschaltung können Elemente einer oder mehrerer Schaltungen, die vor dem Störsignal geschützt werden sollen, integriert sein.A better adaptation of the counter signal to the interference signal is possible ifbefore generating the counter signal, the interference signal from an evaluation circuitis analyzed. Elements of one or two can also be used in the evaluation circuitseveral circuits, which are to be protected from the interference signal, integratedhis.
Die Gegensignalschaltung kann zum Erzeugen des Gegensignals eine Steuerschaltung sowie einen oder mehrere Oszillatoren, einen oder mehrere Taktgeber oder eine oder mehrere Endstufen umfassen. Zum Detektieren des Störsignals umfasst die Gegensignalschaltung einen Sensor, der beispielsweise in ein metallenes Abschirmelement integriert sein kann.The counter signal circuit can be used to generate the counter signalControl circuit and one or more oscillators, one or more clock generatorsor comprise one or more output stages. To detect the interference signalthe counter signal circuit comprises a sensor, for example, in ametal shielding element can be integrated.
Die Erfindung kann sowohl zum Abschirmen von analogen Schaltungen gegen Störsignale von digitalen oder analogen Schaltungen als auch zum Abschirmen von digitalen Schaltungen gegen Störsignale von digitalen oder analogen Schaltungen eingesetzt werden.The invention can be used both to shield analog circuitsInterference signals from digital or analog circuits as well as for shieldingof digital circuits against interference signals from digital or analogCircuits are used.
Entsprechend einem weiteren Erfindungsgedanken mit selbständiger Schutzwürdigkeit wird das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem gelöst durch ein Halbleiterbauelement mit einem siliziumhaltigen halbleitenden Substratbereich in einem Substrat, der eine erste Schaltung, eine zweite Schaltung und eine zum Abschirmen von Störsignalen zwischen der ersten und der zweiten Schaltung ausgebildete Abschirmung aufweist. Bei diesem Halbleiterbauelement weist die Abschirmung ein Abschirmelement in Form einer grabenförmige Vertiefung mit aluminiumhaltiger Füllung im Substratbereich auf. Zugleich ist der Substratbereich zumindest in der Umgebung der Vertiefung mit Kohlenstoff dotiert.According to a further inventive idea with independentThe technical problem underlying the invention is worthy of protectionthrough a semiconductor component with a silicon-containing semiconductingSubstrate area in a substrate, the first circuit, a second circuitand one for shielding noise between the first and secondCircuit has trained shielding. With this semiconductor devicethe shield has a shielding element in the form of a trench-shapedRecess with aluminum-containing filling in the substrate area. At the same time it isSubstrate area doped with carbon at least in the vicinity of the depression.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung sind die Begriffe Halbleitervorrichtung und Halbleiterbauelement gleichbedeutend und werden neben einander verwendet.For the purposes of the present invention, the terms semiconductor device andSemiconductor component synonymous and are used next to each other.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass unerwünschte Wechselwirkungen zwischen der ersten und der zweiten Schaltung, insbesondere die Ausbreitung von Oberflächenwellen zwischen der ersten und der zweiten Schaltung durch die Abschirmung in Form der grabenförmigen Vertiefung verhindert oder zumindest verringert wird. Derartige Oberflächenwellen mit hohen Frequenzen können von einer in diesem Zusammenhang als Störquelle zu betrachtenden ersten, digitalen Schaltung ausgesendet werden und durch ihre Ausbreitung zur Störung der Funktionsweise einer auf demselben Substratbereich befindlichen zweiten, analogen Schaltung führen.The present invention has the advantage of undesirable interactionsbetween the first and the second circuit, especially the spreadof surface waves between the first and second circuits through theShielding in the form of the trench-shaped depression prevented or at leastis reduced. Such surface waves with high frequencies can fromof a first digital source to be considered as a source of interference in this contextCircuit are emitted and by their spread to disrupt theOperation of a second, located on the same substrate arealead analog circuit.
Dies wird durch die Abschirmung in Form einer grabenförmigen Vertiefung mit metallischer, aluminiumhaltiger Füllung verhindert. Unter einer grabenförmigen Vertiefung im Substratbereich im Sinne der Erfindung ist eine Vertiefung zu verstehen, deren Erstreckung in einer ersten Lateralrichtung (Längsrichtung des Grabens) größer ist als in einer zweiten, senkrecht zur ersten stehenden Lateralrichtung (Querrichtung des Grabens).This is due to the shielding in the form of a trench-shaped depressionmetallic, aluminum-containing filling prevented. Under a trench-shapedA depression in the substrate area in the sense of the invention is a depressionunderstand their extension in a first lateral direction (longitudinal direction of theTrench) is larger than in a second, perpendicular to the firstLateral direction (transverse direction of the trench).
Für die metallische Füllung der grabenförmigen Vertiefung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist erfindungsgemäß wegen seines spezifischen Widerstandes und der hohen Reaktionsgeschwindigkeit gegenüber hochfrequenten Einflüssen Aluminium zumindest als Legierungsbestandteil vorgesehen.For the metallic filling of the trench-shaped depressionThe semiconductor device according to the invention is according to the invention because of its specificResistance and the high speed of reaction to high-frequencyInfluences aluminum provided at least as an alloy component.
Zwar sind mit der Verwendung von Aluminium auch mögliche Nachteile verbunden. So diffundiert Aluminium bekanntermaßen besonders schnell in Silizium hinein. Aluminium als Gruppe-III-Element bildet in Silizium einen Akzeptor. Unerwünschte Diffusion kann demnach die elektrischen Eigenschaften des Halbleiters nahe des aluminiumhaltigen metallischen Bereiches verändern, darüber hinaus auch zur Bildung struktureller Defekte führen. Infolge einer Reaktion von Aluminium und Silizium können sogenannte Spikes entstehen, das sind Kristalle, die aus dem Aluminiumbereich herauswachsen. Dies kann unerwünschte Folgen für die Eigenschaften eines siliziumhaltigen Halbleiters haben, der an einen aluminiumhaltigen metallischen Bereich angrenzt und erfordert beim Stand der Technik entweder die Vermeidung der Verwendung von Aluminium oder größeren technologischen Aufwand zur Verhinderung der Ausdiffusion, der die Herstellungskosten in wirtschaftlich unattraktive Höhen treibt. So wurden hochschmelzende, Silizid bildende Metalle (W, Ti, Ta, Mo) eingesetzt oder geeignete Zusatzschichten, beispielsweise aus TiN zur Verhinderung der Diffusion eingebracht. Für die Vermeidung von Spikes ist die Ermittlung einer und Beschränkung des Prozesses auf eine geeignete Wachstumstemperatur erforderlich.There are also possible disadvantages with the use of aluminumconnected. As is well known, aluminum diffuses particularly quickly in siliconinto it. Aluminum as a Group III element forms an acceptor in silicon.Accordingly, undesired diffusion can affect the electrical properties of the semiconductorchange near the aluminum-containing metallic area, beyondalso lead to the formation of structural defects. As a result of a reaction fromAluminum and silicon can create so-called spikes, which are crystals that are made fromgrow out of the aluminum area. This can have undesirable consequences for theHave properties of a silicon-containing semiconductor that is connected to onealuminum-containing metallic area adjacent and required in the prior arteither avoiding the use of aluminum or larger onestechnological effort to prevent diffusion, which theManufacturing costs drive to economically unattractive heights. So high-melting,Silicide-forming metals (W, Ti, Ta, Mo) are used or suitable additional layers,for example made of TiN to prevent diffusion. For theAvoiding spikes is identifying and limiting the processto a suitable growth temperature.
Jedoch wäre andererseits bei Ausschaltung dieses Problems bzw. erhöhten Aufwandes Aluminium prädestiniert zur Verwendung bei der Abschirmung elektromagnetischer Störstrahlung, zumal es wegen seines spezifischen Widerstands im Kontakt- und Leiterbahnsystem der CMOS-Technologie schon weite Anwendung findet und technologisch besonders gut verstanden ist.However, if this problem were eliminated or increasedEffort aluminum predestined for use in shieldingelectromagnetic interference, especially because of its specific resistancein the contact and trace system of CMOS technology is already a long way offApplies and is particularly well understood technologically.
Diesen Zwiespalt löst die vorliegende Erfindung auf. Der Substratbereich des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements ist zumindest in der Umgebung der Vertiefung mit Kohlenstoff dotiert. Kohlenstoff verringert die Ausdiffusion von Aluminium in Silizium oder halbleitenden siliziumhaltigen Materialien wie Silizium-Germanium.The present invention resolves this conflict. The substrate area of thesemiconductor device according to the invention is at least in the vicinity ofWell doped with carbon. Carbon reduces the diffusion of aluminumin silicon or semiconducting silicon-containing materials such as siliconGermanium.
Ein hierzu erforderlicher Dotierschritt bei der Herstellung des Halbleiterbauelements kann in einfacher Weise vor der Ausbildung der Vertiefung vorgenommen werden. Es kann alternativ auch ein bereits mit Kohlenstoff dotiertes Substrat verwendet werden.A required doping step in the manufacture of theSemiconductor component can be made in a simple manner before the formation of the recessbecome. Alternatively, it can also be a substrate already doped with carbonbe used.
Bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement kann Aluminium auch in "unteren" Metallebenen ohne zusätzliche Barrieren eingesetzt werden.In the semiconductor component according to the invention, aluminum can also in"lower" metal levels can be used without additional barriers.
Die Erfindung schließt jedoch die Verwendung weiterer funktionaler Zwischenschichten zwischen der metallgefüllten Vertiefung und dem halbleitenden Substratbereich nicht aus. Derartige Zwischenschichten können in bekannter Weise zusätzlich eine Metalldiffusion hemmen, beispielsweise die Diffusion eines anderen Metalls als Aluminium. Sie können alternativ oder zusätzlich eine elektronische Funktion haben, beispielsweise als Isolator wirken. Derartige Zwischenschichten können auch nicht siliziumhaltig sein.However, the invention excludes the use of other functional onesIntermediate layers between the metal-filled depression and the semiconducting oneSubstrate area not out. Such intermediate layers can be made in a known manneradditionally inhibit metal diffusion, for example the diffusion of a metalother metal than aluminum. You can alternatively or additionally onehave electronic function, for example act as an isolator. suchIntermediate layers can also not contain silicon.
Auch kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement zusätzlich eine andere in dieser Anmeldung beschriebene oder schon bekannte Abschirmung oder ein anderes Abschirmelement aufweisen.The semiconductor component according to the invention can also be a different oneshielding described or already known in this application or ahave another shielding element.
Der halbleitende Substratbereich des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements, der die grabenförmige Vertiefung aufweist, ist jedoch grundsätzlich siliziumhaltig. Das heißt, er besteht entweder aus Silizium oder einer halbleitenden, siliziumhaltigen Legierung wie beispielsweise Silizium-Germanium. Der Substratbereich kann zusätzlich siliziumfreie Abschnitte oder Abschnitte unterschiedlicher Legierungszusammensetzung und/oder Dotierungskonzentration enthalten.The semiconducting substrate region of the inventionSemiconductor component that has the trench-shaped depression, however, is fundamentalsiliceous. That means it consists of either silicon or a semiconducting,silicon-containing alloy such as silicon germanium. TheSubstrate area can additionally silicon-free sections or sections of differentContain alloy composition and / or doping concentration.
Der siliziumhaltige Substratbereich des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements mit der ersten und der zweiten Schaltung sowie der Abschirmung kann einen Teil eines Substrats bilden. Ein typisches Beispiel für diesen Fall ist eine SOI-Struktur (Silicon-on-insulator). In einer Ausführungsform einer solchen Struktur ist eine Siliziumschicht oberhalb einer Isolatorschicht angeordnet. Die Schaltung ist bei diesem Beispiel in oder auf der Siliziumschicht realisiert. Aber auch andere bekannte SOI-Strukturen können im Rahmen der Erfindung zum Einsatz kommen. Auch lateral kann das Substrat eine größere Erstreckung aufweisen als der siliziumhaltige Substratbereich. Andere Substratbereiche mit weiteren, bekannten Schaltungen können bei dem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement auf dem selben Substrat realisiert sein.The silicon-containing substrate area of the inventionSemiconductor component with the first and the second circuit and the shield canform part of a substrate. A typical example of this case is oneSOI structure (silicone-on-insulator). In one embodiment of suchStructure is a silicon layer arranged above an insulator layer. TheIn this example, the circuit is implemented in or on the silicon layer. But alsoother known SOI structures can be used in the context of the inventioncome. Laterally, the substrate can also have a greater extent thanthe silicon-containing substrate area. Other substrate areas with furtherKnown circuits can in the semiconductor device according to the inventionbe realized on the same substrate.
Der Begriff Substratbereich im Sinne der Erfindung ist aber nicht einschränkend dahin zu verstehen, dass auf dem Substrat lateral oder in der Tiefe zusätzliche Bereiche mit weiteren Schaltungen bzw. aus anderen Materialien notwendigerweise vorgesehen sein müssen. Die Erfindung umfasst vielmehr auch die Ausführungsform, dass der Substratbereich mit dem Substrat identisch ist.However, the term substrate area in the sense of the invention is not restrictiveto understand that additional on the substrate laterally or in depthAreas with additional circuits or made of other materialsmust necessarily be provided. Rather, the invention also includesEmbodiment that the substrate area is identical to the substrate.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Substratbereich in einer die Vertiefung umgebenden Barrierenschicht mit einer vorgegebenen Schichtdicke mit Kohlenstoff dotiert. Die Barrierenschicht weist vorzugsweise eine Schichtdicke von zwischen 0,5 und 5 µm, in einem weiteren Ausführungsbeispiel bis 10 µm auf.In a preferred embodiment of the invention, the substrate area is ina barrier layer surrounding the depression with a predetermined oneLayer thickness doped with carbon. The barrier layer preferably hasa layer thickness of between 0.5 and 5 µm, in anotherEmbodiment up to 10 microns.
Die Schichtdicke und die Konzentration des eingebrachten Kohlenstoffs sind vorgebbare Parameter, die bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements zu einer Optimierung der diffusionshemmenden Eigenschaften variiert werden können. Die Konzentration des Kohlenstoffs in der Schicht liegt bei einem Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 1019 cm-3.The layer thickness and the concentration of the carbon introduced are predeterminable parameters which can be varied in the manufacture of the semiconductor component according to the invention in order to optimize the diffusion-inhibiting properties. The concentration of carbon in the layer is in the order of 1019 cm-3 in one embodiment.
Eine in der Herstellung besonders einfache Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der gesamte Substratbereich mit Kohlenstoff dotiert ist. Schon beim Züchten des Substratmaterials kann Kohlenstoff eingebracht werden. Auch bei einem Züchten des Substratbereiches aus der Gasphase kann durch gezieltes Zugeben kohlenstoffhaltiger Gase zur Gasatmosphäre des Reaktors eine gewünschte Kohlenstoffdotierung erreicht werden.An embodiment that is particularly simple to manufacture is distinguishedcharacterized in that the entire substrate area is doped with carbon. Nicecarbon can be introduced when growing the substrate material. Alsowhen growing the substrate area from the gas phase can bytargeted addition of carbon-containing gases to the gas atmosphere of the reactordesired carbon doping can be achieved.
Die Kohlenstoffkonzentration im mit Kohlenstoff dotierten Teil des Substratbereiches liegt, je nach Schichtdicke, vorzugsweise zwischen 1017 cm-3 und 1021 cm-3. Besonders bevorzugt sind Konzentrationen bis maximal 1020 cm-3, beispielsweise zwischen 1019 cm-3 und 1020 cm-3.The carbon concentration in the part of the substrate region doped with carbon is, depending on the layer thickness, preferably between 1017 cm-3 and 1021 cm-3 . Concentrations up to a maximum of 1020 cm-3 , for example between 1019 cm-3 and 1020 cm-3 , are particularly preferred.
Zur wirksamen Abschirmung von Oberflächenwellen weist die grabenförmige Vertiefung eine Tiefe von zwischen 4 und 6 µm. Eine solch Tiefe ist jedoch gering im Vergleich zur Durchdringung der Felder. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist daher eine Tiefe zwischen 4 und 10 µm, bei einer besonderen Ausführungsform sogar bis zu 50 µm vorgesehen. Die maximal mögliche Tiefe wird durch die erforderliche Stabilität des Substrats begrenzt.For effective shielding of surface waves, the trench-shapedDeepening a depth of between 4 and 6 µm. However, such a depth is smallcompared to the penetration of the fields. In anotherAn exemplary embodiment is therefore a depth between 4 and 10 μm, with a special oneEmbodiment even provided up to 50 microns. The maximum possible depth islimited by the required stability of the substrate.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung werden Gräben vor dem Schichtaufbau im Substrat gebildet und beim Schichtaufbau erhalten, so dass die Tiefe der Gräben durch den Schichtaufbau zunimmt. Bei alternativen Ausführungsformen sind die Gräben nur im Substrat oder nur im Schichtaufbau vorgesehen.In one embodiment of the invention, trenches are formed before the layer build-upformed in the substrate and preserved in the layer structure, so that the depth of theTrenches increases due to the layer structure. In alternative embodimentsthe trenches are provided only in the substrate or only in the layer structure.
Die Breite der grabenförmigen Vertiefung beträgt bei einer Ausführungsform zur besonders wirksamen Abschirmung vorzugsweise an der Substratoberfläche 1 µm. Sie kann selbstverständlich auch breiter gewählt werden.In one embodiment, the width of the trench-shaped depression isparticularly effective shielding preferably on the substrate surface 1 µm.Of course, it can also be chosen wider.
Die Breite des Grabens kann zur Tiefe hin geringer werden. Grundsätzlich bestehen keine Einschränkungen hinsichtlich der Form des Querschnittsprofils der grabenförmigen Vertiefung. Zur Abschirmung besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vertiefung an der Substratoberfläche scharf einsetzt. Daher weist die Vertiefung vorzugsweise ein rein U-förmiges oder ein U-förmiges Rechteckprofil auf. Alternativ sind auch geneigte Seitenwände des Querschnittsprofils der Vertiefung, etwa in V-Form möglich. Dies ist technologisch weniger aufwändig. Auch eine Verbreiterung des Querschnittsprofils zum Grabenboden hin ist denkbar.The width of the trench can become narrower towards the depth. in principlethere are no restrictions on the shape of the cross-sectional profile of thetrench-shaped depression. For shielding, it is particularly advantageous ifthe depression on the substrate surface is sharp. Therefore, theDepression preferably a purely U-shaped or a U-shaped rectangular profile.Alternatively, inclined side walls of the cross-sectional profile are also shown in FIGDeepening, possible in a V-shape. This is less technologically complex. Alsoa broadening of the cross-sectional profile towards the trench floor is conceivable.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Profil des Grabens hinsichtlich seiner Reflexionseigenschaften optimiert. Es kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass der Graben für die Frequenz, bei der die auftretende Störstrahlung maximale Intensität aufweist, einen maximal erreichbaren Reflexionskoeffizienten aufweist.In a preferred embodiment, the profile of the trench is regardingits reflection properties optimized. It can be designed in this way, for examplebe that the trench for the frequency at which the spurious radiation occurshas maximum intensity, a maximum achievable reflection coefficienthaving.
Die grabenförmige Vertiefung umgibt in weiteren Ausführungsbeispielen alternativ die erste oder die zweite Schaltung in allen lateralen Richtungen.The trench-shaped depression surrounds in further exemplary embodimentsalternatively, the first or the second circuit in all lateral directions.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, zur verbesserten Abschirmung einer Störquelle eine Metallschicht unterhalb des Grabens anzuordnen. Die Metallschicht erstreckt sich in lateraler Richtung mindestens über die laterale Ausdehnung der ersten und/oder der zweiten Schaltung. Bevorzugt erstreckt sie sich lateral über die Ausdehnung der die Störstrahlung erzeugenden Schaltung.Another embodiment provides for improvedShielding a source of interference to arrange a metal layer below the trench. TheMetal layer extends in the lateral direction at least over the lateral oneExpansion of the first and / or the second circuit. It preferably extendslaterally over the extent of the circuit generating the interference radiation.
Auch in der Umgebung der Metallschicht ist das Substrat erfindungsgemäß mit Kohlenstoff dotiert.According to the invention, the substrate is also in the vicinity of the metal layerCarbon doped.
Die Metallschicht besteht in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ebenfalls aus Aluminium. Hier sind jedoch dieselben Materialien verwendbar wie in den oben näher beschriebenen Gräben.In a preferred exemplary embodiment, the metal layer also existsmade of aluminium. However, the same materials can be used here as in thetrenches described in more detail above.
Die Metallschicht kann in einer Ausführungsform vom Boden des oder der Gräben in Tiefenrichtung beabstandet sein. Bei dieser Ausführungsform sorgt auch ein sich zwischen dem Boden des Grabens und der Metallschicht aufbauendes elektrisches Feld im Substratmaterial für eine Abschirmung gegen Störstrahlung. Ein wichtiger Vorteil der metallgefüllten Gräben ist nicht nur in diesem Zusammenhang, dass sie induktiven und kapazitiven Kontakt auch zur Leiterbahnebene haben und so für eine besonders gute, wenn nicht vollständige Abschirmung sorgen.In one embodiment, the metal layer can be from the bottom of the or theTrenches must be spaced apart in the depth direction. This embodiment also providesa building between the bottom of the trench and the metal layerelectrical field in the substrate material for shielding against interference.An important advantage of the metal-filled trenches is not only in thisConnection that they have inductive and capacitive contact also to the conductor track levelhave and so for a particularly good, if not complete shieldingto care.
Die Füllung der Gräben sowie die zuletzt beschriebene Metallschicht können in der Tiefenrichtung eine Schichtstruktur aufweisen. Dabei ist Aluminium wegen seiner guten Abschirmwirkung zumindest in einer oder mehreren Schichten nahe der Substratoberfläche enthalten.The filling of the trenches and the metal layer described last can be inhave a layer structure in the depth direction. Aluminum is because ofits good shielding effect at least in one or more layersthe substrate surface included.
Die Erfindung ermöglicht insbesondere Ausführungsformen, bei denen Aluminium in einer oder in mehreren Schichten nahe des Bodens der grabenförmigen Vertiefung enthalten ist. Dadurch wird die Abschirmwirkung des Grabens deutlich verbessert.The invention particularly enables embodiments in whichAluminum in one or more layers near the bottom of the trench-shapedDeepening is included. This shows the shielding effect of the trenchimproved.
In einer derzeit besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die metallische Füllung ganz aus Aluminium. Auf diese Weise wird eine besonders gute Abschirmung erzielt.In a currently particularly preferred embodiment, there is the metallic oneFilling made entirely of aluminum. This way it becomes a particularly good oneShielding achieved.
Die Verwendung eines oder mehrerer kohlenstoffdotierter siliziumhaltiger Bereiche zur Verhinderung der Ausdiffusion von Aluminium ist nicht auf die oben beschriebenen Strukturen begrenzt. Diese Halbleiterbauelemente sind Ausprägungen eines übergreifenden und selbstständig schutzwürdigen Erfindungsgedankens, ein Halbleiterbauelement mit einem aluminiumhaltigen ersten Strukturelement und einem angrenzenden zweiten Strukturelement, das aus einem halbleitenden, siliziumhaltigen Material, insbesondere Silizium oder Silizium-Germanium besteht, so auszubilden, dass das zweite Strukturelement zumindest im Grenzbereich zum ersten Strukturelement mit Kohlenstoff dotiert ist. Das erste und zweite Strukturelement kann grundsätzlich jede äußere Gestalt aufweisen, insbesondere jeweils schicht- oder linienförmig oder, wie oben beschrieben grabenförmig ausgebildet sein.The use of one or more carbon-doped silicon-containingAreas to prevent the diffusion of aluminum is not on the abovestructures described limited. These are semiconductor devicesCharacteristics of an overarching and independent protection worthy inventive idea,a semiconductor component with an aluminum-containing first structural elementand an adjacent second structural element, which consists of a semiconducting,silicon-containing material, in particular silicon or silicon germaniumconsists of training so that the second structural element at least inBorder area to the first structural element is doped with carbon. The first and secondStructural element can in principle have any external shape, in particulareach in the form of a layer or line or, as described above, in the form of a trenchbe trained.
Hinsichtlich seines Verfahrensaspektes wird das der Erfindung zugrunde liegende technische Problem gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines oben beschriebenen Halbleiterbauelements, mit den Schritten:
Eine alternative selbständig schutzwürdige Lösung des Problems bietet ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit den Merkmalen eines der vorstehenden Ansprüche, mit den Schritten:
Der Schritt der Beschichtung der Wände der Vertiefung mit einer kohlenstoffhaltigen Siliziumschicht umfasst bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens das Zusetzen eines Kohlenstoffhaltigen Gases zu einem Quellengas.The step of coating the walls of the recess with oneIn a preferred embodiment, carbon-containing silicon layer comprises thisMethod of adding a carbon-containing gas to a source gas.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement nach einer selbständig schutzwürdigen Lösung mit einem Verfahren hergestellt werden mit den Schritten:
Bei dem vorbestimmten Abschnitt, der mit Kohlenstoff dotiert wird, kann es sich beispielsweise um eine Schicht oder alternativ um einen Substratabschnitt mit U- oder V- oder wannenförmigem Profil handeln.The predetermined portion doped with carbon may befor example around a layer or alternatively around a substrate section with U-or V or trough-shaped profile.
Weiter alternativ kann das erfindungsgemäße Halbleiterbauelement mit einem Verfahren hergestellt werden mit den Schritten
Der Schritt des Herstellens der ersten und der zweiten Schaltung umfasst in im zuletzt genannten Verfahren den vollständigen Schichtaufbau inklusive mindestens eines Kohlenstoff dotierten Abschnitts (vgl. oben) zur Verhinderung der Ausdiffusion von Metall aus der Vertiefung. In einer Ausführungsform wird zunächst auf das Substrat eine mit Kohlenstoff dotierte Halbleiterschicht aufgewachsen und anschließend der Schichtaufbau für die erste und die zweite Schaltung vorgenommen. Die mit Kohlenstoff dotierte Halbleiterschicht kann in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen Si:C oder SiGe:C sein.The step of manufacturing the first and second circuits includes in FIGthe last-mentioned process including the complete layer structureat least one carbon-doped section (see above) to prevent theDiffusion of metal from the recess. In one embodimentfirst, a semiconductor layer doped with carbon on the substrategrew up and then the layer structure for the first and the secondCircuit made. The carbon-doped semiconductor layer can indifferent embodiments Si: C or SiGe: C.
Alternativ kann die Vertiefung auch bei der Herstellung der kohlenstoffdotierten Halbleiterschicht und/oder des Schichtaufbaus für die Schaltung ausgebildet werden. Schließlich kann die Ausbildung der Vertiefung sowohl im Substrat als auch im Schichtaufbau inklusive einer ggf. aufgewachsenen Kohlenstoff dotierten Halbleiterschicht vorgenommen werden.Alternatively, the recess can also be used in the production of the carbon-dopedSemiconductor layer and / or the layer structure for the circuitbecome. Finally, the formation of the recess in both the substratealso in the layer structure including a possibly doped carbon dopedSemiconductor layer can be made.
Ausführungsbeispiele mit weiteren Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben.Exemplary embodiments with further details of the invention are as followsdescribed in more detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit einem metallenen Abschirmelement,Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive semiconductor device with a metal shield,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit einem gitterförmigen metallenen Abschirmelement,Fig. 2 shows a second embodiment of the inventive semiconductor device with a grid-shaped metal shielding member,
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit einem gitterförmigen und auf Masse gelegten metallenen Abschirmelement,Fig. 3 shows a third embodiment of the inventive semiconductor device with a grid-shaped and grounded metallic shield,
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit einer Abschirmung unter Einbeziehung von Schaltungselementen der Schaltungen der Halbleitervorrichtung,Fig. 4 shows a fourth embodiment of the inventive semiconductor device with a shield, including circuit elements of the circuits of the semiconductor device,
Fig. 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit einer aktiven Abschirmung,Fig. 5 shows a fifth embodiment of the semiconductor device according to the invention with an active shield,
Fig. 6 die Gegensignalschaltung ausFig. 5,Fig. 6, the counter-signal circuit ofFig. 5,
Fig. 7a-d verschiedene Varianten des Querschnittsprofils für ein grabenförmiges Abschirmelement,Fig. 7a-d show various variants of the cross-sectional profile for a grave-shaped shield member,
Fig. 8a eine Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels eines grabenförmigen Abschirmelements mit einer kohlenstoffdotierten Barrierenschicht in der Umgebung des Abschirmelements undFig. 8a is a cross-sectional view of an embodiment of a grave-shaped shield member with a carbon-doped barrier layer in the area of the shielding member and
Fig. 8b eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines grabenförmigen Abschirmelements.Fig. 8b is a cross-sectional view of another embodiment of a grave-shaped shielding member.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein Substrat1, insbesondere, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, ein Siliziumsubstrat. In dem Substrat1 sind eine erste Schaltung3 und eine zweite Schaltung5 gebildet. Die erste Schaltung kann eine digitale oder eine analoge Schaltung sein. Ebenso kann die zweite Schaltung eine digitale oder analoge Schaltung sein. Auch muss es sich nicht um zwei gleiche, also zwei digitale beziehungsweise zwei analoge Schaltungen handeln. Im Folgenden soll die erste Schaltung3 eine zu schützende Schaltung darstellen, welche ein Störsignal empfängt; sie wird daher nachfolgend Empfänger3 gerannt. Die zweite Schaltung5 soll hingegen die das Störsignal aussendende Schaltung darstellen; sie wird daher nachfolgend Störer5 genannt.Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive semiconductor device. The semiconductor device comprises a substrate1 , in particular, but without being limited thereto, a silicon substrate. A first circuit3 and a second circuit5 are formed in the substrate1 . The first circuit can be a digital or an analog circuit. The second circuit can also be a digital or analog circuit. Nor does it have to be two identical, that is two digital or two analog circuits. In the following, the first circuit3 is intended to represent a circuit to be protected which receives an interference signal; it is therefore run after receiver3 . In contrast, the second circuit5 is intended to represent the circuit emitting the interference signal; it is therefore called disturbance5 below.
Erfindungsgemäß befindet sich im Substrat1 zwischen dem Empfänger3 und dem Störer5 ein metallenes Abschirmelement7, welches den Empfänger3 von dem vom Störer5 ausgehenden Störsignal abschirmt.According to the invention, there is a metal shielding element7 in the substrate1 between the receiver3 and the interferer5 , which shields the receiver3 from the interfering signal emanating from the interferer5 .
Das Abschirmelement7 kann beispielsweise in der Trench-Technologie hergestellt sein. D. h., für die Herstellung des Abschirmelements7 wird zuerst ein Graben in das Siliziumsubstrat oder in den Schichtaufbau geätzt, welcher anschließend mit Metall gefüllt wird. Falls das gewählte Metall dazu neigt, in das es umgebende Halbleitermaterial hinein zu diffundieren, können die Wände der Gräben vor dem Einbringen des Metalls mit einer diffusionshemmenden Schicht versehen werden.The shielding element7 can be produced, for example, using trench technology. In other words, for the production of the shielding element7 , a trench is first etched into the silicon substrate or into the layer structure, which is then filled with metal. If the selected metal tends to diffuse into the semiconductor material surrounding it, the walls of the trenches can be provided with a diffusion-inhibiting layer before the metal is introduced.
Als diffusionshemmende Schicht kommt erfindungsgemäß Silizium in Frage, in welches Kohlenstoff eingebracht ist.According to the invention, silicon can be used as a diffusion-inhibiting layerwhat carbon is introduced.
Ist die Schaltung in einer epitaktischen Halbleiterschicht, beispielsweise einer Siliziumschicht auf einem Halbleitersubstrat oder einem Isolator, gebildet, so reicht das metallene Abschirmelement in vorteilhafter Weise bis zu dem Halbleitersubstrat oder dem Isolator. Darüber hinaus kann das Gebiet, in dem der Empfängers3 gebildet ist, durch Metallisierung der Unterseite des Gebiets und der Gestaltung des gesamten Kontakt- und Leiterbahnsystems als Abschirmung zusätzlich gegen Störsignale abgeschirmt sein.If the circuit is formed in an epitaxial semiconductor layer, for example a silicon layer on a semiconductor substrate or an insulator, the metal shielding element advantageously extends as far as the semiconductor substrate or the insulator. In addition, the area in which the receiver3 is formed can additionally be shielded from interference signals by metallization of the underside of the area and the design of the entire contact and interconnect system as a shield.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist inFig. 2 dargestellt. Auf die Darstellung des Substrats ist dabei verzichtet. Bezugszeichen, die mit denen ausFig. 1 übereinstimmen, bezeichnen Elemente der Halbleitervorrichtung, die in identischer Form inFig. 1 vorhanden sind. Dies gilt auch für die übrigen Figuren.A second embodiment of the present invention is shown inFIG. 2. The substrate is not shown. Reference numerals which correspond to those fromFIG. 1 designate elements of the semiconductor device which are present in identical form inFIG. 1. This also applies to the other figures.
Im inFig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Empfänger3 lateral vollständig von einem gitterförmigen Abschirmelement7A umgeben. Das gitterförmige Abschirmelement7A schützt den Empfänger3 in Art eines Faradayschen Käfigs vor dem Störsignal. Die Abstände zwischen den Gitterelementen im gitterförmigen Abschirmelement sind so gewählt, dass alle relevanten Wellenlängen des Störsignals das Abschirmelement7A nicht durchdringen, elektrisch leitende und/oder elektrisch isolierende Teile der Schaltung jedoch durch dieses Gitter hindurchgeführt werden können. Die Abschirmwirkung des Gitters lässt sich erreichen, indem die Abstände zwischen den Gitterelementen kleiner gewählt werden als die relevanten Wellenlängen des Störsignals. Die Abstände zwischen den Gitterelementen müssen nicht in jedem Abschnitt des gitterförmigen Abschirmelementes7A gleich sein. Sie können in jedem Abschnitt des Gitters individuell an die Wellenlängen des im jeweiligen Abschnitt vorhandenen Störsignals angepasst sein.In theexemplary embodiment shown inFIG. 2, the receiver3 is laterally completely surrounded by a grid-shaped shielding element7 A. The grid-shaped shielding element7 A protects the receiver3 in the manner of a Faraday cage from the interference signal. The distances between the grating elements in the grating-shaped shielding element are selected such that all relevant wavelengths of the interference signal do not penetrate the shielding element7 A, but electrically conductive and / or electrically insulating parts of the circuit can be passed through this grating. The shielding effect of the grating can be achieved by choosing the distances between the grating elements to be smaller than the relevant wavelengths of the interference signal. The distances between the grid elements need not be the same in each section of the grid-shaped shielding element7 A. In each section of the grating, they can be individually adapted to the wavelengths of the interference signal present in the respective section.
InFig. 3 ist eine Abwandlung des inFig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Empfänger3 von einem gitterförmigen Abschirmelement7B umgeben. Im Unterschied zum inFig. 2 dargestellten gitterförmigen Abschirmelement7A ist das hier gezeigte Abschirmelement7B auf Masse gelegt, um elektrostatische Aufladung zu vermeiden. Anstatt auf Masse kann das gitterförmige Abschirmelement7B in Abhängigkeit von den Anforderungen auf jedes andere Potenzial, beispielsweise das Versorgungspotenzial, gefegt sein. Es ist auch möglich, das an das gitterförmige Abschirmelement angelegte Potenzial einstellbar zu gestalten.FIG. 3 shows a modification of theexemplary embodiment shown inFIG. 2. In this embodiment too, the receiver3 is surrounded by a grid-shaped shielding element7 B. In contrast to the grid-shaped shielding element7 A shown inFIG. 2, the shielding element7 B shown here is connected to ground in order to avoid electrostatic charging. Instead of being grounded, the grid-shaped shielding element7 B can be swept to any other potential, for example the supply potential, depending on the requirements. It is also possible to make the potential applied to the grid-shaped shielding element adjustable.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel werden neben metallenen Abschirmelementen7C Schaltungselemente15,17 des Empfängers3 und des Störers5, welche um die zu schützenden Teile der Schaltungen3,5 gruppiert sind, für die Abschirmung verwendet. InFig. 4 ist auf Seiten des Störers5 ein Kondensator15 und auf Seiten des Empfängers3 eine Spule17 als Abschirmung dargestellt, die als Frequenzfilter zum Ausfiltern einer bestimmten Frequenz oder bestimmter Frequenzen dienen. Die Parameter der Schaltungselemente15,17 können im Rahmen dessen, was ihr eigentlicher Zweck in der Schaltung3,5 zulässt, an die zu filternden Frequenzen angepasst werden.Fig. 4 shows another embodiment of the semiconductor device according to the invention. In this embodiment, in addition to metal shielding7 C circuit elements15,17 of the receiver3 and the interference source5, which are grouped around the parts to be protected of the circuits3,5, used for the shield. InFig. 4, on the side of the interferer5, a capacitor15 and on the side of the receiver3, a coil17 is shown as a shield, which serve as a frequency filter for filtering out a specific frequency or frequencies. The parameters of the circuit elements15 ,17 can be adapted to the frequencies to be filtered within the scope of what their actual purpose allows in the circuit3 ,5 .
Ein Ausführungsbeispiel mit einer aktiven Abschirmung ist inFig. 5 gezeigt. Die Halbleitervorrichtung umfasst neben dem Empfänger3 und dem Störer5 eine Gegensignalschaltung11, die mit einem aktiven Abschirmelement13 verbunden ist. Mittels der Gegensignalschaltung11 wird ein Gegensignal zum Störsignal erzeugt, das von dem aktiven Abschirmelement ausgesendet wird. Das Gegensignal ist derart, dass es an den Orten des Empfängers3, die gegenüber dem Störsignal empfindlich sind, mit dem Störsignal destruktiv interferiert und so das Störsignal vermindert oder gar auslöscht.An embodiment with an active shield is shown inFIG. 5. In addition to the receiver3 and the interferer5 , the semiconductor device comprises a counter signal circuit11 which is connected to an active shielding element13 . A counter signal to the interference signal is generated by means of the counter signal circuit11 and is emitted by the active shielding element. The counter signal is such that it interferes destructively with the interference signal at the locations of the receiver3 that are sensitive to the interference signal, thus reducing or even canceling the interference signal.
Zum Generieren des Gegensignals kann die Gegensignalschaltung11 Informationen über das Störsignal wie beispielsweise dessen Frequenz, Phase und Intensität verwenden. Solche Informationen sind über mindestens einen geeignet positionierten Sensor110 (Fig. 6), beispielsweise eine Antenne, erfassbar. Als Sensor110 bzw. Antenne kann dabei auch ein metallenes Abschirmelement aus einem der drei ersten Ausführungsbeispiele dienen. Er ist vorteilhafterweise in der Nähe des zu schützenden Teils des Empfängers3 angeordnet. Die vom Sensor110 erfassten Informationen werden an eine Steuerschaltung112 weitergegeben, die anhand dieser Informationen einen Signalgenerator114 steuert. Der Signalgenerator114 kann einen Oszillator und/oder einen Taktgenerator umfassen, um oszillierende bzw. getaktete Gegensignale zu erzeugen. Getaktete Gegensignale können z. B. vorteilhaft sein, wenn das Störsignal aus dem Taktgeber eines digitalen Störers stammt. Über eine Endstufe116 (Ausgangsstufe) wird das Gegensignal an das aktive Abschirmelement13 ausgegeben, welches das Gegensignal aussendet.To generate the counter signal, the counter signal circuit11 can use information about the interference signal, such as its frequency, phase and intensity. Such information can be acquired via at least one suitably positioned sensor110 (FIG. 6), for example an antenna. A metal shielding element from one of the three first exemplary embodiments can also serve as the sensor110 or antenna. It is advantageously arranged in the vicinity of the part of the receiver3 to be protected. The information detected by the sensor110 is forwarded to a control circuit112 , which controls a signal generator114 on the basis of this information. Signal generator114 may include an oscillator and / or a clock generator to generate oscillating or clocked counter signals. Clocked counter signals can e.g. B. be advantageous if the interference signal comes from the clock generator of a digital interferer. The counter signal is output to the active shielding element13 , which emits the counter signal, via an output stage116 (output stage).
Der Signalgenerator114 kann ein statisches Gegensignal generieren, dessen Parameter unabhängig von denen des Störsignals einen festen Wert besitzen, oder, falls eine Steuerschaltung112 vorhanden ist, ein dynamisches Gegensignal, dessen Parameter in Abhängigkeit von denen des Störsignals variiert werden. Ein statisches Gegensignal erfordert bei der Generierung weniger Aufwand als ein dynamisches Gegensignal und bietet sich bei statischen oder nur schwach variierenden Störsignalen an. Ein dynamisches Gegensignal ist dagegen bei stark variierenden Störsignalen vorteilhaft. Variieren nicht alle Parameter des Störsignals gleich stark, so ist es auch möglich das Gegensignal nur bezüglich der stark variierenden Parameter als dynamisches Gegensignal auszugestalten und bezüglich der übrigen Parameter als statisches Gegensignal. Dadurch kann eine gute Unterdrückung des Störsignals mit relativ geringem Aufwand beim Generieren des Gegensignals erreicht werden. Durch Optimieren kann der Aufwand für das Generieren des Gegensignals auf den mindestens notwendigen Aufwand minimiert werden.The signal generator114 can generate a static counter signal whose parameters have a fixed value regardless of those of the interference signal, or, if a control circuit112 is present, a dynamic counter signal whose parameters are varied depending on those of the interference signal. A static counter signal requires less effort to generate than a dynamic counter signal and is suitable for static or only slightly varying interference signals. In contrast, a dynamic counter signal is advantageous in the case of strongly varying interference signals. If not all parameters of the interfering signal vary to the same extent, it is also possible to design the counter signal as a dynamic counter signal only with regard to the widely varying parameters and as a static counter signal with regard to the other parameters. As a result, good suppression of the interference signal can be achieved with relatively little effort when generating the counter signal. By optimizing, the effort for generating the counter signal can be minimized to the minimum necessary effort.
Es ist mit der aktiven Abschirmung möglich, das Störsignal auf Null oder einen Wert nahe Null zu regeln, wenn der Steuerschaltung112, die dann eine Regelschaltung ist, neben dem Störsignal auch das Gegensignal zugeführt wird.With the active shielding, it is possible to control the interference signal to zero or a value close to zero if the control circuit112 , which is then a control circuit, is also supplied with the counter signal in addition to the interference signal.
Als weitere Möglichkeit der Abschirmung kommt auch ein dissipatives LC-Glied in Frage, also eine Schaltung, die einen Kondensator und eine Spule, beispielsweise in Form eines Schwingkreises, umfasst. Mit einem solchen dissipativen LC-Glied lässt sich dem Störsignal Energie entziehen und dieses somit abschwächen. Insbesondere kann ein dissipatives LC-Glied aus Komponenten mindestens einer der abzuschirmenden Schaltungen aufgebaut sein, die daran angepasst sind, das Störsignal abzuschwächen.A further possibility for shielding is a dissipative LC elementQuestion, so a circuit that has a capacitor and a coil,for example in the form of a resonant circuit. With such a dissipative LCThe energy can be extracted from the interference signal and thus thisweaken. In particular, a dissipative LC element made up of componentsat least one of the circuits to be shielded must be built on itare adapted to attenuate the interference signal.
In denFig. 7a bis 7d sind verschiedene Ausführungsbeispiele grabenförmiger Abschirmelemente in vereinfachter Querschnittsansicht dargestellt. Solche Abschirmelemente können bei einem Halbleiterbauelement zur Anwendung gelangen, wie es inFig. 1 dargestellt ist. Auf die Darstellung des gesamte Halbleiterbauelements wurde der Einfachheit der Darstellung halber verzichtet. Die Profile sind auch unter anderen Gesichtspunkten stark vereinfacht und dienen allein der Darstellung denkbarer grabenförmiger Abschirmelemente im Sinne der Erfindung. Die dargestellten Abschirmelemente unterscheiden sich durch ihr Querschnittsprofil. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen in diesen Figuren ansonsten gleich ausgebildete Strukturelemente.InFigs. 7a to 7d different embodiments of grave-shaped shielding elements are shown in simplified cross-sectional view. Such shielding elements can be used in a semiconductor component, as shown inFIG. 1. The representation of the entire semiconductor component has been omitted for the sake of simplicity. The profiles are also greatly simplified from other points of view and serve only to represent conceivable trench-shaped shielding elements in the sense of the invention. The shielding elements shown differ in their cross-sectional profile. The same reference numerals in these figures denote otherwise identical structural elements.
In einem inFig. 7a dargestellten Silizium- oder Silizium-Germanium-Substrat118 ist ein Graben120 in Form eines U-förmigen Rechteckprofils ausgebildet. Der Graben120 kann mit bekannten Verfahren, insbesondere der Trench-Technologie hergestellt werden. Der Graben120 ist mit einer Metallfüllung, insbesondere einer Aluminiumfüllung122 aufgefüllt und schließt an die Substratoberfläche124 planar an. Maßnahmen zur Verhinderung der Ausdiffusion von Aluminium in die umgebenden Substratbereiche sind bei dieser vereinfachten Darstellung nicht dargestellt. Diese werden unten anhand derFig. 8a und 8b näher erläutert. Der Graben120 weist eine Breite von maximal 2 µm auf. Seine Tiefenerstreckung von der Substratoberfläche124 in das Substrat hinein beträgt mindestens 5 µm.A trench120 in the form of a U-shaped rectangularprofile is formed in a silicon or silicon germanium substrate118 shown inFIG. 7a. The trench120 can be produced using known methods, in particular trench technology. The trench120 is filled with a metal filling, in particular an aluminum filling122, and adjoins the substratesurface 124 in a planar manner. Measures to prevent aluminum from diffusing out into the surrounding substrate areas are not shown in this simplified illustration. These are explained in more detail below with theaid of FIGS. 8a and 8b. The trench120 has a maximum width of 2 μm. Its depth extension from the substratesurface 124 into the substrate is at least 5 μm.
Das inFig. 7b dargestellte grabenförmige Abschirmelement126 weist ein U-förmiges Profil auf und ist ansonsten dem ausFig. 7 gleich.The trench-shaped shielding element126 shown inFIG. 7b has a U-shaped profile and is otherwise the same as that fromFIG. 7.
Fig. 7c zeigt ein grabenförmiges Abschirmelement128 mit einem V-Profil. Die Breite des V-Profils beträgt an der Substratoberfläche124 ca. 2 bis 3 µm und in einer Tiefe ab 5 µm gerechnet von der Substratoberfläche höchstens 1 µm.Fig. 7c shows a grave-shaped shielding member128 having a V-profile. The width of the V-profile on the substratesurface 124 is approximately 2 to 3 μm and, at a depth from 5 μm, calculated from the substrate surface at most 1 μm.
Fig. 7d zeigt ein weitere Querschnittsansicht eines grabenförmigen Abschirmelements mit einem V-Profil, das nahe der Substratoberfläche lateral zum umgebenden Substrat hin gerundet ist. Der Übergang vom Substrat zum Abschirmelement ist bei diesem Profil "weicher". Dies ist nachteilig, wenn es um die Abschirmung besonders hoher Frequenzanteile von Störsignalen geht, kann aber in Anwendungen sinnvoll sein, bei denen dieser Teil des Frequenzspektrums nicht zur Störung beiträgt. Für die Abschirmung des besonders hoher Störfrequenzen sind die Profile nachFig. 7a undFig. 7b wegen der scharf definierten Grenze zwischen Abschirmelement und Substratoberfläche besonders geeignet.FIG. 7d shows a further cross-sectional view of a trench-shaped shielding element with a V-profile, which near the substrate surface is laterally rounded towards the surrounding substrate. The transition from the substrate to the shielding element is "softer" with this profile. This is disadvantageous when it comes to shielding particularly high frequency components from interference signals, but can be useful in applications in which this part of the frequency spectrum does not contribute to the interference. The profiles are for the screening of especially high disturbance frequencies according toFig. 7a andFig. 7b particularly suitable because of the sharply defined boundary between the shielding member and the substrate surface.
Durch gezielte Ausbildung des Profils kann das Absorptionsspektrum und/oder das Reflexionsspektrum des Abschirmelements für elektromagnetische Wellen in gewissen Grenzen beeinflusst werden. Die Wahl des Querschnittsprofils des grabenförmigen Abschirmelements hängt von den jeweils relevanten Störfrequenzen ab. Die Ausbildung kann beispielsweise so erfolgen, dass die an der metallgefüllten Struktur reflektierten Wellen der Störstrahlung mit den einfallenden zumindest teilweise destruktiv interferieren. Auf diese Weise werden reflektierte Strahlen selbst zur Auslöschung von Störstrahlung genutzt.The absorption spectrum and / orthe reflection spectrum of the shielding element for electromagnetic waves incertain limits can be influenced. The choice of the cross-sectional profile of thetrench-shaped shielding element depends on the relevant oneInterference frequencies from. The training can take place, for example, in such a way that themetal-filled structure reflected waves of interference with theinterfere with the incident at least partially destructively. That wayreflected rays are used to extinguish interfering radiation.
DieFig. 8a und 8b zeigen in Form zweier weiterer Ausführungsbeispiele mögliche Maßnahmen zur Verhinderung der Ausdiffusion von Aluminium aus der metallgefüllten grabenförmigen Vertiefung in den umgebenden Substratbereich. Dies wird in beiden Figuren anhand des Rechteckprofils derFig. 7a dargestellt, kann jedoch ohne weiteres auf die Profile nachFig. 7b bis 7d übertragen werden.Figs. 8a and 8b show in the form of two further embodiments of possible measures to prevent the out-diffusion of aluminum from the metal-filled grave shaped recess in the surrounding substrate region. This is shown in both figures using the rectangular profile ofFIG. 7a, but can easily be transferred to the profiles according toFIGS. 7b to 7d.
Das Substrat118 weist in der Umgebung des aluminiumgefüllten Grabens120 eine Barrierenschicht132 aus Substratmaterial auf, das mit Kohlenstoff dotiert ist. Die Kohlenstoffkonzentration in der Barrierenschicht132 beträgt etwa 1020cm-3. Ihre Dicke vom Innenrand des Grabens120 aus beträgt hier etwa 2 µm. Es kann auch eine dünnere Schicht von 50 nm Dicke verwendet werden. Die Kohlenstoffdotiertung kann durch Implantation oder andere bekannte Techniken vor Ausbildung des Grabens120 in das Substrat118 eingebracht werden. Die Barrierenschicht120 in ihrer vorbestimmten Form entsteht dann mit der Ausbildung des Grabens.The substrate118 has in the vicinity of the aluminum-filled trench120 a barrier layer132 made of substrate material which is doped with carbon. The carbon concentration in the barrier layer132 is approximately 1020 cm-3 . Its thickness from the inner edge of the trench120 here is approximately 2 μm. A thinner layer of 50 nm thickness can also be used. The carbon doping can be introduced into the substrate118 by implantation or other known techniques before the trench120 is formed. The barrier layer120 in its predetermined shape then arises when the trench is formed.
Fig. 8b zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein weiteres Abschirmelement in Form eines mit Aluminium gefüllten Grabens120 mit rechteckigem Querschnittsprofil. Der Graben120 ist hier im Unterschied zuFig. 8a jedoch in einem Substratbereich134 ausgebildet, der homogen mit Kohlenstoff dotiert ist. Dies kann beispielsweise durch Dotieren mit Kohlenstoff schon beim Züchten des Substratmaterials erreicht werden. Alternativ kann der Substratbereich134 in einem nachträglichen Epitaxieschritt unter gleichzeitiger oder nachträglicher Kohlenstoffdotierung auf einem nicht mit Kohlenstoff dotieren Ausgangssubtrat hergestellt werden.FIG. 8b shows as a further embodiment, another shielding member in the form of a filled trench120 aluminum with a rectangular cross-sectional profile. In contrast toFIG. 8a, the trench120 is here formed in a substrate region134 which is homogeneously doped with carbon. This can be achieved, for example, by doping with carbon when the substrate material is being grown. Alternatively, the substrate region134 can be produced in a subsequent epitaxial step with simultaneous or subsequent carbon doping on a non-carbon-doped starting substrate.
Neben den beschriebenen Abschirmungen kann die Halbleitervorrichtung weitere Abschirmungen, beispielsweise gegen magnetische und/oder optische Störsignale enthalten.In addition to the shields described, the semiconductor device can be furtherShields, for example against magnetic and / or opticalInterference signals included.
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| DE10215328ADE10215328A1 (en) | 2001-12-28 | 2002-04-03 | Isolation method for semiconductor devices used in microelectronics comprises a first switch, a second switch and a screen consisting of metal screening element for screening impurity signals between the two switches |
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|---|---|
| DE (1) | DE10215328A1 (en) |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8227888B2 (en) | 2004-04-08 | 2012-07-24 | IHP GmbH—Innovations for High Performance Microelectronics | Semiconductor component with countersignal circuit for preventing crosstalk between electronic assemblies |
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5145795A (en)* | 1990-06-25 | 1992-09-08 | Motorola, Inc. | Semiconductor device and method therefore |
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