DE102005041879A1 - Fabrication method for IGBT, has insulation layer between body-zone and drift zone - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines IGBT mit einer Body-Zone und einer Driftzone, zwischen denen abschnittsweise eine Isolationsschicht angeordnet ist.The The present invention relates to a process for producing a IGBT with a body zone and a drift zone, between which a section Insulation layer is arranged.
Derartige
IGBT, die auch als SOI-IGBT bezeichnet werden, sind beispielsweise
in der
Bei einem IGBT sind neben der Body-Zone und der Driftzone in bekannter Weise eine Source-Zone und eine Drain-Zone vorhanden, von denen die Body-Zone zwischen der Source-Zone und der Driftzone und die Driftzone zwischen der Body-Zone und der Drain-Zone angeordnet ist. Die Source-Zone und die Driftzone sind bei einem IGBT üblicherweise n-dotiert und werden auch als n-Emitter und n-Basis bezeichnet, während die Body-Zone und die Drain-Zone üblicherweise p-dotiert sind und als p-Basis und p-Emitter bezeichnet werden. Benachbart zu der Body-Zone ist eine Gate-Elektrode angeordnet, die dielektrisch gegenüber den Halbleiterzonen isoliert ist und die zur Steuerung eines leitenden Inversionskanals in der Body-Zone zwischen der Source-Zone und der Driftzone dient. Bei leitend angesteuertem Bauelement fließen Elektronen von der Source-Zone über den Inversionskanal in der Body-Zone und die Driftzone zur Drain-Zone, während Löcher von der Drain-Zone über die Driftzone an die Body-Zone fließen, die mit der Source-Zone kurzgeschlossen ist.at an IGBT are in addition to the body zone and the drift zone in known There is a source zone and a drain zone, of which the Body zone between the source zone and the drift zone and the drift zone is arranged between the body zone and the drain zone. The source zone and the drift zones are usually n-doped in an IGBT and are also referred to as n-emitter and n-base while the Body zone and the drain zone usually p-doped and as p-base and p-emitter. Adjacent to the body zone is a gate electrode disposed in dielectric opposition to Semiconductor zones is isolated and used to control a conductive Inversion channels in the body zone between the source zone and the Drift zone is used. In the case of a conductive component, electrons flow from the source zone over the Inversion channel in the body zone and the drift zone to the drain zone, while holes from the drain zone over the drift zone will flow to the body zone, which will be shorted to the source zone is.
Die abschnittsweise zwischen der Body-Zone und der Driftzone angeordnete Isolationsschicht dient zur "Lenkung" des Löcherstromes und ist so angeordnet, dass die Löcher überwiegend im Bereich des Inversionskanals in die Body-Zone eintreten. Die se Löcher sorgen in der Driftzone für eine höhere Leitfähigkeit des Bauelements.The arranged in sections between the body zone and the drift zone Insulation layer serves to "steer" the hole current and is arranged so that the holes predominantly in the region of the inversion channel enter the body zone. The se holes provide in the drift zone for one higher conductivity of the component.
Diese Isolationsschicht, die vergraben in dem Halbleiterkörper angeordnet ist, in dem die Bauelementzonen ausgebildet sind, ist bislang allerdings nur sehr aufwendig zu realisieren.These Insulation layer buried in the semiconductor body arranged is, in which the component zones are formed, but so far only very complex to realize.
Eine Möglichkeit zur Herstellung dieser Isolationsschicht ist das sogenannte SIMOX-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird zunächst Sauerstoff an die gewünschte Position der Isolationsschicht in den Halbleiterkörper implantiert. An dieses Implantationsverfahren schließt sich ein Temperaturschritt an, um vergraben in dem Halbleiterkörper eine Halbleiteroxidschicht als Isolationsschicht zu erzeugen, und um Bestrahlungsschäden in der darüber liegenden Halbleiterschicht auszuheilen.A possibility for the preparation of this insulating layer is the so-called SIMOX process. at this procedure is first Oxygen to the desired Position of the insulating layer implanted in the semiconductor body. This implantation process is followed by a temperature step to bury a semiconductor oxide layer in the semiconductor body as an insulating layer, and to irradiation damage in the about that Heal lying semiconductor layer.
Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung einer vergrabenen Isolationsschicht
besteht bezugnehmend auf die
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines IGBT mit einer abschnittsweise zwischen ei ner Driftzone und einer Body-Zone angeordneten Isolationsschicht zur Verfügung zu stellen, das einfach realisierbar ist und das die zuvor genannten Nachteile nicht aufweist. Ziel der Erfindung ist es außerdem einen mittels dieses Verfahrens hergestellten IGBT zur Verfügung zu stellen.aim The present invention is a process for the preparation an IGBT with a section between a drift zone and a body layer arranged isolation layer available which is easily realizable and which are the ones mentioned above Disadvantages not. The aim of the invention is also a IGBT produced by this method put.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines IGBT sieht vor, einen Halbleiterkörper zur Verfügung zu stellen, der abschnittsweise die spätere Driftzone des Bauelements bildet und der eine erste und eine zweite Seite aufweist. Auf die erste Seite des Halbleiterkörpers wird dann eine Isolationsschicht mit einer Schichtdicke von weniger als 50nm hergestellt, die anschließend derart strukturiert wird, dass sie abschnittsweise von der ersten Seite entfernt wird und dass wenigstens ein Abschnitt der Isolationsschicht verbleibt.The inventive method for producing an IGBT provides a semiconductor body for disposal to provide, in sections, the later drift zone of the device forms and which has a first and a second side. On the first side of the semiconductor body becomes an insulating layer with a layer thickness of less manufactured as 50nm, which is then structured in such a way that it is partially removed from the first page and that at least a portion of the insulating layer remains.
Auf freiliegende Bereiche der ersten Seite des Halbleiterkörpers und den wenigstens einen Abschnitt der Isolationsschicht wird mittels eines Epitaxieverfahrens dann eine Halbleiterschicht abgeschieden, die einkristallin auf freiliegende Bereiche der ersten Seite des Halbleiterkörpers und den Abschnitt der Isolationsschicht aufwächst. Diesem Vorgehen liegt die Erkenntnis zugrunde, dass mittels eines Epitaxieverfahrens ohne zusätzliche Maßnahmen eine einkristalline Halbleiterschicht auf einer dünnen Isolationsschicht, also einer Isolationsschicht mit Schichtdicken von weniger als 50nm, hergestellt werden kann, wenn die Isolationsschicht in lateraler Richtung begrenzt ist, wenn diese also Ränder aufweist, an denen sie an ein einkristallines Halbleitermaterial angrenzt.On exposed portions of the first side of the semiconductor body and the at least a portion of the insulating layer is by means of an epitaxial process then deposited a semiconductor layer, the monocrystalline on exposed areas of the first side of the Semiconductor body and grows up the portion of the insulation layer. This procedure is based on the knowledge that by means of an epitaxy without additional activities a monocrystalline semiconductor layer on a thin insulating layer, So an insulation layer with layer thicknesses of less than 50nm, can be made when the insulation layer in the lateral direction is limited, so if these edges in which they are attached to a monocrystalline semiconductor material borders.
Der Erfindung liegt außerdem die Erkenntnis zugrunde, dass bei sogenannten SOI-IGBT bereits sehr dünne Isolationsschichten zwischen der Driftzone und der Body-Zone ausreichend sind, um den Löcherstrom geeignet zu lenken. Die Dicke dieser Isolationsschicht, die bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial beispielsweise aus Siliziumoxid besteht, be trägt vorzugsweise weniger als 20nm und kann eine Spannungsfestigkeit besitzen, die wenigen als 1V beträgt, da die Spannungsbelastung in dem Bereich des Bauelements, indem diese Isolationsschicht zwischen der Driftzone und der Body-Zone angeordnet ist, sehr gering ist.Of the Invention is also the realization that so-called SOI-IGBT already very much thin insulation layers between the drift zone and the body zone are sufficient to the hole current suitable to steer. The thickness of this insulating layer, at Use of silicon as a semiconductor material, for example Silica exists, be wearing preferably less than 20nm and can withstand voltage own, which is less than 1V, since the voltage load in the area of the device, placing this insulation layer between the drift zone and the body zone is very small.
Nach Abscheiden der einkristallinen Halbleiterschicht auf die freiliegenden Bereiche des Halbleiterkörpers und die in lateraler Richtung begrenzte Isolationsschicht schließen sich weitere Verfahrensschritte zur Herstellung der Body-Zone, und einer komplementär zu der Body-Zone dotierten Source-Zone in der Halbleiterschicht an. Des Weiteren wird eine Gate-Elektrode hergestellt, die benachbart zu der Body-Zone angeordnet ist und die mittels eines Gate-Dielektrikums gegenüber der Body-Zone isoliert ist.To Depositing the single crystal semiconductor layer on the exposed ones Regions of the semiconductor body and the laterally limited insulating layer close Further process steps for the preparation of the body zone, and a complementary to the Body zone doped source zone in the semiconductor layer. Of Further becomes a gate electrode manufactured, which is arranged adjacent to the body zone and isolated by means of a gate dielectric with respect to the body zone is.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl im Zusammenhang mit der Herstellung planarer IGBTs als auch im Zusammenhang mit der Herstellung von Trench-IGBTs. Bei einem planaren IGBT ist die Gate-Elektrode oberhalb der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der einkristallinen Halbleiterschicht angeordnet. Zur Realisierung eines Trench-IGBT wird die Gate-Elektrode in einem Graben hergestellt, der sich ausgehend von der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite in die Halbleiterschicht hinein erstreckt und der in einer lateralen Richtung beabstandet zu der Isolationsschicht angeordnet ist.The inventive method is suitable both in the context of producing planar IGBTs as well as in connection with the production of trench IGBTs. In a planar IGBT, the gate electrode is above the Semiconductor body remote from the monocrystalline semiconductor layer. To realize a trench IGBT, the gate electrode is in one Trench produced, which faces away from the semiconductor body Side extends into the semiconductor layer and in one lateral direction spaced from the insulating layer is.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The The present invention will be explained in more detail below with reference to figures.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.In denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals same component areas with the same meaning.
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
das zur Herstellung eines planaren IGBT dient, wird nachfolgend
anhand von
Den
Ausgangspunkt des Herstellungsverfahrens bildet bezugnehmend auf
Alternativ
besteht die Möglichkeit,
einen Halbleiterkörper
Für die weiteren
Erläuterungen
wird zunächst
davon ausgegangen, dass der Halbleiterkörper
Bezugnehmend
auf
Diese
Isolationsschicht
Bezugnehmend
auf
Der
Schichtstapel mit der Dielektrikumsschicht
Optional
erfolgt die Herstellung der Body-Zone derart, dass auch unterhalb
des Isolationsschichtabschnittes
Die
Herstellung der Body-Zone
Ein
sich in lateraler Richtung der Halbleiterschicht
Sofern
der Halbleiterkörper
Bei
einem Halbleiterkörper
Die
Driftzone des IGBT wird durch den Abschnitt
Optional
besteht außerdem
die Möglichkeit, zwischen
der Drain-Zone
Die
Halbleiterzonen des ersten Leitungstyps, also die Source-Zone
Die
Die
Gate-Elektroden
Anhand
der
Bezugnehmend
auf
Bezugnehmend
auf
Der
Halbleiterkörper
Die
benachbart zu Seitenwänden
des Grabens angeordneten Abschnitte
Die
Struktur des Bauelements im Bereich der Rückseite des Halbleiterkörpers
Optional
besteht die Möglichkeit
in bereits erläuterter
Weise eine Feldstoppzone
Die
Driftzone
Selbstverständlich besteht
bezugnehmend auf
- dd
- Schichtdicke der Isolationsschichtlayer thickness the insulation layer
- 1111
- Abschnitt der Body-Zone, Halbleiterzone des zweiten Leitungstypssection the body zone, semiconductor zone of the second conductivity type
- 1212
- Drain-Zone, HalbleiterschichtDrain region, Semiconductor layer
- 1313
- FeldstoppzoneField stop zone
- 1414
- Driftzonen, HalbleiterschichtDrift zones, Semiconductor layer
- 2020
- IsolationsschichtabschnittInsulation layer section
- 2121
- Rand des Isolationsschnittabschnittesedge of the insulation section
- 4141
- Drift-ZoneDrift region
- 4242
- Body-ZoneBody zone
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- Source-ZoneSource zone
- 43'43 '
- Halbleiterzone des ersten LeitungstypsSemiconductor zone of the first conductivity type
- 5151
- Dielektrikumsschicht, Gate-Dielektrikumdielectric layer, Gate dielectric
- 5252
- Elektrodenschicht, Gate-ElektrodeElectrode layer, Gate electrode
- 5353
- Isolationsschichtinsulation layer
- 5555
- Isolationsschichtinsulation layer
- 6161
- Source-ElektrodeSource electrode
- 6161
- Halbleiterzone des zweiten LeitungstypsSemiconductor zone of the second conductivity type
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- HalbleiterkörperSemiconductor body
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- Vorderseite des Halbleiterkörpersfront of the semiconductor body
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- Rückseite des Halbleiterkörpersback of the semiconductor body
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- Isolationsschichtinsulation layer
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- Maskemask
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- HalbleiterschichtSemiconductor layer
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- Vorderseite der Halbleiterschichtfront the semiconductor layer
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-
Graben
der Halbleiterschicht
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DE200510041879 DE102005041879A1 (en) | 2005-09-02 | 2005-09-02 | Fabrication method for IGBT, has insulation layer between body-zone and drift zone |
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---|---|---|---|---|
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DE19741972C1 (en) * | 1997-09-23 | 1998-09-17 | Siemens Ag | Silicon-on-Isolator cells, e.g. for IGBT, MOS controlled thyristor, FET power semiconductor |
-
2005
- 2005-09-02 DE DE200510041879 patent/DE102005041879A1/en not_active Ceased
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8131 | Rejection |