DE102004024661B4 - Trench transistor manufacturing method, by back-forming layer in upper trench region, and semiconductor material on side walls of trench before forming new semiconductor material on side walls - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Trenchtransistors.The The invention relates to a method for producing a trench transistor.
Für den Einsatz in DC/DC-Wandlern werden Leistungstransistoren mit niedrigem Einschaltwiderstand Ron und niedriger Gate-Drain-Kapazität CGD gefordert. Zum Verringern der Gate-Drain-Kapazität CGD kann die Gateelektrode G durch eine Feldelektrode F auf Sourcepotenzial oder einem anderen definierten Potenzial und eine Gateelektrode G' mit sehr kleinem Überlappbereich zum Drainbereich ersetzt werden.For use in DC / DC converters, power transistors with low on-resistance R on and low gate-drain capacitance C GD are required. To reduce the gate-drain capacitance C GD , the gate electrode G can be replaced by a field electrode F at source potential or other defined potential and a gate electrode G 'with a very small overlap region to the drain region.
Bei dieser Anordnung muss die Lage der Unterkante U der Gateelektrode G' sehr genau auf die Lage des Body-Epi-pn-Überganges angepasst werden. Bei zu tiefer Lage der Unterkante U wird der Gate-Drain-Überlapp und damit CGD untolerierbar groß, wohingegen bei zu hoher bzw. flacher Lage der Unterkante U der Kanal nur noch bei VG > Vth bzw. überhaupt nicht mehr ausgebildet wird, so dass Ron insbesondere bei niedrigen VG erhöht ist.In this arrangement, the position of the lower edge U of the gate electrode G 'must be adapted very precisely to the position of the body epi-pn junction. If the lower edge U is too low, the gate-drain overlap and therefore C GD will become intolerably large, whereas if the lower edge U is too high or flat, the channel will only be formed at V G > V th or not at all. such that R on is increased, in particular at low V G.
Aus
der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Trenchtransistors bereitzustellen, bei dem die erwähnten Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten.Of the Invention is based on the object, a process for the preparation a trench transistor to provide, in which the mentioned disadvantages of the prior art does not occur.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben.The Task is solved by a method having the features of independent claim 1. Advantageous Further developments are specified in the subclaims.
Die
Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Trenchtransistors
bereit, bei welchem in einem Halbleitermaterial mit einem Halbleiteroberflächenbereich
wenigstens ein Trench ausgebildet wird, wobei die Trenchseitenwände und
der Trenchbodenbereich jeweils mit einer ersten Schicht eines ersten
Isolationsmaterials abgedeckt oder ausgekleidet werden, bei welchem
in dem mit der ersten Schicht ausgekleideten Trench eine Füllung mit
einem Füllmaterial
ausgebildet wird, die den mit der ersten Schicht ausgekleideten
Trench nur teilweise auffüllt
und so einen oberen Trenchbereich und einen unteren Trenchbereich
definiert, wobei im oberen Trenchbereich die Trenchseitenwände und
im unteren Trenchbereich die Trenchseitenwände und der Trenchbodenbereich
mit der ersten Schicht ausgekleidet sind und der untere Trenchbereich
mit der Füllung gefüllt ist.
Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Verfahrensschritte:
Eine Zielsetzung der Erfindung ist somit die Definition des oberen Trenchbereichs und des unteren Trenchbereichs durch die Füllung, die im Verfahrensschritt (a) als Maske dient. Somit wird im Verfahrensschritt (a) die erste Schicht im unteren Trenchbereich nicht zurückgebildet, sondern nur im oberen Trenchbereich. Eine weitere Zielsetzung der Erfindung ist das Rückbilden des Halbleitermaterials an den Trenchseitenwänden im oberen Trenchbereich und das anschließende Ausbilden eines neuen Halbleitermaterials mit definierter Dotierung an den rückgebildeten Trenchseitenwänden im Verfahrensschritt (c). Der Verfahrensschritt (c) stellt im Wesentlichen die ursprüngliche Form des Halbleitermaterials vor dem Verfahrensschritt (b) wieder her, wobei jedoch neues Halbleitermaterial definierter Dotierung an vordefinierten Stellen ausgebildet wird, insbesondere an Stellen, an denen zuvor im Verfahrensschritt (b) Halbleitermaterial entfernt wurde. Ein Teil des neuen Halbleitermaterials mit definierter Dotierung bildet einen Kanalbereich des Trenchtransistors. In anderen Worten kann durch das Ausbilden des neuen Halbleitermaterials mit definierter Dotierung der Kanalbereich bzw. Kanal des Trenchtransistors in besonders vorteilhafter Weise gebildet werden. Dies erfolgt z. B. so, dass sich ein besonders geringer Einschaltwiderstand Ron durch die lokale Dotierungsanpassung ergibt.An object of the invention is thus the definition of the upper trench region and the lower trench region by the filling, which serves as mask in process step (a). Thus, in step (a), the first layer is not reformed in the lower trench region, but only in the upper trench region. A further object of the invention is the reformation of the semiconductor material at the trench sidewalls in the upper trench region and the subsequent formation of a new semiconductor material with defined doping at the recessed trench sidewalls in process step (c). Method step (c) essentially restores the original shape of the semiconductor material before method step (b), but new semiconductor material of defined doping is formed at predefined locations, in particular at locations where semiconductor material was previously removed in method step (b). A part of the new semiconductor material with defined doping forms a channel region of the trench transistor. In other words, by forming the new semiconductor material with defined doping, the channel region or channel of the trench transistor can be formed in a particularly advantageous manner. This is done z. B. so that there is a particularly low on-resistance R on by the local doping adaptation.
Vorteilhaft ist es, wenn der Kanalbereich (K) in einem Abstand HS vom Trenchbodenbereich ausgebildet wird und wenn danach in einem Verfahrensschritt (d) die erste Schicht rückgebildet wird, wobei die Füllung als Maske dient, so dass die erste Schicht nur entlang der Trenchseitenwände und in Richtung des Trenchbodenbereichs derart rückgebildet wird, dass die erste Schicht den Trench an den Trenchseitenwänden nur mehr bis zu einer Höhe auskleidet, die in etwa gleich dem Abstand HS des Kanalbereichs vom Trenchbodenbereich ist. Im Verfahrensschritt (d) wird also eine Art Feinjustage durchgeführt, durch die sichergestellt wird, dass ein Bodenbereich des Kanalbereichs auf der gleichen Höhe liegt, wie die Oberfläche der ersten Schicht. Vom Trenchbodenbereich aus gemessen hat die erste Schicht an den Trenchseitenwänden also eine Höhe HS, die gleich dem Abstand des Kanalbereichs bzw. des Bodenbereichs des Kanalbereichs vom Trenchbodenbereich ist.Advantageous it is when the channel region (K) is at a distance HS from the trench bottom region is formed and if after that in a process step (d) the first layer regressed is, with the filling as Mask serves so that the first layer only along the trench side walls and is regressed in the direction of the trench bottom area such that the first Layer the trench on the trench sidewalls just up to one more Height, which is approximately equal to the distance HS of the channel region from the trench bottom region. In method step (d), a kind of fine adjustment is thus carried out by which ensures that a bottom area of the channel area at the same height lies, like the surface the first layer. From the trench floor area has measured the first layer on the trench sidewalls so a height HS, the same the distance of the channel area or the floor area of the channel area from the trench floor area is.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Halbleitermaterial im Verfahrensschritt (b) an den Trenchseitenwänden im oberen Trenchbereich in Richtung zum Trenchbodenbereich bis etwa zum Abstand HS vom Trenchbodenbereich rückgebildet wird, und so der Abstand HS des Kanalbereichs vom Trenchbodenbereich definiert wird.Advantageous it is also, if the semiconductor material in the process step (b) on the trench sidewalls in the upper trench area towards the trench bottom area to about is formed back to the distance HS from the Trenchbodenbereich, and so the Distance HS of the channel region from the trench bottom region is defined.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Halbleitermaterial im Verfahrensschritt (b) um eine bestimmte Tiefe, d. h. um eine bestimmte Menge pro Flächeneinheit, rückgebildet, und die Rückbildung der ersten Schicht im Verfahrensschritt (d) erfolgt in Abhängigkeit der bestimmten Tiefe des Verfahrensschritts (b). Das heißt, es werden bestimmte Parameter des Verfahrensschritts (b) ausgewertet, um die für den Verfahrensschritt (d) nötigen Parameter zu bestimmen.In An advantageous development of the invention is the semiconductor material in process step (b) by a certain depth, d. H. one certain amount per unit area, degenerated, and the regression the first layer in process step (d) takes place in dependence the determined depth of process step (b). That is, it will be certain parameters of the method step (b) evaluated to the for the process step (d) necessary To determine parameters.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das Halbleitermaterial im Verfahrensschritt (b) an den Trenchseitenwänden im oberen Trenchbereich in Richtung zum Trenchbodenbereich gegenüber der Oberfläche der ersten Schicht um einen Abstand HO rückgebildet wird und wenn die erste Schicht im Verfahrensschritt um etwa den gleichen Abstand HO rückgebildet wird.Advantageous it is also, if the semiconductor material in the process step (b) on the trench sidewalls in the upper trench area towards the trench bottom area opposite to the surface the first layer is reduced by a distance HO and when the first layer in the process step by about the same distance HO regressed becomes.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn im Verfahrensschritt (c) das neue Halbleitermaterial mit definierter Dotierung so ausgebildet wird, dass dieses im Wesentlichen das im Verfahrensschritt (b) rückgebildete Halbleitermaterial ersetzt. Das heißt, die Form des Halbleitermaterials ist nach dem Verfahrensschritt (c) im Wesentlichen gleich der Form des Halbleitermaterials vor dem Verfahrensschritt (b). Es kann aber auch nur an den Trenchseitenwänden Halbleitermaterial mit definierter Dotierung ausgebildet werden.Advantageous it is also if, in process step (c), the new semiconductor material with defined doping is formed so that this is essentially the process step (b) dematerialized Semiconductor material replaced. That is, the shape of the semiconductor material is substantially equal to the mold after process step (c) of the semiconductor material before process step (b). But it can even only on the trench side walls Semiconductor material can be formed with defined doping.
Es ist auch möglich, dass im Verfahrensschritt (b) auch die Füllung rückgebildet wird. Somit kann auf eine Maske verzichtet werden, und im Verfahrensschritt (b) kann die Rückbildung des Halbleitermaterials bzw. der Füllung beispielsweise durch einen einfachen Ätzvorgang erfolgen.It is also possible that in step (b) the filling is also reformed. Thus, can be dispensed with a mask, and in step (b), the regression of the semiconductor material or the filling done for example by a simple etching.
Es ist auch möglich, dass im Verfahrensschritt (c) das neue Halbleitermaterial mit definierter Dotierung auch auf der rückgebildeten Füllung ausgebildet wird. Das heißt, es wird beispielsweise keine Maske oder dergleichen benötigt.It is possible, too, that in process step (c) the new semiconductor material with defined Doping also on the retrained filling is trained. This means, For example, no mask or the like is needed.
Vorteilhafterweise wird in dem Halbleitermaterial vor der Ausbildung des wenigstens einen Trenches eine definierte Dotierung mittels Implantation ausgebildet, insbesondere für einen Bodybereich, der den Durchbruch pinnt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine Seitenwandimplantation erfolgt.advantageously, is in the semiconductor material before the formation of at least formed a trenches a defined doping by implantation, especially for a body area that pegs the breakthrough. This results the advantage that no sidewall implantation takes place.
Vorteilhaft ist es, wenn die erste Schicht eine Dickoxidschicht ist, insbesondere aus Siliziumdioxid, die vor dem Verfahrensschritt (a) und nach dem Ausbilden des Trenches konform auf dem Halbleiteroberflächenbereich an den Trenchseitenwänden und auf dem Trenchbodenbereich insbesondere mittels Abscheiden, CVD, PVD, Sputtern, Aufwachsen und/oder Umwandeln eines bestehenden Materialbereichs ausgebildet wird.Advantageous it is when the first layer is a thick oxide layer, in particular of silicon dioxide, before step (a) and after Forming the trench conforming to the semiconductor surface area on the trench side walls and on the trench bottom area, in particular by means of deposition, CVD, PVD, sputtering, growing and / or converting an existing material area is trained.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Füllung gebildet durch: Ausbilden einer Füllschicht, die den mit der ersten Schicht ausgekleideten Trench ausfüllt und/oder die mit der ersten Schicht abgedeckte Halbleiteroberfläche, und Rückbilden der Füllschicht derart, dass die Füllschicht auf der mit der ersten Schicht abgedeckten Halbleiteroberfläche vollständig entfernt wird und der mit der ersten Schicht ausgekleidete Trench nur teilweise gefüllt bleibt.In an advantageous development of the invention, the filling is formed by: forming a filling layer, which fills the lined with the first layer trench and / or the semiconductor surface covered with the first layer, and demapping the filling layer such that the filling layer completely removed on the semiconductor layer covered with the first layer and the trench lined with the first layer is only partial filled remains.
Vorteilhafterweise erfolgt das Rückbilden im Verfahrensschritt (a), im Verfahrensschritt (b) und im Verfahrensschritt (d) mittels Ätzen. Das Ätzen erfolgt isotrop beispielsweise nasschemisch oder mittels Plasma. Das Rückätzen wird beispielsweise über eine Fixzeit gesteuert. Beispielsweise sind ca. 35 Sekunden zum Rückätzen um 150 nm notwendig.advantageously, the regression takes place in process step (a), in process step (b) and in the process step (d) by etching. The etching isotropic, for example wet-chemically or by means of plasma. The Recharge will for example about a fixed time controlled. For example, about 35 seconds to re-etching 150 nm necessary.
Vorteilhaft ist es auch, wenn das neue Halbleitermaterial mit definierter Dotierung im Verfahrensschritt (c) mittels Epitaxie ausgebildet wird. Die Steuerung der Schichtstärke beim Aufbringen des neuen Halbleitermaterials erfolgt beispielsweise mittels einer vorher festgelegten Fixzeit oder anhand der Schichtdicke. Dies ist möglich, da die Streuung bei der Ausbildung des neuen Halbleitermaterials mittels Epitaxie vernachlässigbar klein ist.Advantageous It is also when the new semiconductor material with defined doping in step (c) is formed by epitaxy. The Control of the layer thickness when applying the new semiconductor material, for example by means of a predetermined fixed time or based on the layer thickness. This is possible, because the scatter in the formation of the new semiconductor material negligible by epitaxy is.
Vorteilhafterweise wird nach dem Verfahrensschritt (d) an den Trenchseitenwänden im oberen Trenchbereich auf der ersten Schicht und/oder entlang der freiliegenden Flächen der Füllung eine Isolationschicht ausgebildet, insbesondere durch:
- – konformes Abscheiden einer Isolationsschicht eines Isolationsmaterials über der Halbleiteroberfläche, an den Trenchseitenwänden im oberen Trenchbereich auf der ersten Schicht und entlang der freiliegenden Flächen der Füllung und
- – Rückätzen der Isolationsschicht auf der Halbleiteroberfläche.
- Conformally depositing an insulating layer of an insulating material over the semiconductor surface, on the trench sidewalls in the upper trench region on the first layer and along the exposed surfaces of the filling and
- - Back etching of the insulating layer on the semiconductor surface.
Nach dem Ausbilden der Isolationsschicht wird vorteilhafterweise eine weitere Füllung ausgebildet, insbesondere aus einem Halbleitermaterial, welche weitere Füllung den oberen Trenchbereich im Wesentlichen ausfüllt, insbesondere zum Ausbilden einer Gateelektrode des Trenchtransistors. Das heißt, der obere Trenchbereich wird mit einem Halbleitermaterial, beispielsweise Polysilizium, im Wesentlichen vollständig ausgefüllt und so die Gateelektrode des Trenchtransistors gebildet.To the formation of the insulating layer is advantageously a further filling formed, in particular of a semiconductor material, which further filling substantially fills the upper trench area, in particular for forming a gate electrode of the trench transistor. That is, the upper trench area is covered with a semiconductor material, for example Polysilicon, substantially completely filled and so the gate electrode formed of the trench transistor.
Es ist außerdem von Vorteil, wenn im Halbleitermaterial ein vom Oberflächenbereich in das Halbleitermaterial hineinragender Dotierungsbereich ausgebildet wird, insbesondere durch Implantation mit einer zweiten definierten Dotierung, insbesondere zum Ausbilden oder zum Anschluss eines Sourcebereichs. Das heißt, es wird z. B. ein hoch dotierter Bereich im Oberflächenbereich des Halbleitermaterials ausgebildet, zum Anschluss der Source des Trenchtransistors.It is also advantageous if in the semiconductor material from the surface area formed in the semiconductor material protruding doping region is defined, in particular by implantation with a second Doping, in particular for forming or connecting a source region. That is, it is is z. B. a highly doped region in the surface region of the semiconductor material designed for connecting the source of the trench transistor.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Halbleitermaterial ein von der Unterseite des Halbleitermaterials in das Halbleitermaterial hineinragender weiterer Dotierungsbereich mit einer dritten definierten Dotierung ausgebildet wird, insbesondere zum Ausbilden oder zum Anschluss eines Drainbereichs des Trenchtransistors. Das heißt, das Halbleitermaterial wird von der Unterseite her hoch dotiert, was für den Anschluss des Drains des Trenchtransistors vorteilhaft ist.Farther it is advantageous if in the semiconductor material one from the bottom of the semiconductor material protruding into the semiconductor material further doping region with a third defined doping is formed, in particular for forming or connection a drain region of the trench transistor. That is, that Semiconductor material is highly doped from the bottom, which for the Connection of the drain of the trench transistor is advantageous.
Außerdem ist es von Vorteil, wenn der Trenchtransistor als ein p-Kanaltransistor ausgebildet wird und im Verfahrensschritt (c) Siliziumgermanium bzw. Siliziumgermanium-Mischkristall als Halbleitermaterial mit definierter Dotierung verwendet wird. Ein Siliziumgermanium-Mischkristall ist ein Siliziumkristall mit Germaniumbeimischung.Moreover, it is advantageous if the trench transistor is formed as a p-channel transistor and in process step (c) silicon germanium or silicon germanium mixed crystal is used as semiconductor material with defined doping. A silicon germanium mixed crystal is a germanium-added silicon crystal.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Trenchtransistor als ein p-Kanaltransistor ausgebildet wird und im Verfahrensschritt (c) verspanntes Silizium als Halbleitermaterial mit definierter Dotierung verwendet wird. Bei verspanntem Silizium sind die Bindungslängen beeinflusst, so dass sich ein anderes Stressverhalten ergibt. Dabei ergibt sich eine richtungsabhängige erhöhte Leitfähigkeit des verspannten Siliziums gegenüber nicht verspanntem Silizium.Farther it is advantageous if the trench transistor as a p-channel transistor is formed and in process step (c) strained silicon is used as semiconductor material with defined doping. at strained silicon affects the bond lengths, so that results in a different stress behavior. This results in a direction-dependent increased conductivity the tense silicon is not strained silicon.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Füllung als Feldelektrode, die erste Schicht als Feldplatte, die weitere Füllung als Gateelektrode und/oder die Iso lationsschicht als Gateoxidschicht des Trenchtransistors ausgebildet.In a preferred embodiment The invention is the filling as a field electrode, the first layer as a field plate, the others filling as the gate electrode and / or the Iso lationsschicht as the gate oxide layer of Trench transistor formed.
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass durch den Kanalbereich die Einsatzspannung des Trenchtransistors unabhängig von der Durchbruchspannung eingestellt wird, insbesondere in selbstjustierter Art und Weise. Das heißt, durch den Kanalbereich als epitaktisch aufgewachsenes Kanalgebiet kann die Einsatzspannung des Trenchtransistors unabhängig von der Durchbruchspannung eingestellt werden. Bei der Durchbruchspannung erfolgt ein Drain-Source-Avalanchedurchbruch zwischen zwei nebeneinander liegenden Trenchtransistoren.Farther it is advantageous that through the channel region the threshold voltage the trench transistor independently is set by the breakdown voltage, in particular in self-aligned Way. This means, through the channel region as an epitaxially grown channel region the threshold voltage of the trench transistor can be independent of the breakdown voltage can be adjusted. At the breakdown voltage occurs a drain-source avalanche breakdown between two side by side lying trench transistors.
Die Erfindung und insbesondere bestimmte Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.The Invention and in particular certain features, aspects and advantages The invention will become apparent from the following detailed description in conjunction with the attached Drawings clarified.
Die
Feldelektrode F ist von der Gateelektrode G und dem Halbleitermaterial
Der
Trenchtransistor
Der
Trenchtransistor
Wie
In
einem Dotierungsbereich
Ferner
ist im Halbleitermaterial
Unterhalb
des Dotierungsbereichs
Im
Folgenden wird anhand der
Das
Halbleitermaterial
Das
Ergebnis der p+-Dotierung ist p+-dotiertes
Halbleitermaterial
Anschließend wird
der Trench
Anschließend wird
eine Dickoxidschicht DOX konform auf der Halbleiteroberfläche
Anschließend wird
der mit der Dickoxidschicht DOX ausgekleidete Trench
Anschließend wird
die Schicht
Im
folgenden Verfahrensschritt (a) wird die Dickoxidschicht DOX auf
der Halbleiteroberfläche
Anschließend wird
in einem weiteren Verfahrensschritt (b) das Halbleitermaterial
Bei
dem Ätzvorgang
im Verfahrensschritt (b) wirkt die Dickoxidschicht DOX als Maske
und verhindert das Rückbilden
des Halbleitermaterials
Der
Bodenbereich Kw des Kanals K hat einen Abstand HS vom Trenchbodenbereich
Anschließend folgt
ein Verfahrensschritt (c), bei dem die ursprüngliche Form des Halbleitermaterials
Neues
Halbleitermaterial
Das
Rückbilden
des Halbleitermaterials
Der
Kanalbereich K liegt also an den Trenchseitenwänden
Anschließend erfolgt
ein Verfahrensschritt (d), bei dem eine Feinjustage durchgeführt wird.
Dabei wird die Dickoxidschicht DOX entlang der Trenchseitenwände
Es
wird also im Verfahrenschritt (d) sichergestellt, dass die Oberfläche der
Dickoxidschicht DOX auf etwa der gleichen Höhe wie der Bodenbereich Kw
des Kanals liegt. Es haben also der Bodenbereich Kw des Kanals K
und die Oberfläche
der Dickoxidschicht DOX im Wesentlichen den gleichen Abstand HS
vom Trenchbodenbereich
Auf
Grund der Rückätzung der
Dickoxidschicht DOX ragt die Füllung
Um
dies in der Praxis besonders einfach zu erreichen, wird die nötige Ätzdauer
aus der Ätzdauer
im Verfahrensschritt (b) berechnet. Das heißt, im Verfahrensschritt (b)
wird das Halbleitermaterial
Es ist auch möglich, die Ätzdauer im Verfahrensschritt (d) anhand von Parametern der Epitaxie im Verfahrensschritt (c) zu bestimmen.It is possible, too, the etching time in method step (d) on the basis of parameters of epitaxy in the method step (c) to determine.
Anschließend wird
die Gateoxidschicht GOX zur Isolierung der Gateelektrode G (siehe
Im
folgenden Verfahrensschritt wird die Gatoxidschicht GOX-S auf der
Halbleiteroberfläche
Im
folgenden Verfahrensschritt zur Herstellung des Trenchtransistors
In
einem weiteren Verfahrensschritt wird nun das Halbleitermaterial
Weiterhin
wird im an die Unterseite U des Halbleitermaterials
Diese und weitere Zielsetzungen der Erfindung werden durch folgende Ausführungen weiter erläutert.These and other objects of the invention will become apparent from the following further explained.
Für den Einsatz in DC/DC-Wandlern werden Leistungstransistoren mit niedrigem Einschaltwiederstand Ron und niedriger Gate-Drain-Kapazität CGD gefordert. Derzeit wird der geringe Einschaltwiderstand durch das Feldplattenprinzip erreicht. Zum Verringern der Gate-Drain-Kapazität kann die Gateelektrode G in eine Feldelektrode F, die auf Sourcepotenzial oder einem anderen definierten Potenzial liegt und eine Gateelektrode G' mit sehr kleinem Überlappbereich zum Drainbereich ersetzt werden.For use in DC / DC converters, power transistors with low turn-on resistance R on and low gate-drain capacitance C GD are required. Currently, the low on-resistance is achieved by the field plate principle. In order to reduce the gate-drain capacitance, the gate electrode G may be replaced with a field electrode F which is at source potential or another defined potential and a gate electrode G 'with a very small overlap region with the drain region.
Bei dieser Anordnung muss die Lage der Unterkante U der Gateelektrode G' sehr genau auf die Lage des Body-Epi-pn-Überganges angepasst werden: bei zu tiefer Lage von U wird der Gate-Drain-Überlapp und damit CGD untolerierbar groß, bei zu flacher Lage von U wird der Kanal nur noch bei VG > Vth bzw. im Extremfall überhaupt nicht mehr ausgebildet, so dass Ron insbesondere bei niedrigen VG erhöht ist.In this arrangement, the position of the lower edge U of the gate electrode G 'has to be adapted very precisely to the position of the body epi-pn junction: if the position of U is too low, the gate-drain overlap and therefore C GD become intolerably large If U is too flat, the channel will only be formed at V G > V th, or in extreme cases at all, so that R on is increased, especially at low V G.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem u. a. durch Ausnutzung eines selbstjustierten Verfahrens. Dabei wird der Kanal nach der Feldplattenätzung über lokale Epitaxie definiert. Damit kann der Gate-Drain-Überlapp minimiert werden. Ein zusätzlicher Vorteil dieser Lösung ist, dass dieses Konzept eine deutlich höhere Bodydotierung innerhalb des Mesagebietes zulässt, ohne die Einsatzspannung des Transistors zu beeinflussen. Dies kommt der Avalancherobustheit des Bauelements zugute. Der Kanal kann kürzer ausgeführt werden, wodurch eine Reduktion des Ron erreicht wird. Des Weiteren wird der G/S-Überlapp durch die teilweise Entfernung des Poly-S-Stöpsels reduziert.The present invention solves the problem, inter alia, by utilizing a self-aligned method. The channel is defined after the field plate etching via local epitaxy. Thus, the gate-drain overlap can be minimized. An additional advantage of this solution is that this concept allows a much higher body doping within the mesa area without affecting the threshold voltage of the transistor. This benefits the avalanche robustness of the device. The channel can be made shorter, resulting in a reduction of R on . Furthermore, the G / S overlap is reduced by the partial removal of the poly-S plug.
Eine Zielsetzung der Erfindung umfasst im Wesentlichen zwei Punkte:
- (1) selbstjustierter Gate/Drain-Überlapp über lokale Epitaxie → Minimierung der Gate-Drain-Kapazität CGD, Gate-Source Kapazität CGS;
- (2) Modifikation bzw. Optimierung des Bodyprofils durch Ausnutzung zweier separater Prozessschritte (Body Implantation vor der Trenchätzung, Kanal über Epitaxie).
- (1) self-aligned gate / drain over local epitaxy → minimization of gate-drain capacitance CGD, gate-source capacitance CGS;
- (2) modification or optimization of the body profile by utilizing two separate process steps (body implantation before trench etching, channel via epitaxy).
Prozessfluss zur Herstellung des selbstjustierten Gate-Drain-Überlapps:
- • Body-Implantation (und evtl. Diffusion);
- • Trench mit Feldplatte ausbilden;
- • Nach der Feldplattenätzung – isotrope Si-Rückätzung (dabei teilweise Entfernung des POLY-S-Stöpsels);
- • Epitaktisches Aufwachsen der Kanaldotierschicht;
- • Gateoxidation;
- • Ausbilden des GatePOLY;
- • Rückätzen des GatePOLY;
- • Zwischenoxid aufbringen (Interlayer Dielektric – ILD);
- • Source-Metallisierung.
- • Body implantation (and possibly diffusion);
- • form trench with field plate;
- • After field plate etching - isotropic Si etchback (with partial removal of the POLY-S plug);
- Epitaxial growth of the channel dopant layer;
- • gate oxidation;
- Forming the GatePOLY;
- • back etching of the GatePOLY;
- • Apply intermediate oxide (Interlayer Dielectric - ILD);
- • Source metallization.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird die isotrope Rückätzung weggelassen. Der Vorteil dabei ist, dass im oberen Bereich mehr Platz für die Kontaktierung zur Verfügung steht als im Stand der Technik und daher ein kleineres Zellraster realisiert werden kann. Der geringere Platzbedarf ergibt sich insbesondere, da dass neue Halbleitermaterial, das mittels Epitaxie ausgebildet wird, auf dem bestehenden Gebiet bzw. Material aufwächst.at a further embodiment the isotropic etchback is omitted. The advantage here is that in the upper area more space for contacting to disposal is as in the prior art and therefore a smaller cell grid can be realized. The smaller space requirement arises in particular since that new semiconductor material, formed by epitaxy will grow up in the existing field or material.
Die epitaktisch aufgewachsene p-Kanaldotierung ist im wesentlichen nieriger dotiert als das Bodygebiet, zumindest niedriger als die maximale Bodydotierung direkt neben dem Kanalbereich.The epitaxially grown p-channel doping is substantially less endowed as the body area, at least lower than the maximum Bodydotierung directly next to the canal area.
Das
Kanalgebiet reicht tiefer als das Bodygebiet. würde der Body, das heißt der Bereich,
der in
- 11
- Trenchtransistortrench transistor
- 2020
- HalbleitermaterialSemiconductor material
- 20a20a
- Halbleiteroberfläche, HalbleiteroberflächenbereichSemiconductor surface, semiconductor surface area
- 20n20 n
- aufgewachsenes Halbleitermaterial grown Semiconductor material
- 20u20u
- nach unten weisende Seitenfläche des aufgewachsenento bottom facing side surface of the grown up
-
Halbleitermaterials
20n an den Trenchseitenwänden30w Semiconductor material20n on the trench side walls30w - 3030
- Trench, Grabentrench, dig
- 30b30b
- TrenchbodenbereichTrench bottom area
- 30o30o
- oberer Trenchbereichupper trench area
- 30u30u
- unterer Trenchbereichlower trench area
- 30w30w
- TrenchseitenwandTrench sidewall
- 4040
- Füllungfilling
- 40n40n
- zweites bzw. aufgewachsenes Feldelektrodenteilsecond or grown field electrode part
- 40o40o
- erstes Feldelektrodenteilfirst Field electrode part
- 5050
- weitere FüllungFurther filling
- 6060
- Dotierungsbereich mit n++-DotierungDoping region with n ++ doping
- 7070
- weiterer Dotierungsbereich mit n++-Dotierungfurther doping region with n ++ doping
- 8080
- dritter Dotierungsbereichthird doping region
- 80u80u
-
untere
Fläche
des dritten Dotierungsbereich
80 lower surface of the third doping region80 - 8181
- Abstand der unteren Fläche des drittendistance the lower surface of the third
-
Dotierungsbereichs
80 vom Oberflächenbereich20a dopant region80 from the surface area20a - 9090
- vierter Dotierungsbereichfourth doping region
- DD
-
Drain
bzw. Drainbereich des Trenchtransistors
1 Drain or drain region of the trench transistor1 - DOXDOX
- Dickoxidschicht, erste Schichtthick oxide layer, first shift
- FF
- Feldelektrodefield electrode
- FOXFOX
- Feldplattefield plate
- GG
- Gateelektrodegate electrode
- GOXGOX
- Gateoxidschichtgate oxide layer
- H-80H-80
-
Abstand
der unteren Fläche
80u des drittenDistance of the lower surface80u of the third - Dotierungsbereichs vom Trenchbodenbereichdopant region from the trench floor area
- KK
- Kanalbereich, KanalChannel region channel
- Kwkw
- Bodenbereich Kw des Kanalsfloor area Kw of the canal
- POLYPOLY
- Polysiliziumpolysilicon
- UU
- HalbleiterunterseiteSemiconductor side
Claims (21)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102004024661A DE102004024661B4 (en) | 2004-05-18 | 2004-05-18 | Trench transistor manufacturing method, by back-forming layer in upper trench region, and semiconductor material on side walls of trench before forming new semiconductor material on side walls |
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DE10210138A1 (en) * | 2002-03-07 | 2003-10-02 | Infineon Technologies Ag | Production of a semiconductor component controlled by field effect comprises preparing a semiconductor body having a trench, covering the walls and the base of the trench with an insulating layer, then further processing |
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- 2004-05-18 DE DE102004024661A patent/DE102004024661B4/en not_active Expired - Fee Related
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