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Die
Erfindung betrifft eine Halbleiterstruktur mit einem eine in/auf
einem Halbleitersubstrat liegende, hochdotierte vergrabene Schicht
durchbrechenden Isolationsgraben sowie einer bis zur vergrabenen
Schicht reichenden niederohmigen Kontaktierung der vergrabenen Schicht.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
dieser Struktur.
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Moderne
integrierte Schaltungen enthalten eine Vielzahl von Schaltungselementen,
die elektrisch voneinander isoliert sind. So ist es bekannt in den
heute gängigen
Smart Power Technologie (SPT)-Produkten, welche die Funktionalität von CMOS-,
Bipolar- und DMOS-Bauteilen in sich vereinigen, unterschiedliche
Schaltungselemente auf einem Halbleiterchip beispielsweise mittels
einer Diffusionsisolierung voneinander elektrisch zu isolieren. Um
eine solche Diffusionsisolierung herzustellen, können beispielsweise durch maskierte
Implantation geeignete Dotierstoffe in den Halbleiter eingebracht werden,
welche durch anschließendes
Tempern elektrisch aktiviert werden. So wird beispielsweise ein
p-dotiertes Dotiergebiet in einem n-dotierten Substrat beziehungsweise
Epischicht erzeugt.
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Neben
der Ausbildung einer Diffusionsisolierung ist auch die Formung von
Isolationgsgräben
bekannt, wobei von der auf einem Halbleitersubstrat angeordneten
Epischicht bis zum Halbleitersubstrat reichende tiefe Gräben ("deep trenches") geätzt werden,
die anschließend
mit einem isolierenden Material (beispielsweise Siliziumdioxid)
verfüllt
werden (siehe F. De Pestel, et al., „Deep Trench Isolation for
a 50 V, 0,35 μm
Based Smart Power Technology",
IEEE 82003, S. 191). Solche Isolationsgräben umrahmen und isolieren
die Halbleiterbauelemente bzw. laterale Bereiche, in denen eine
Mehrzahl von solchen Halbleiterbauelementen beherbergt sind, elektrisch
voneinander.
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Manche
integrierte Schaltungen, wie Bipolar- und DMOS-Transistoren, welche auch in SPT-Produkten
eingesetzt werden, verwenden eine hochdotierte, vergrabene Schicht
("Buried Lager") als Kollektor-
oder Draingebiet. Um einen niederohmigen Kontakt zur vergrabenen
Schicht herzustellen, wird beispielsweise ein bis zur vergrabenen
Schicht reichendes Diffusionsgebiet ("Sinker-Kontakt") erzeugt (siehe
EP 1 353 368 A1 ). Die Herstellung
eines solchen Sinker-Kontakts
kann durch Implantation geeigneter Dotierstoffe und Tempern erfolgen,
wobei das Tempern dazu dient, die Dotierstoffe in die Epischicht
einzutreiben bis diese die vergrabene Schicht erreichen. Zudem werden
die Dotierstoffe durch das Tempern elektrisch aktiviert. Die Dotierstoffe
können
hierbei so gewählt
werden, dass der Sinker-Kontakt eine Dotierung vom gleichen Leitungstyp
wie die vergrabene Schicht hat, während die Dotierung zum Leitungstyp der
Epi-Schicht verschieden
ist, um hierdurch zu erreichen, dass der Sinker-Kontakt gegenüber der
Epischicht elektrisch isoliert ist.
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Nachteilig
beim Herstellen eines konventionellen Sinker-Kontakts zur Kontaktierung einer vergrabenen
Schicht oder einer konventionellen Diffusionsisolierung ist insbesondere
die Tatsache, dass beim Tempern stets eine laterale Ausdiffusion
der Dotierstoffe erfolgt, so dass der Platzbedarf vergleichsweise
hoch ist. Im Zuge einer fortschreitende Miniaturisierung der Halbleiterbauelemente
ist es jedoch notwendig, dass der laterale Abstand zwischen den
Schaltungselementen so weit als möglich verringert wird.
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Aus
DE 10 2004 052 610
A1 (INFINEON TECHNOLOGIES AG, veröffentlicht am 4. Mai 2006) ist
eine Halbleiterstruktur bekannt, die einen Leistungstransistor bildet
und innerhalb wenigstens eines durch eine Epischicht bis in eine
vergrabene Schicht reichenden Grabens einen Kontakt zur vergrabenen Schicht
aufweist, der innerhalb des Grabens von einer Isolierschicht umgeben
ist (vgl.
2 und die Abschnitte
44 bis
47 der
Beschreibung dieser Druckschrift). Der in dieser Druckschrift beschriebene
Graben kann zwar den Kontakt zur vergrabenen Schicht gegenüber der
Epischicht und einem darüber
liegenden Bodybereich sowie auch gegenüber der Bodyschicht gebildeten
Sourcegebieten isolieren, bildet aber keinesfalls einen Isolationsgraben
zur elektrischen Isolierung von Bereichen der Halbleiterstruktur und
der vergrabenen Schicht, da der bekannte Isolationsgraben die vergrabene
Schicht nicht vollständig durchdringt.
Ferner fällt
auf, dass der in dem Isolationsgraben gebildete Kontakt zur vergrabenen Schicht
nahezu vollständig
von Isoliermaterial umgeben ist und nur in seinem unteren Abschnitt
Kontakt zur vergrabenen Schicht hat.
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Aus
DE 10 2004 002 181
A1 (INFINEON TECHNOLOGIES AG, veröffentlicht am 11. August 2005)
ist bei einem integrierten Transistor, der ein Bipolartransistor
oder ein Feldeffekttransistor sein kann, ein Isoliergraben am Rande
einer vergrabenen Schicht gezeigt, der bis in das p-Substrat reicht,
aber keinen Kontakt mit der vergrabenen Schicht herstellt (vgl.
z.B.
5 dieser Druckschrift).
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Es
wäre wünschenswert, über eine
Halbleiterstruktur, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung zu
verfügen,
durch welche ein niederohmiger Kontakt zur Kontaktierung einer vergrabenen
Schicht mit einem geringeren lateralen Platzbedarf als bislang realisiert
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Halbleiterstruktur
bzw. ein Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
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Gemäß einem
ersten Aspekt umfasst eine erfindungsgemäße Halbleiterstruktur: ein
Halbleitersubstrat, eine hochdotierte vergrabene Schicht, die wenigstens
in Teilen des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, eine einkristalline
Halbleiterschicht ("Epischicht"), die auf dem Halbleitersubstrat
und der vergrabenen Schicht angeordnet ist und eine Oberfläche hat,
ein erster Tiefgraben, der einen ersten Isolationsgraben bildet,
der von der Oberfläche
der Epischicht durch die vergrabene Schicht hindurch bis in das
Halbleitersubstrat reicht und zur elektrischen Isolierung von Bereichen
der Halbleiterstruktur und der vergrabenen Schicht mit isolierendem
Material mit Ausnahme einer an einer Randfläche des ersten Tiefgrabens
unmittelbar lateral anschließend
an die vergrabene Schicht gebildeten und von der Oberfläche der
einkristallinen Halbleiterschicht bis zur Höhe der vergrabenen Schicht
oder bis in die vergrabene Schicht reichenden Aussparung im isolierenden
Material vollständig
gefüllt
ist, und einen die Aussparung in dem isolierenden Material ausfüllenden
und von der Oberfläche
der Epischicht bis zur vergrabenen Schicht oder in diese reichenden,
niederohmigen Kontakt, der die vergrabene Schicht kontaktiert.
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Hierdurch
kann in vorteilhafter Weise eine voneinander unabhängige Realisierung
einer Tiefgrabenisolierung und eines niederohmigen Kontakts zur
vergrabenen Schicht in nur einem einzigen Graben erreicht werden,
wodurch im Vergleich zur herkömmlichen
Ausbildung einer Tiefgrabenisolierung und eines außerhalb
der Tiefgrabenisolierung befindlichen Sinker- oder Grabenkontakts
zur elektrischen Kontaktierung der vergrabenen Schicht der hierfür benötigte laterale
Flächenbedarf
verringert wird. Insbesondere kann durch diese Maßnahme in
Hinblick auf eine Miniaturisierung von Halbleiterbauelementen ein
weiteres Zusammenrücken
benachbarter Strukturelemente ermöglicht werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
werden im ersten Isolationsgraben sukzes siv zwei Schichten aus isolierendem
Material geformt, wobei als erste Schicht aus isolierendem. Material
eine thermische Oxidschicht (konform) aufgewachsen wird, gefolgt von
dem (konformen) Abscheiden einer zweiten Schicht aus isolierendem
Oxid. Bevorzugt besteht die zweite Schicht aus TEOS.
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Bei
einer vorteilhaften alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur werden
im ersten Isolationsgraben sukzessiv zwei Schichten aus isolierendem
Material geformt, wobei zunächst
eine erste Schicht aus isolierendem Oxid, bevorzugt aus TEOS (Tetraethylorthosilikat),
konform abgeschieden wird, gefolgt von dem (konformen) Abscheiden
einer zweiten Schicht aus isolierendem Oxid, bevorzugt aus TEOS.
Diese Ausgestaltung hat gegenüber
obiger Ausgestaltung den Vorteil, dass im ersten Isolationsgraben
aufgrund der fehlenden Herstellung der thermischen Oxidschicht weniger
Stress erzeugt wird. Andererseits können durch die thermische Oxidschicht
höhere
Durchbruchsspannungen realisiert werden.
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Bei
einer in prozesstechnischer Hinsicht vorteilhaften Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
ist der niederohmige Kontakt zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht
an einer oder beiden Grabenwänden
entlang der Grabenlänge
der Isolationsgrabens geformt.
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Die
erfindungsgemäße Halbleiterstruktur kann
optional wenigstens einen weiteren, mit isolierendem Material gefüllten, zweiten
Tiefgraben zur Formung eines zweiten Isolationsgrabens zur elektrischen
Isolierung von Bereichen der Halbleiterstruktur umfassen, wobei
der zweite Tiefgraben von einer Oberfläche der Epischicht bis in das
Halbleitersubstrat reicht und die vergrabene Schicht elektrisch
isoliert. Der zweite Isolationsgraben dient als Randabschluss, wodurch
Feldlinien in der Epischicht abgeblockt werden können, was in vorteilhafter
Weise die Möglichkeit
eröffnet,
die Strukturelemente noch weiter zusammenrücken zu lassen.
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Weiterhin
umfasst gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer
Halbleiterstruktur mit einer, durch einen niederohmigen Kontakt
kontaktierten, vergrabenen Schicht die folgenden Schritte:
Bereitstellen,
eines Halbleiter-Schichtstapels, der ein Halbleitersubstrat, eine
hochdotierte vergrabene Schicht, die wenigstens in Teilen des Halbleitersubstrats
ausgebildet ist, und eine einkristalline Halbleiterschicht, die
auf dem Halbleitersubstrat und der vergrabenen Schicht angeordnet
ist und eine obere Oberfläche
hat, umfasst; Herstellen eines ersten Tiefgrabens, der Bereiche
der Halbleiterstruktur und der vergrabenen Schicht elektrisch isoliert
und der von der Oberfläche
der einkristallinen Halbleiterschicht durch die vergrabene Schicht
hindurch bis in das Halbleitersubstrat reicht, und nahezu vollständige Füllung des
ersten Isolationsgrabens mit isolierendem Material; Formen im isolierenden
Material im ersten Tiefgraben einer von der Oberfläche der
einkristallinen Halbleiterschicht bis zur Höhe der vergrabenen Schicht
oder bis in die vergrabene Schicht reichenden Aussparung an einer
Randfläche
des ersten Tiefgrabens und unmittelbar lateral an die vergrabene
Schicht anschließend;
und Formen eines von der Oberfläche
der Epischicht bis zur vergrabenen Schicht oder in diese reichenden
niederohmigen Kontakts, der die Aussparung im isolierenden Material
im ersten Tiefgraben zur Kontaktierung der vergrabenen Schicht ausfüllt.
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In
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der niederohmige Kontakt zur Kontaktierung der vergrabenen
Schicht vorteilhaft an einer oder beiden Grabenwänden entlang der Grabenlänge des
ersten Isolationsgrabens geformt, was den prozesstechnischen Vorteil
mit sich bringt, dass der niederohmige Kontakt zur Kontaktierung
der vergrabenen Schicht selbstjustierend hergestellt werden kann.
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Ferner
kann das erfindungsgemäße Verfahren
die Herstellung wenigstens eines mit isolierendem Material gefüllten zweiten
Tiefgrabens zur Formung eines zweiten Isolationsgraben zur elektrischen
Isolierung von Bereichen der Halbleiterstruktur umfassen, wobei
der zweite Tiefgraben von einer Oberfläche der Epischicht bis in das
Halbleitersubstrat reicht und die vergrabene Schicht elektrisch
isoliert.
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei
Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen genommen wird. Es zeigen:
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1A–1P eine
Folge von schematischen Schnittansichten zur Veranschaulichung eines beispielhaften
Verfahrens zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur;
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2A–2P eine
Folge von schematischen Schnittansichten zur Veranschaulichung eines weiteren
beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur.
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Gleiche
bzw. gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen
Bezugszahlen bezeichnet.
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Es
wird nun Bezug auf die Figurenfolge 1A bis 1P genommen,
worin eine Folge von schematischen Schnittansichten zur Veranschaulichung
eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
dargestellt ist, wobei zunächst
Bezug auf 1A genommen wird, worin ein erstes
Zwischenprodukt bei der Herstellung des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
dargestellt ist.
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Das
erste Zwischenprodukt zur Herstellung einer beispielhaften, erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
umfasst ein nicht näher
dargestelltes Halbleitersubstrat 1, beispielsweise n-dotiertes
Silizium, welches sich in der x-y-Ebene flächig erstreckt und eine Schichtdicke
in z-Richtung aufweist. Das Halbleitersubstrat 1 ist mit
einer, beispielsweise p-hochdotierten, vergrabenen Schicht 2 versehen,
welche sich in der x-y-Ebene flächig
erstreckt und eine Schichtdicke in z-Richtung hat. Die vergrabene Schicht 2 dient
beispielsweise als Kollektor- oder Drain-Gebiet eines Bipolar- oder
DMOS-Transistors. Auf
dem Halbleitersubstrat 1 und der vergrabenen Schicht 2 ist
eine in den Figuren nicht näher
dargestellte, einkristalline Halbleiterschicht (Epischicht) 3 angeordnet,
welche sich in der x-y-Ebene flächig
erstreckt und eine Schichtdicke in z-Richtung hat.
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Weiterhin
ist ein von der Oberfläche 4 der Epischicht 3 bis
zum Halbleitersubstrat 1 reichender und die vergrabene
Schicht 2 durchbrechender, erster Tiefgraben 5 geätzt, welcher
als erster Isolationsgraben isolierendes Material aufnehmen soll
und dazu dient, ein die vergrabene Schicht 2 nutzendes Halbleiterbauelement,
wie einen Bipolar- oder DMOS- Transistor,
oder einen lateralen Bereich, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen
beherbergt ist, von der Umgebung elektrisch zu isolieren. Der Tiefgraben 5 formt
in der x-y-Ebene eine in sich geschlossene, beispielsweise annähernd ringförmige Struktur,
wobei sich die Tiefe des Tiefgrabens 5 in z-Richtung erstreckt.
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Zudem
ist ein die vergrabene Schicht 2 durchbrechender, zweiter
Tiefgraben 23 ausgebildet, welcher als zweiter Isolationsgraben
isolierendes Material aufnehmen soll und zum Feldabbau dient, so
dass benachbarte Strukturen näher
zusammenrücken
können.
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Auf
der Oberfläche 4 der
Epischicht 3 ist weiterhin eine Pad-Nitridschicht 6 abgeschieden.
Diese Pad-Nitridschicht 6 wirkt als Schutzschicht bei der Ätzung des
Tiefgrabens 5.
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Ausgehend
von dem in 1A gezeigten Zwischenprodukt
wird im ersten Tiefgraben 5 und im zweiten Tiefgraben 23 eine
thermische Oxidschicht 27 geformt, wobei die thermische
Oxidschicht 27 im ersten Tiefgraben 5 konform
geformt wird, während sie
den zweiten Tiefgraben 23 vollständig verfüllt. Dem folgt die die konforme
Abscheidung einer Siliziumnitridschicht 28 auf der thermischen
Oxidschicht 27, welche die Aussparung 29 mit einer
Tiefe in z-Richtung formt. Die Siliziumnitridschicht 28 wird
als Maskenschicht in einem späteren
Verfahrensschritt benötigt
(1B).
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In 1C ist
ein auf 1B aufbauender Verfahrensschritt
zur Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts dargestellt. Demnach
wird eine Ätzmaskenschicht
aus beispielsweise Polysilizium abgeschieden, welche anschließend im
ersten Tiefgraben 5, in z-Richtung betrachtet, bis auf
eine Höhe rückgeätzt wird,
welche der Höhe
der vergrabenen Schicht 2 entspricht, um hierdurch eine Ätzmaske 9 für einen
folgenden Ätzprozess
zu formen. Durch Rückätzen des
Polysiliziums wird im ersten Tiefgraben 5 eine Aussparung 32 geformt,
welche eine Tiefe in z-Richtung hat. Anstelle von Polysilizium kann auch
ein anderes als Ätzmaske
geeignetes Material verwendet werden.
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird die Siliziumnitridschicht 28 dort
entfernt, wo sie durch die Ätzmaske 9 nicht
verdeckt ist, wodurch die Aussparung 34 geformt wird (1D).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird daraufhin die Ätzmaske 9 im
ersten Tiefgraben 5 entfernt, wobei die thermische Oxidschicht 27 an
den Seitenwänden
des Tiefgrabens 5 als Schutz vor Anätzung dient (1E).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird daraufhin die thermische
Oxidschicht 27 unter Verwendung der Siliziumnitridschicht 28 als Ätzmaske
entfernt (1F).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird als Nächstes die
Siliziumnitridschicht 28 im ersten Tiefgraben 5 entfernt,
wodurch die Aussparung 31 mit einer Tiefe in z-Richtung geformt
wird (1G). Dieser Verfahrensschritt
ist optional. Die Siliziumnitridschicht 28 könnte ebenso
im ersten Tiefgraben 5 verbleiben, weil sie durch die im
folgenden abgeschiedene Schicht 11 aus einem isolierenden Material,
insbesondere TEOS, gekapselt wird.
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird eine isolierende
Schicht 11 aus isolierendem Material, beispielsweise Oxid,
insbesondere TEOS, konform wenigstens im ersten Tiefgraben 5 abgeschieden,
und zwar so, dass die Aussparung 31 durch das isolierende
Material verfüllt
wird. Die Schicht 11 aus isolierendem Material formt im
ersten Tiefgraben 5 eine Aussparung 13 mit einer
Tiefe in z-Richtung (1H).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts folgt die Abscheidung
einer Schicht 12 aus einem leitfähigen Material, beispielsweise
Polysilizium, wodurch im ersten Tiefgraben 5 die Aussparung 13 verfüllt wird
(1I).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird daraufhin im ersten
Tiefgraben 5 die Schicht 12 aus leitfähigem Material
rückgeätzt, um hierdurch
eine Ätzmaske 35 zu
formen, wobei eine Aussparung 14 mit einer Tiefe in z-Richtung
geformt wird (1J).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird die Schicht 11 aus
isolierendem Material, beispielsweise TEOS, außerhalb des ersten Tiefgrabens 5 entfernt
und im ersten Tiefgraben 5 unter Nutzung der Ätzmaske 35 teilweise
rückgeätzt, wobei
im ersten Tiefgraben 5 jeweils von den beiden Grabenwänden zur
Grabenmitte hin sich in z-Richtung vertiefende Aussparungen 15 geformt
werden. Ebenso wird im zweiten Tiefgraben 23 hierbei eine
Aussparung 26 geformt (1K).
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Anschließend wird
eine Ätzmaske 16 mit
einer Öffnung 17 oberhalb
des ersten Tiefgrabens 5 geformt (1L). Vor
dem Abscheiden der Ätzmaske 16 kann
eine dünne
Siliziumnitridschicht ("Liner") im Bereich der
Aussparungen 15 geformt werden. Die Siliziumnitridschicht
bewirkt eine bessere Haftung des dann abzuscheidenden Photolacks
und vermeidet ein Unterätzen
der mit Lack abdeckten Bereiche.
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird unter Verwendung
der Ätzmaske 16 die Schicht 11 aus
isolierendem Material, beispielsweise TEOS, im ersten Tiefgraben 5 in
z-Richtung rückgeätzt, wobei
eine Aussparung 18 geformt wird, welche bis zu einer Höhe in z-Richtung
reicht, welche der Höhe
in z-Richtung der vergrabenen Schicht 2 entspricht (1M).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts folgt das Entfernen
der Ätzmaske 16 und
anschließend
das Formen einer Schicht 20 aus einem leitfähigen Material,
insbesondere Poly silizium, wenigstens über der zuvor geformten Aussparung 18 des
ersten Tiefgrabens 5, um eine leitfähige, niederohmige Verbindung
zur vergrabenen Schicht 2 herzustellen. Dem kann optional
eine Abscheidung aus der Gasphase eines Phosphingases vorausgehen, wodurch
die hochleitfähige
Schicht 21 geformt wird, um die elektrische Leitfähigkeit
des niederohmigen Kontakts zur vergrabenen Schicht 2 zu
erhöhen (1N).
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Zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
wird die Schicht 20 aus einem leitfähigen Material, insbesondere
Polysilizium, außerhalb
des ersten Tiefgrabens 5 entfernt und innerhalb des ersten
Tiefgrabens 5 im Wesentlichen bis zur Oberfläche 4 der
Epischicht 3 rückgeätzt und
in der x-y-Ebene strukturiert, um hierdurch einen elektrischen Kontakt 30 zu
bilden. Der elektrische Kontakt 30 grenzt einer Wand des
ersten Tiefgrabens 5 an. Durch den Pfeil 22 ist
die elektrisch leitfähige
Verbindung zur vergrabenen Schicht 2, welche durch den elektrischen
Kontakt 30 und der hochleitfähigen, durch Abscheidung aus
der Gasphase mittels Phoshingas geformten Schicht 21 geformt
wird, dargestellt (1O).
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Anschließend wird
die auf der Oberfläche 4 der
Epischicht 3 befindliche Pad-Nitridschicht 6 entfernt,
wodurch die Oberfläche 4 der
Epischicht 3 freigelegt wird (1P).
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In 1P,
rechte Abbildung, ist eine Aufsicht von oben auf die geschlossene
Struktur des ersten Tiefgrabens 5 dargestellt, worin insbesondere
der strukturierte elektrische Kontakt 30 zur vergrabenen Schicht 2 bzw.
die elektrische Verbindung zur vergrabenen Schicht 2 erkennbar
ist. Die Tiefgrabenisolierung (erster Isolationsgraben) als solche(r)
ist insgesamt mit der Bezugszahl 25 gekennzeichnet.
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Der
zweite Tiefgraben 23, welcher mit isolierendem Material
verfüllt
ist, dient als Randabschluss zum Feldabbau. In der Aufsicht von 1P,
rechte Abbildung, ist der zweite Tiefgraben 23 als Struktur mit
Kontakt zur Tiefgrabenisolierung 25 dargestellt. Gleichwohl
ist es auch möglich,
dass der zweite Tiefgraben 23 ohne Kontakt zur Tiefgrabenisolierung 25 ausgebildet
wird.
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Es
wird nun Bezug auf die Figurenfolge der 2A bis 2P genommen,
worin eine Folge von schematischen Schnittansichten zur Veranschaulichung
eines weiteren beispielhaften Verfahrens zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
dargestellt ist, wobei zunächst
Bezug auf 2A genommen wird, worin ein
erstes Zwischenprodukt bei der Herstellung des Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
dargestellt ist.
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Das
erste Zwischenprodukt zur Herstellung der beispielhaften, erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
umfasst ein nicht näher
dargestelltes Halbleitersubstrat 1, beispielsweise n-dotiertes
Silizium, welches sich in der x-y-Ebene flächig erstreckt und eine Schichtdicke
in z-Richtung aufweist. Das Halbleitersubstrat 1 ist mit
einer, beispielsweise p-hochdotierten, vergrabenen Schicht 2 versehen,
welche sich in der x-y-Ebene flächig
erstreckt und eine Schichtdicke in z-Richtung hat. Die vergrabene Schicht 2 dient
beispielsweise als Kollektor- oder Drain-Gebiet eines Bipolar- oder
DMOS-Transistors. Auf
dem Halbleitersubstrat 1 und der vergrabenen Schicht 2 ist
eine in den Figuren nicht näher
dargestellte, einkristalline Halbleiterschicht (Epischicht) 3 angeordnet,
welche sich in der x-y-Ebene flächig
erstreckt und eine Schichtdicke in z-Richtung hat.
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Weiterhin
ist ein von der Oberfläche 4 der Epischicht 3 bis
zum Halbleitersubstrat 1 reichender und die vergrabene
Schicht 2 durchbrechender, erster Tiefgraben 5 geätzt, welcher
isolierendes Material aufnehmen soll und dazu dient, ein die vergrabene Schicht 2 nutzendes
Halbleiterbauelement, wie einen Bipolar- oder DMOS-Transistor, oder
einen lateralen Bereich, in dem eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen
beherbergt ist, von der Umgebung elektrisch zu isolieren. Der Tiefgraben 5 formt
in der x-y-Ebene eine in sich geschlossene, beispielsweise annähernd ringförmige Struktur,
wobei sich die Tiefe des Tiefgrabens 5 in z-Richtung erstreckt.
(In den 2A bis 2O ist
aus Gründen
der einfacheren zeichnerischen Darstellung ein die vergrabene Schicht
durchbrechender, zweiter Tiefgraben 23 bzw. zweiter Isolationsgraben,
wie er im Zusammenhang mit dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel
gezeigt worden ist, nicht dargestellt, obgleich ein solcher mit
isolierenden Material verfüllter
zweiter Isolationsgraben zum Zwecke des Feldabbaus auch hier vorgesehen ist
und in analoger Weise hergestellt wird.)
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Auf
der Oberfläche 4 der
Epischicht 3 ist weiterhin eine Pad-Nitridschicht 6 abgeschieden.
Diese Pad-Nitridschicht 6 wirkt als Schutzschicht bei der Ätzung des
ersten Tiefgrabens 5.
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts in dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird an den Wänden
des ersten Tiefgrabens 5 eine Nitrid-Schutzschicht 7 konform
abgeschieden, welche dazu dient, bei späteren Ätzungen eine Anätzung des Substrats
bzw. der Epischicht im ersten Tiefgraben 5 zu vermeiden.
Daraufhin wird im ersten Tiefgraben 5 eine Schicht 8 aus
isolierendem Material, beispielsweise Oxid, insbesondere TEOS (Tetraethylorthosilikat),
konform abgeschieden, wobei diese Schicht eine Aussparung 33 mit
einer sich in z-Richtung erstreckenden Tiefe formt (2B).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts folgt das Abscheiden
einer Ätzmaskenschicht wenigstens über der
Aussparung 33 aus beispielsweise Polysilizium, welche anschließend im
ersten Tiefgraben 5 bzw. in der Aussparung 33 in
z-Richtung bis auf
eine Höhe
rückgeätzt wird,
welche der Höhe der
vergrabenen Schicht 2 entspricht, wodurch eine Ätzmaske 9 für den folgenden Ätzprozess
geformt wird. Anstelle von Polysilizum kann auch ein anderes als Ätzmaske
geeignetes Material verwendet werden (2C).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird die Schicht 8 aus
isolierendem Material unter Verwendung der Ätzmaske 9 im ersten
Tiefgraben 5 in z-Richtung bis auf eine Höhe rückgeätzt, welche
der Höhe
der vergrabenen Schicht 2 in z-Richtung entspricht (2D).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts folgt ein Entfernen
der Ätzmaske 9 im
ersten Tiefgraben 5, wodurch die Schicht 8 aus
isolierendem Material freigelegt wird, welche nun eine Aussparung 10 mit
einer Tiefe in z-Richtung formt, wobei die Nitridschutzschicht 7 an
den Wänden
des ersten Tiefgrabens 5 dazu dient, ein unerwünschtes
Anätzen
der vergrabenen Schicht 2 bzw. der Epischicht 3 bei
diesem Ätzprozess
zu vermeiden (2E).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird die Nitridschutzschicht 7 an
den Wänden des
ersten Tiefgrabens 5, dort wo sie durch die isolierende
Schicht 8 nicht verdeckt ist, entfernt (2F).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird eine isolierende
Schicht 11 aus isolierendem Material, beispielsweise Oxid,
insbesondere TEOS, konform wenigstens im ersten Tiefgraben 5 abgeschieden,
und zwar so, dass die Aussparung 10 durch das isolierende
Material verfüllt
wird. Die Schicht 11 aus isolierendem Material formt hierbei eine
Aussparung 13 mit einer Tiefe in z-Richtung (2G).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts folgt die Abscheidung
einer Schicht 12 aus einem leitfähigen Material, beispielsweise
Polysilizium, insbesondere im ersten Tiefgraben 5, wobei
die Aussparung 13 verfüllt
wird (2H).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird die Schicht 12 aus
leitfähigem
Material zur Formung einer Ätzmaske 35 rückgeätzt, wobei
im ersten Tiefgraben 5 eine Aussparung 14 mit
einer Tiefe in z-Richtung geformt wird (2I).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird die Schicht 11 aus
isolierendem Material, beispielsweise TEOS, außerhalb des ersten Tiefgrabens 5 entfernt
und im ersten Tiefgraben 5 unter Verwendung der Ätzmaske 35 teilweise
rückgeätzt, wobei
im ersten Tiefgraben 5 jeweils von den beiden Grabenwänden zur
Grabenmitte hin, in z-Richtung sich vertiefende Aussparungen 15 geformt
werden (2J).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird anschließend eine Ätzmaske 16 mit
einer Öffnung 17 über dem
ersten Tiefgraben 5 geformt. (2K).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird unter Verwendung
der Ätzmaske 16 die Schicht 11 aus
isolierendem Material, beispielsweise TEOS, im ersten Tiefgraben 5 in
z-Richtung rückgeätzt, wobei
eine Aussparung 18 geformt wird, welche bis zu einer Höhe reicht,
welche in z-Richtung der Höhe
der vergrabenen Schicht 2 entspricht. Hierbei wird ein
Flächenabschnitt 19 der
dem ersten Tiefgraben 5 zugewandten Fläche der vergrabenen Schicht 2 freigelegt
(2L).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts folgt, nach dem Entfernen
der Ätzmaske 16,
die Abscheidung einer Schicht 20 aus leitfähigem Material,
insbesondere Polysilizium, wenigstens über der zuvor geformten Aussparung 18 des
ersten Tiefgrabens 5, um einen leitfähigen, niederohmigen Kontakt zur
vergrabenen Schicht 2 herzustellen. Dem kann optional eine
Abscheidung aus der Gasphase eines Phosphingases vorausgehen, wodurch
die hochleitfähige
Schicht 21 geformt wird, um die elektrische Leitfähigkeit
des niederohmigen Kontakts zur vergrabenen Schicht 2 zu
erhöhen
(2M).
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Zur
Herstellung eines weiteren Zwischenprodukts wird daraufhin die Schicht 20 aus
einem leitfähigen
Material, insbesondere Polysilizium, außerhalb des ersten Tiefgrabens 5 entfernt
und innerhalb des ersten Tiefgrabens 5 im Wesentlichen
bis zur Oberfläche 4 der
Epischicht 3 rückgeätzt und
in der x-y-Ebene strukturiert, um hierdurch einen elektrischen Kontakt 30 zu
formen. Der elektrische Kontakt 30 grenzt einer Grabenwand
des ersten Tiefgrabens 5 an (2N).
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Zur
Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleiterstruktur
wird anschließend
die auf der Oberfläche 4 der
Epischicht 3 befindliche Pad-Nitridschicht 6 entfernt,
wodurch die Oberfläche 4 der
Epischicht 3 freigelegt wird (2O, linke
Abbildung). In 2O, linke Abbildung, ist ferner
durch den Pfeil 22 die elektrisch leitfähige Verbindung zur vergrabenen Schicht 2,
welche durch den elektrischen Kontakt 30 und der hochleitfähigen, durch
Abscheidung aus der Gasphase mittels Phoshingas geformten Schicht 21 geformt
wird, dargestellt.
-
In 2O,
rechte Abbildung, ist eine Aufsicht von oben auf die geschlossene
Struktur des (ersten) Tiefgrabens 5 dargestellt, worin
insbesondere der strukturierte elektrische Kontakt 30 zur
vergrabenen Schicht 2 bzw. die elektrische Verbindung zur vergrabenen
Schicht erkennbar ist. Die Tiefgrabenisolierung als solche ist insgesamt
mit der Bezugszahl 25 gekennzeichnet.
-
In 1P ist
als optionales Merkmal ein im umschlossenen Innenraum der Tiefgrabenisolierung 25 geformter,
die vergrabene Schicht durchbrechender, zweiter Tiefgraben 23 dargestellt,
welcher mit isolierendem Material 8, 11 verfüllt ist.
Der Isolationsgraben 23 dient als Randabschluss. In der
Aufsicht (2P, rechte Abbildung) ist der
Isolationsgraben 23 als Struktur ohne Kontakt zur Tiefgrabenisolierung 25 dargestellt.
Gleichwohl könnte
der Isolationsgraben 23 in alternativen Ausgestaltungen
Kontakt zur Tiefgrabenisolierung 25 haben. Der zweite Tiefgraben 23 wird
in analoger Weise, wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel
erläutert
wurde, hergestellt.
-
- 1
- Halbleitersubstrat
- 2
- Vergrabene
Schicht
- 3
- Epischicht
- 4
- Oberfläche
- 5
- Erster
Tiefgraben
- 6
- Pad-Nitridschicht
- 7
- Nitridschutzschicht
- 8
- Isolationsschicht
- 9
- Ätzmaske
- 10
- Aussparung
- 11
- Isolationsschicht
- 12
- Leitfähige Schicht
- 13
- Aussparung
- 14
- Aussparung
- 15
- Aussparung
- 16
- Ätzmaske
- 17
- Öffnung
- 18
- Aussparung
- 19
- Flächenabschnitt
- 20
- Leitfähige Schicht
- 21
- Hochleitfähige Schicht
- 22
- Leitfähiger Pfad
- 23
- Zweiter
Tiefgraben
- 24
- Leitfähige Schicht
- 25
- Tiefgrabenisolierung
- 26
- Aussparung
- 27
- Thermische
Oxidschicht
- 28
- Siliziumnitridschicht
- 29
- Aussparung
- 30
- Elektrischer
Kontakt
- 31
- Aussparung
- 32
- Aussparung
- 33
- Aussparung
- 34
- Aussparung
- 35
- Ätzmaske