DE102004036509B4 - Method for producing a trench transistor - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Trenchtransistors, bei dem ausgehend von einem Halbleiterkörper (1), in dem mehrere, durch Mesagebiete (4) voneinander getrennte Trenches (2, 3) vorgesehen sind, die folgenden Schritten vorgenommen werden:
– ganzflächiges Abscheiden einer Gateisolationsschicht (11), die den Mesagebieten (4) zugehörige Oberflächenanteile des Halbleiterkörpers (1) und Innenwände der Trenches (2, 3) bedeckt, auf den Halbleiterkörper (1),
– Abscheiden einer Polysiliziumschicht (8) auf der Gateisolationsschicht (11),
– Rückätzen der Polysiliziumschicht (8), und
– Thermisches Aufoxidieren des oberen Teils der Polysiliziumschicht (8) unter Verwendung der Gateisolationsschicht (11) als Oxidationsbarriere, um eine thermische Oxidation der Mesagebiete (4) zu vermeiden, wobei die Rückätztiefe und das Ausmaß der Aufoxidation so aufeinander abgestimmt werden, dass innerhalb der Trenches (2, 3) verbleibendes Polysilizium durch den aufoxidierten Teil der Polysiliziumschicht (8) gegenüber einer aufzubringenden Kontaktierungsschicht ausreichend isoliert wird.Method for producing a trench transistor in which, starting from a semiconductor body (1) in which a plurality of trenches (2, 3) separated from each other by mesa regions (4) are provided, the following steps are carried out:
- Whole-surface deposition of a gate insulating layer (11), the mesa regions (4) associated surface portions of the semiconductor body (1) and inner walls of the trenches (2, 3) covered on the semiconductor body (1),
Depositing a polysilicon layer (8) on the gate insulation layer (11),
- Etching the polysilicon layer (8), and
- Thermal oxidation of the upper part of the polysilicon layer (8) using the gate insulation layer (11) as an oxidation barrier to avoid thermal oxidation of the Mesagebiete (4), wherein the etch depth and the extent of the oxidation are coordinated so that within the Trenches (2, 3) remaining polysilicon is sufficiently isolated by the aufoxidierten part of the polysilicon layer (8) relative to a contact layer to be applied.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Trenchtransistors aus einem Halbleiterkörper, in dem mehrere, wenigstens teilweise mit Feldisolationsschichten ausgekleidete, durch Mesagebiete voneinander getrennte Trenches vorgesehen sind.The The invention relates to a method for producing a trench transistor from a semiconductor body, in which several, at least partially with field insulation layers lined trenches separated by mesas are provided.
Ein grundlegendes Problem bei der Herstellung von Trenchtransistoren ist, Gateelektroden so innerhalb der Zellenfeldtrenches auszubilden, dass die Ausmaße bzw. die Positionierungen der Gateelektroden relativ zu den Zellenfeldtrenches innerhalb des gesamten Transistors möglichst homogen ausfallen. Prozessstreuungen treten insbesondere bei der Herstellung von Trenchtransistoren mit Dense-Trench-Architektur (Transistoren mit geringem Abstand zwischen den Zellenfeldtrenches) auf, da die ”Trench Open Area” (der Oberflächenanteil des Halbleiterkörpers, der beim Ätzen der Trenches freiliegt, d. h. geätzt wird) bei derartigen Transistoren relativ groß ist. Zellenfeldbereiche sowie Randbereiche des Trenchtransistors sind hiervon gleichermaßen betroffen.One fundamental problem in the production of trench transistors is to form gate electrodes so within the cell field trenches, that the dimensions or the positioning of the gate electrodes relative to the cell field trenches within the entire transistor as homogeneous as possible. Process variations occur in particular in the production of trench transistors with dense-trench architecture (transistors at close range between the cell field trenches), since the "Trench Open Area" (the surface portion of the The semiconductor body, when etching the trenches are exposed, d. H. etched is) is relatively large in such transistors. Cell field areas as well Edge regions of the trench transistor are affected equally.
Im
Folgenden soll unter Bezugnahme auf
Durch
den anschließenden
Rückätzprozess wird
die Kante
Die
tief liegenden Oberkanten der Polysiliziumblöcke innerhalb der Zellenfeldtrenches
Die
tief liegenden Oberkanten resultieren auch daher, dass die Polysiliziumschicht
Im
einzelnen ist aus der
Weiterhin
ist aus der
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, ein Verfahren zum Herstellen eines Trenchtransistors anzugeben, in dem die oben beschriebenen Nachteile weitgehend vermieden werden, d. h., in dem fertigungstechnische Prozessstreuungen möglichst gering ausfallen.The The object underlying the invention is a method for manufacturing of a trench transistor in which the above-described Disadvantages are largely avoided, d. h., in the production engineering Process differences possible to be low.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines Trenchtransistors gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden sich in den Unteransprüchen.This object is achieved by a method for producing a trench transistor according to claim 1. Advantageous Excellent Staltungen or developments of the inventive concept can be found in the subclaims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Trenchtransistors aus einem Halbleiterkörper, in dem mehrere durch Mesagebiete voneinander getrennte Trenches vorgesehen sind, weist also die folgenden Schritte auf:
- – ganzflächiges Abscheiden einer Gateisolationsschicht, die wenigstens teilweise als Oxidationsbarriere fungiert und die Mesagebieten zugehörige Oberflächenanteile eines Halbleiterkörpers und Innenwände von Trenches bedeckt, auf den Halbleiterkörper,
- – Abscheiden einer Polysiliziumschicht auf der Gateisolationsschicht,
- – Rückätzen der Polysiliziumschicht, und
- – thermisches Aufoxidieren des oberen Teils der Polysiliziumschicht unter Verwendung der
- - Whole-area deposition of a gate insulating layer, which acts at least partially as an oxidation barrier and the Mesagebieten associated surface portions of a semiconductor body and inner walls of trenches, on the semiconductor body,
- Depositing a polysilicon layer on the gate insulation layer,
- - Etching the polysilicon layer, and
- - thermal oxidation of the upper part of the polysilicon layer using the
Gateisolationsschicht als Oxidationsbarriere, um eine thermische Oxidation der Mesagebiete zu vermeiden, wobei die Rückätztiefe und das Ausmaß der Aufoxidation so aufeinander abgestimmt werden, dass innerhalb der Trenches verbleibendes Polysilizium durch den aufoxidierten Teil der Polysiliziumschicht gegenüber einer aufzubringenden Kontaktierungsschicht ausreichend isoliert wird.Gate insulation layer as an oxidation barrier to a thermal oxidation of Mesagebiete to avoid, with the re-etching depth and the extent of Oxidation are coordinated so that within the Trenches remaining polysilicon through the aufoxidierten part the polysilicon layer opposite sufficiently isolated to be applied contacting layer becomes.
Um die Oxidationsbarrieren-Funktion der Gateisolationsschicht zu gewährleisten, kann beispielsweise das Material beziehungsweise Teile des Materials der Gateisolationsschicht ganz oder teilweise sauerstoffundurchlässig ausgestaltet sein. Vorzugsweise wird die Sauerstoffdurchlässigkeit der Gateisolationsschicht über einen Nitridanteil der Gateisolationsschicht gesteuert.Around to ensure the oxidation barrier function of the gate insulation layer, For example, the material or parts of the material the gate insulation layer wholly or partially oxygen impermeable designed be. Preferably, the oxygen permeability of the gate insulation layer is over a Controlled nitride portion of the gate insulation layer.
Unter ”Gateisolationsschicht” kann insbesondere auch eine Schichtstruktur verstanden werden. Die Gateisolationsschicht kann beispielsweise aus einer Schichtstruktur bestehen, die eine erste Oxidschicht, eine auf der ersten Oxidschicht angeordnete Nitridschicht und eine auf der Nitridschicht angeordnete zweite Oxidschicht aufweist. Alternativ hierzu kann die Gateisolationsschicht aus einer nitridierten Oxidschicht oder aus einem Oxidnitrid bestehen.In particular, under "gate insulation layer" also be understood a layer structure. The gate insulation layer can for example consist of a layer structure, the one first oxide layer, a nitride layer disposed on the first oxide layer and a second oxide layer disposed on the nitride layer. Alternatively, the gate insulating layer may be nitrided Oxide layer or consist of an oxide nitride.
Weiterhin ist es möglich, die Gateisolationsschicht aus einer Oxidschicht und einer auf der Oxidschicht angeordneten Titansilizidschicht zusammenzusetzen. Ferner kann die Gateisolationsschicht aus einer Schichtstruktur bestehen, die eine Oxidschicht, eine auf der Oxidschicht angeordnete Polysiliziumschicht und eine auf der Polysiliziumschicht angeordnete Nitridschicht aufweist.Farther Is it possible, the gate insulation layer of an oxide layer and one on the Composite oxide layer arranged Titansilizidschicht. Further the gate insulation layer can consist of a layer structure, an oxide layer, a polysilicon layer disposed on the oxide layer and a nitride layer disposed on the polysilicon layer.
Die Rückätztiefe des Polysiliziums, das heißt die Tiefe, auf die die Polysiliziumschicht innerhalb der Trenches, insbesondere der Zellenfeldtrenches, zurückgeätzt wird, liegt vorzugsweise knapp unterhalb der Oberkanten der Mesagebiete.The Rückätztiefe of the polysilicon, that is the Depth to which the polysilicon layer within the trenches, in particular the cell field trench, is etched back is preferably just below the upper edges of the Mesagebiete.
Nach Rückätzen des Polysiliziums wird in einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Planarisierungsschritt durchgeführt, in dem alle Schichten auf dem Halbleiterkörper abgetragen werden, die oberhalb der Höhe der Oberkanten der Mesagebiete liegen. Nach dem Planarisierungsschritt werden Source-/Bodygebiete in den Mesagebieten ausgebildet. Innerhalb von Randtrenches vorhandenes, aufoxidiertes Polysilizium wird entfernt. Schließlich werden auf dem Halbleiterkörper eine strukturierte Isolationsschicht, und auf der strukturierten Isolationsschicht eine Kontaktierungsschicht aufgebracht.To Refetions of the Polysilicon is in a first embodiment of the method according to the invention a planarization step is performed in which all layers on the semiconductor body be removed, which are above the height of the upper edges of Mesagebiete lie. After the planarization step become source / body areas Trained in the Mesagebieten. Within border trenches available, Oxidized polysilicon is removed. Finally, on the semiconductor body a structured insulation layer, and on the structured insulation layer applied a contacting layer.
In einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden bereits nach dem Aufoxidieren des oberen Teils der Polysiliziumschicht Source-/Bodygebiete in den Mesagebieten ausgebildet. Nach Ausbilden der Source-/Bodygebiete werden freiliegende Teile der Gateisolationsschicht entfernt. Nun wird innerhalb bzw. oberhalb der Randtrenches vorhandenes aufoxidiertes Polysilizium entfernt und schließlich auf dem Halbleiterkörper eine strukturierte Kontaktierungsschicht aufgebracht.In a second embodiment the method according to the invention Already after the oxidation of the upper part of the polysilicon layer source / body areas Trained in the Mesagebieten. After forming the source / body areas Exposed portions of the gate insulation layer are removed. Now is oxidized within or above the marginal trenches Polysilicon removed and finally on the semiconductor body a structured Contacting layer applied.
Vor Abscheiden der Gateisolationsschicht auf den Halbleiterkörper können die Innenwände der Trenches wenigstens teilweise mit Feldisolationsschichten ausgekleidet werden.In front Depositing the gate insulating layer on the semiconductor body, the interior walls the trenches are at least partially lined with field insulation layers become.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures exemplary embodiment explained in more detail. It demonstrate:
In den Zeichnungen sind identische bzw. einander entsprechende Teile/Bereiche mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Sämtliche Ausführungsformen können invers dotiert sein, das heißt p- und n-Gebiete können miteinander vertauscht werden.In the drawings are identical or corresponding parts / areas marked with the same reference numerals. All embodiments can be inversely doped, that is p and n areas can be interchanged with each other.
Im
Folgenden soll unter Bezugnahme auf die
Ausgangspunkt
in dieser Ausführungsform ist
ein Halbleiterkörper
Nun
wird, wie in
Nun
wird, wie in
Nach
Abscheiden der Polysiliziumschicht
Im
folgenden Prozessschritt wird, wie in
Nun
wird, wie in
Nun
werden, wie in
Anschließend wird,
wie in
Anschließend wird,
wie in
In
der folgenden Beschreibung soll unter Bezugnahme auf die
Ausgangspunkt
ist die in
Nun
werden, ausgehend von dem in
Anschließend wird,
wie in
In der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens findet also kein Planarisierungsprozess statt.In the second embodiment the production process according to the invention So there is no planarization process.
In
beiden Ausführungsformen
ist die Ätztiefe beim
Rückätzen der
Polysiliziumschicht
In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte der Erfindung erläutert werden.In The following description is intended to cover further aspects of the invention explained become.
Erfindungsgemäß wird anstelle einer tiefen Polysilizium-Recessätzung und einer nachfolgenden Abscheidung von Isolationsmaterial (TEOS-Abscheidung) eine flache Polysilizium-Recessätzung mit nachfolgender Oxidation des Polysiliziums eingesetzt. Während des Oxidationsprozesses müssen freiliegende Teile der Mesagebiete durch geeignete Schutzschichten bedeckt sein, damit keine Aufoxidation der Mesagebiete erfolgt. Um dies zu erreichen, wird die Gateisolationsschicht (üblicherweise ein Gateoxid) durch ein isolierendes Material ersetzt, das oxidationsbeständig ist. Beispielsweise wird eine Schichtstruktur aus zwei Oxidschichten und einer dazwischen gelagerten Nitridschicht verwendet. Während des Oxidationsprozesses dient die Nitridschicht zwischen den Oxidationsschichten als Oxidationsbarriere.According to the invention, instead of a deep Polysilizium Recessätzung and a subsequent deposition of insulating material (TEOS deposition) a flat polysilicon Recessätzung followed by oxidation of the polysilicon used. During the oxidation process, exposed parts of the mesa areas must be covered by suitable protective layers to prevent oxidation of the mesa areas. To achieve this, the gate insulation layer (usually a gate oxide) is replaced by an insulating material that is resistant to oxidation. For example, a layered structure of two oxide layers and a nitride layer interposed therebetween is used. During the oxidation process, the nitride layer between the oxidation layers serves as an oxidation barrier.
Grundsätzlich sind zwei Varianten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens möglich. In der ersten Variante erfolgt ein Planarisierungsprozess, beispielsweise mittels eines CMP-Prozesses, womit Prozessschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, die dem Planarisierungsschritt folgen, aus bekannten Herstellungsverfahren weitgehend übernommen werden können. In der zweiten Variante wird der Planarisierungsschritt weggelassen, aufoxidiertes Polysilizium und darunter liegendes Dickoxid (Feldisolationsschicht) wird im Chiprand nicht entfernt.Basically two variants of the production process according to the invention possible. In the first variant, a planarization process takes place, for example by means of a CMP process, with which Process steps of the manufacturing process according to the invention, which follow the planarization step, from known manufacturing processes largely taken over can be. In the second variant, the planarization step is omitted, Oxidized polysilicon and underlying thick oxide (field insulation layer) is not removed in the chip edge.
Da das Rückätzen des Polysiliziums flacher und schwankungsunanfälliger durchgeführt werden kann, können mehrere Hochenergieimplantationen eingespart werden. In der zweiten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens können des Weiteren die Kosten des Planarisierungsschritts eingespart werden. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass Streuungen, die durch den Planarisierungsprozess selbst bewirkt werden, vermieden werden können, was zur Steigerung der Prozessstabilität beiträgt. Vorteilhaft ist auch, das ein separates Abscheiden von BPSG (Bor-Phosphor-Silizium-Glas) (Trenchfeldoxid bleibt im Chiprand stehen) entfällt. Auch kann ein normalerweise zum Ausbilden eines Polysiliziumplugs im Randbereich (Kontaktierung der Elektrode im Randtrench) notwendiger Rückätzprozess entfallen, da zum Ausbilden des dazu notwendigen Kontaktlochs nur das aufoxidierte Polysilizium durchstoßen werden muss.There the re-etching of the Polysilicon can be made flatter and less susceptible to fluctuations can several high-energy implantations are saved. In the second embodiments the production process according to the invention can Furthermore, the costs of the planarization step can be saved. Another advantage of this embodiment is that scatters caused by the planarization process itself can be avoided, which helps increase the process stability contributes. It is also advantageous that a separate separation of BPSG (boro-phosphorous-silicon-glass) (Trenchfeldoxid remains in the chip margin) is omitted. Also, one can normally be used to form a polysilicon plug in the edge area (contacting the electrode in the edge trench) necessary etch-back process omitted, since to form the necessary contact hole only the oxidized polysilicon must be pierced.
Besteht die Gateisolationsschicht aus einer Schichtstruktur, die zwei Oxidschichten und eine dazwischen angeordnete Nitridschicht aufweist, so betragen in einer bevorzugten Ausführungsform die Dicke der ersten Oxidschicht 40 nm, die Dicke der Nitridschicht 5 nm und die Dicke der zweiten Oxidschicht 10 nm.Consists the gate insulation layer of a layer structure, the two oxide layers and having a nitride layer interposed therebetween in a preferred embodiment the thickness of the first oxide layer is 40 nm, the thickness of the nitride layer 5 nm and the thickness of the second oxide layer 10 nm.
Die Dicke der durch Aufoxidation des Polysiliziums entstehenden Isolationsschichten beträgt in den Zellenfeldtrenches typischerweise 200 bis 300 nm. Es sollte darauf geachtet werden, dass im Randbereich des Trenchtransistors das Polysilizium vollständig aufoxidiert wird, so dass sich eine durchgängige Oxidschicht im Chiprand bildet. Dies ist vorteilhaft, damit es nicht zu Kurzschlüssen zwischen dem Polysilizium und der Sourcemetallisierung bzw. eines Drainbereichs im Chiprand kommt.The Thickness of the insulation layers resulting from oxidation of the polysilicon is in the cell field trenches typically 200 to 300 nm. It should Care should be taken that in the edge region of the trench transistor the polysilicon completely is oxidized, leaving a continuous oxide layer in the chip edge forms. This is beneficial so it does not cause short circuits between the polysilicon and the source metalization or drain region comes in the chip edge.
Wie
in
Die Erfindung lässt sich insbesondere auf Trenchtransistoren mit Densse-Trench-Architektur anwenden.The Invention leaves to apply in particular to Trench transistors with Densse-Trench architecture.
- 11
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 22
- ZellenfeldtrenchCell array trench
- 33
- Randtrenchedge trench
- 44
- Mesagebietmesa region
- 55
- FeldisolationsschichtField insulating layer
- 66
- GateisolationsschichtGate insulation layer
- 77
- Kanteedge
- 88th
- Polysiliziumschichtpolysilicon layer
- 99
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1010
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1111
- GateisolationsschichtGate insulation layer
- 1212
- Polysiliziumschichtpolysilicon layer
- 1313
- Polysiliziumblockpolysilicon block
- 1414
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1515
- Freiraumfree space
- 1616
- Isolationsschichtinsulation layer
- 1717
- Kontaktierungsschichtcontacting
- 2020
- Sourcegebietsource region
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- BodygebietBody area
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