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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Transistorbauelements.
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Ein
Betriebsparameter eines solchen Transistorbauelements ist dessen
Gate-Drain-Kapazität. Wird
das Transistorbauelement als Schaltelement zum Schalten einer Last
eingesetzt, so beeinflusst diese Gate-Drain-Kapazität das Schaltverhalten
des Transistorbauelements. Die Gate-Drain-Kapazität beeinflusst
insbesondere die Schaltgeschwindigkeit des Bauelements, und damit
die Steilheit von Schaltflanken eines das Bauelement durchfließenden Stromes
bzw. einer über
dem Bauelement anliegenden Spannung.
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Die
Gate-Drain-Kapazität
des Transistorbauelements ist beispielsweise abhängig von der Fläche, in
der eine Gateelektrode und eine Drainzone bzw. eine Driftzone des
Bauelements einander überlappen.
Bei der Herstellung des Bauelements ist es dabei wünschenswert,
diese Überlappungsfläche möglichst
genau einstellen bzw. reproduzieren zu können, um das Schaltverhalten
des Bauelements möglichst
genau einstellen zu können.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung
eines Transistorbauelements mit einer Feldplatte zur Verfügung zu stellen,
das zu einer niedrigen Gate-Drain-Kapazität führt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen
und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Dieses
Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer
Feldplatte umfasst: Bereitstellen eines Halbleiter körpers mit
einer ersten Seite und mit wenigstens einem sich ausgehend von der
ersten Seite in den Halbleiterkörper
hinein erstreckenden Graben; Herstellen einer Feldplattendielektrikumsschicht
auf der ersten Seite und an freiliegenden Flächen des Grabens derart, dass
Restgräben verbleiben;
Herstellen einer Feldplattenschicht in dem Restgraben; Freilegen
der ersten Seite des Halbleiterkörpers
mittels eines Polierverfahrens; teilweises Entfernen der Feldplattendielektrikumsschicht
ausgehend von der ersten Seite aus dem wenigstens einen ersten Graben.
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Beispiele
diese Verfahrens werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren
erläutert.
Die Figuren sind dabei nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, der Schwerpunkt
liegt vielmehr auf der Erläuterung
des Grundprinzips. In den Figuren sind dabei lediglich die zum Verständnis dieses
Grundprinzips notwendigen Teile bzw. Bauelementzonen dargestellt.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche
Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung.
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1 veranschaulicht
anhand einer Querschnittsdarstellung ein Transistorbauelement mit
einer Feldplatte und einem Feldplattendielektrikum.
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2 veranschaulicht ein erstes Beispiel
eines Verfahrens zur Herstellung eines Feldplattendielektrikums
und einer Feldplatte.
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3 veranschaulicht weitere Verfahrensschritte,
durch die ein Gatedielektrikum und eine Gateelektrode hergestellt
werden.
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4 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines
Verfahrens zur Herstellung einer Feldplatte.
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5 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens
zur Herstellung einer Feldplattenschicht für ein Verfahren gemäß 4.
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1 veranschaulicht
ein Transistorbauelement anhand einer schematischen Querschnittsdarstellung.
Das Bauelement weist einen Halbleiterkörper 100 mit einer
ersten Seite 101, die nachfolgend als Vorderseite bezeichnet
wird, und einer zweiten Seite 102, die nachfolgend als
Rückseite
bezeichnet wird, auf. 1 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch
diesen Halbleiterkörper,
also einen Querschnitt in einer Schnittebene, die vertikal zu der
Vorder- und Rückseite 101, 102 verläuft.
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Das
Transistorbauelement ist beispielsweise zellenartig aufgebaut und
besitzt eine Anzahl gleichartiger Transistorzellen mit jeweils einer
Gateelektrode 16, einer Feldplatte bzw. Feldelektrode 31,
einer Bodyzone 13 und einer Sourcezone 14. Die
Gateelektrode 16 und die Feldelektrode 31 einer
Transistorzelle sind dabei in einem gemeinsamen Graben angeordnet,
der sich ausgehend von der Vorderseite 101 in einer vertikalen
Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckt.
Die Feldplatte 31 ist durch ein Feldplattendielektrikum 22 gegenüber Halbleiterbereichen
des Halbleiterkörpers 100 dielektrisch
isoliert, und die Gateelektrode 16 ist durch ein Gatedielektrikum 23 gegenüber Halbleiterbereichen
des Halbleiterkörpers 100 dielektrisch
isoliert. In dem dargestellten Beispiel sind die Feldplatte 31 und
die Gateelektrode 16 durch eine weitere Dielektrikumsschicht
oder Isolationsschicht 24 gegeneinander isoliert. Die Feldplatte 31 ist
in nicht näher
dargestellter Weise beispielsweise an die Sourcezone 14 bzw.
einen Sourceanschluss S des Bauelements angeschlossen. Alternativ
besteht die Möglichkeit,
die Feldplatte 31 und die Gateelektrode 16 elektrisch
leitend miteinander zu verbinden (nicht dargestellt).
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Das
Transistorbauelement weist außerdem eine
Driftzone 11 auf, die sich an die Bodyzonen 13 der
einzelnen Transistorzellen anschließt und die allen Transistorzellen
des Bauelements gemeinsam ist. An diese Driftzone 11 schließt sich
an einer den Bodyzonen 13 gegenüberliegenden Seite eine Drainzone 12 an.
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Das
dargestellte Bauelement ist beispielsweise ein selbstsperrendes
Bauelement. In diesem Fall ist die Bodyzone 13 komplementär zu der
Sourcezone 14 und der Driftzone dotiert. Bei einem n-leitenden
Bauelement sind die Sourcezone 14 und die Driftzone 11 n-dotiert,
während
die Bodyzone 13 p-dotiert ist. Bei einem p-leitenden Bauelement
sind diese Bauelementzonen entsprechend komplementär dotiert.
Das dargestellte Bauelement ist ein sogenanntes MOS-Transistorbauelement,
das als MOSFET oder als IGBT realisiert sein. Bei einem MOSFET ist
die Drainzone 12 vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 11,
allerdings höher
dotiert als die Driftzone 11. Bei einem IGBT ist die Drainzone 12 komplementär zu der
Driftzone 11 dotiert. Optional kann bei einem IGBT eine
Feldstoppzone (nicht dargestellt) zwischen der Driftzone 11 und
der Drainzone 12 vorhanden sein. Diese Feldstoppzone ist
dabei vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone, allerdings höher dotiert.
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Die
Gateelektrode 16 dient bei dem dargestellten Bauelement
zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 13 entlang
des Gatedielektrikums 23 zwischen der Sourcezone 14 und
der Driftzone 11. Das Bauelement leitet, wenn ein solcher
leitender Kanal (Inversionskanal) in der Bodyzone 13 zwischen
der Sourcezone 14 und der Driftzone 11 vorhanden
ist. Bei einem n-leitenden Bauelement ist hierzu in grundsätzlich bekannter
Weise ein elektrisches Potenzial an die Gateelektrode 16 anzulegen, das
oberhalb des elektrischen Potenzials der Sourcezone 14 des
Bauelements liegt. Das Bauelement sperrt, wenn kein solcher leitender
Kanal in der Bodyzone 13 vorhanden ist und wenn zwischen
der Drainzone 12 und der Sourcezone 14 eine Spannung
anliegt, die einen pn-Übergang
zwischen der Bodyzone 13 und der Driftzone 11 in
Sperrrichtung polt. Bei einem n-leitenden Bauelement ist diese Spannung eine
positive Spannung zwischen der Drainzone 12 bzw. an dem
Drainanschluss D und der Sourcezone 14 bzw. einem Sourceanschluss
S. Die Feldplatte 31, die beispielsweise auf Sourcepotential
(oder auch auf Gatepotential) liegt, stellt bei sperrend angesteuertem
Bauelement eine Gegenladung zu einem Teil der in der Driftzone 11 vorhandenen
Dotierstoffladung zur Verfügung.
Dies ermöglicht
in grundsätzlich bekannter
Weise bei einer gegebenen Spannungsfestigkeit des Bauelements eine
höhere
Dotierung der Driftzone 11 im Vergleich zu einem Bauelement ohne
Feldplatte, und damit einen niedrigeren Einschaltwiderstand.
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Die
einzelnen Transistorzellen des Bauelements sind in nicht näher dargestellter
Weise dadurch parallel geschaltet, dass die Gateelektroden 16 elektrisch
leitend miteinander verbunden sind und dass die Sourcezonen 14 elektrisch
leitend miteinander verbunden sind. In grundsätzlich bekannter Weise können die
Bodyzonen 13 und die Sourcezonen 14 der einzelnen
Transistorzellen miteinander kurzgeschlossen sein. Bei dem Bauelement
gemäß 1 ist
hierzu eine Sourceelektrode 15 vorhanden, die die Sourcezone 14 und
die Bodyzone 13 einer Transistorzelle kontaktiert.
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Das
dargestellte Transistorbauelement besitzt eine Gate-Drain-Kapazität. Diese Gate-Drain-Kapazität ist abhängig davon,
wie stark die Gateelektrode 16 und die Driftzone 11 einander überlappen.
Diese Überlappung
ist in dem dargestellten Beispiel davon abhängig, wie weit die Gateelektrode 16 in
vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hineinreicht
und wie weit die Bodyzone 13 ausgehend von der ersten Seite 101 in
den Halbleiterkörper 100 hineinreicht.
Diese Gate-Drain-Kapazität CGD, deren Schaltsymbol in 1 schematisch
dargestellt ist, bestimmt in grundsätzlich bekannter Weise das
Schaltverhalten des Bauelements. Die Gate-Drain- Kapazität bestimmt insbesondere die Schaltgeschwindigkeit
des Bauelements, d. h. die Geschwindigkeit, mit der das Bauelement
von einem leitenden in einen sperrenden Zustand übergeht, und umgekehrt. Bei
der Herstellung des Bauelements ist es wünschenswert, diese Gate-Drain-Kapazität möglichst
exakt reproduzieren bzw. einstellen zu können.
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Das
Bauelement kann eine Vielzahl gleichartiger Transistorzellen mit
jeweils einer Gateelektrode 16, einer Feldplatte 31,
einer Bodyzone 13 und einer Sourcezone 14 aufweisen.
Ein Bereich des Halbleiterkörpers 100,
in dem solche Transistorzellen vorhanden sind, ist in 1 mit
dem Bezugszeichen 121 bezeichnet. Dieser Bereich wird nachfolgend
auch als Innenbereich des Transistorzellenfeldes bezeichnet. Das
Transistorbauelement kann außerdem
in einem Randbereich 122, der das Transistorzellenfeld in
lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 begrenzt,
modifizierte Transistorzellen oder Randzellen aufweisen. Diese Randzellen,
von denen in 1 lediglich eine dargestellt
ist, besitzen beispielsweise eine Feldplatte 31 und ein
Feldplattendielektrikum 21, das die Feldplatte 31 dielektrisch
gegenüber
dem Halbleiterkörper 100 isoliert.
Diese Randzellen besitzen jedoch keine Gateelektrode 16 und
optional auch keine Sourcezone. Die Feldplatte 31 der Randzelle kann
auf dem gleichen elektrischen Potenzial wie die Feldplatten der
Transistorzellen im Innenbereich 121 liegen. In nicht näher dargestellter
Weise besteht die Möglichkeit,
im Randbereich mehrere Randzellen vorzusehen. Ob mehrere Randzellen
verwendet werden und wie viele solcher Randzellen verwendet werden,
ist abhängig
von der gewünschten
Spannungsfestigkeit des Bauelements. Diese mehreren Randzellen können so
realisiert sein, dass sie auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen
liegen, wobei das elektrische Potential der Randzellen in Richtung des
Randes des Bauelements zunimmt. Die Feldplatte der Randzelle, die
am nächsten
an dem Transistorzellenfeld angeordnet ist, kann beispielsweise
auf Sourcepotential liegen, während
das elektrische Potential der Feldplatten der übrigen Randzellen in Richtung
des Randes von Randzelle zu Randzelle zunehmen kann. Bauelemente
mit mehreren Randzellen sind beispielsweise Bauelemente mit einer Spannungsfestigkeit
von 200 V bzw. 250 V und mehr.
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Die
Feldplatten der Transistorzellen im Innenbereich können auf
verschiedene Art und Weise realisiert sein. Bei einem Beispiel ist
vorgesehen, dass sich die Feldplatten in vertikaler Richtung bis
an die Gateelektrode 16 bzw. bis auf Höhe der Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers 100 erstrecken.
Solche Feldplatten, von denen eine im rechten Teil der 1 dargestellt
ist, sind nachfolgend mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet.
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Alternativ
besteht die Möglichkeit,
die Feldplatten so zu realisieren, dass sie lediglich im unteren Graben
angeordnet sind, wie dies für
die Transistorzelle in der Mitte der 1 dargestellt
ist. Eine solche lediglich im unteren Bereich des Grabens angeordnete
Feldplatte ist nachfolgend mit dem Bezugszeichen 32 bezeichnet.
In Richtung der ersten Seite 101 schließt sich an eine solche Feldplatte 32 beispielsweise
eine Dielektrikumsschicht 41, wie z. B. eine Nitridschicht,
an.
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Ein
mögliches
Verfahren zur Herstellung der Feldplattendielektrika 21, 22 für die Transistorzellen im
Innenbereich und die Randzelle sowie für die Feldplatten 31 wird
nachfolgend anhand der 2A bis 2G erläutert. Die
Figuren zeigen dabei vertikale Querschnitte durch den Halbleiterkörper 100 während einzelner
Verfahrensschritte des Verfahrens.
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2A zeigt
den Halbleiterkörper 100 nach Durchführung erster
Verfahrensschritte, bei denen mehrere Gräben 50 hergestellt
werden, die jeweils beabstandet zueinander angeordnet sind und die sich
ausgehend von der ersten Seite 101 in vertikaler Richtung
in den Halbleiterkörper 100 hinein
erstrecken. Diese Gräben
besitzen eine Ausdehnung in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100,
die nachfolgend als Tiefe bezeichnet wird, eine Ausdehnung in einer
ersten horizontalen Richtung, die nachfolgend als Breite bezeichnet
wird, und eine Ausdehnung in einer zweiten lateralen Richtung, die
nachfolgend als Länge
bezeichnet wird. In dem dargestellten Beispiel verläuft die
erste laterale Richtung in der Zeichenebene, während die zweite laterale Richtung senkrecht
zu der Zeichenebene verläuft.
Die einzelnen Gräben
verlaufen beispielsweise parallel zueinander. Die Länge der
einzelnen Gräben
ist dabei größer als
deren Breite.
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Die
konkreten Abmessungen der Gräben, insbesondere
deren Breite und Tiefe hängen
stark von der Spannungsklasse, d. h. von Durchbruchspannungsfestigkeit,
des Bauelements ab. Die Tiefe der Gräben liegt beispielsweise bei
3–4 μm für Bauelemente
mit einer Spannungsfestigkeit zwischen 50 V und 60 V und reicht
beispielsweise bis zu 15–20 μm für Bauelemente
mit einer Spannungsfestigkeit zwischen 300 V und 350 V. Entsprechend
reicht die Breite der Gräben
von ca. 800 nm bis zu 6–7 μm. Die Länge der
Gräben
ist maßgeblich
bestimmt durch die Abmessungen des Halbleiterkörpers 100. Eine typische Fläche (Chipfläche) des
Halbleiterkörpers 100 liegt beispielsweise
bei 30 mm2. Die Gräben für die späteren Transistorzellen verlaufen
dabei parallel zueinander über
annähernd
die gesamte Länge
oder Breite des Halbleiterkörpers
und enden jeweils so weit beabstandet zu dem Rand des Halbleiterkörpers 100, dass
zwischen dem Ende der Gräben
und dem Rand noch ausreichend Platz für einen Randabschluss ist, der
die Randzellen umfasst. Der bzw. die Gräben der späteren Randzellen können dabei
so realisiert sein, dass sie die Gräben für die späteren Transistorzellen ringförmig umschließen. In
diesem Zusammenhang sie darauf hingewiesen, dass die Figuren Querschnitte
durch den Halbleiterkörper 100 in
solchen Bereichen zeigen, in denen die Gräben der Randzelle bzw. Randzellen
und der Transistorzellen parallel zueinander verlaufen.
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Die
Herstellung der einzelnen Gräben 50 erfolgt
in nicht näher
dargestellter Weise beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens
unter Verwendung einer Maske (nicht dargestellt), die solche Abschnitte der
ersten Seite 101, in denen die Gräben 50 hergestellt
werden sollen, während
des Ätzverfahrens
freilässt.
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Die
einzelnen Gräben 50 weisen
jeweils zwei sich gegenüberliegende
Flächen,
die nachfolgend als Seitenflächen
oder Seitenwände
bezeichnet werden, und eine ausgehend von der Vorderseite 101 am
unteren Ende der Gräben 50 angeordnete
Fläche 53,
die nachfolgend als Grabenboden bezeichnet wird, auf. In diesem
Zusammenhang sei angemerkt, dass die in den Figuren dargestellten
Gräben 50 lediglich
zur Vereinfachung der Darstellung einen rechteckförmigen Querschnitt
besitzen. Tatsächlich besitzen
diese Gräben 50 einen
Querschnitt, der üblicherweise
von einem rechteckförmigen
Querschnitt abweicht. So können
die Seitenwände 51, 52 beispielsweise
derart schräg
gegenüber
der ersten Seite 101 verlaufen, dass die Grabenbreite mit
zunehmendem Abstand zur ersten Seite 101 abnimmt. Diese
Abnahme der Grabenbreite kann mit zunehmender Tiefe gleichmäßig oder
auch ungleichmäßig erfolgen.
Darüber
hinaus kann der Grabenboden 53 zu den Seitenwänden 51, 52 beispielsweise
abgerundet sein.
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Der
Halbleiterkörper 100,
in dem die Gräben 50 hergestellt
werden, ist insbesondere ein einkristalliner Halbleiterkörper. Dieser
Halbleiterkörper 100 kann
homogen dotiert sein. Darüber
hinaus kann der Halbleiterkörper 100 auch
so realisiert sein, dass er zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten, nämlich eine
erste Halbleiterschicht 111 und eine auf die erste Halbleiterschicht 111 aufgebrachte
zweite Halbleiterschicht 112 aufweist. Die erste Halbleiterschicht 111 ist
beispielsweise ein hochdotiertes Halbleitersubstrat, welches die
spätere
Drainzone des Bauelements bildet. Die zweite Halbleiterzone 112 ist in
diesem Fall beispielsweise eine schwächer dotierte Halbleiterschicht,
die beispielsweise mittels eines Epitaxieverfahrens auf die erste
Halbleiterschicht 111 aufgebracht wurde. Abschnitte dieser
zweiten Halbleiterschicht 111 können die Driftzone (11 in 1) des
späteren Transistorbauelements
bilden. Ist der Halbleiterkörper 100 derart
zweischichtig aufgebaut, so erfolgt die Herstellung der Gräben 50 beispielsweise
derart, dass die Gräben 50 ausgehend
von der Vorderseite 101 noch in der zweiten Halbleiterschicht 112 enden,
d. h. nicht bis in die erste Halbleiterschicht 111 reichen.
Die zweite Halbleiterschicht 112 kann homogen dotiert sein,
kann jedoch ein variierendes Dotierungsprofil besitzen. So kann
die zweite Halbleiterschicht 112 beispielsweise so dotiert
sein, dass deren Dotierungskonzentration in Richtung der ersten
Seite 101 zunimmt. Eine solche Variation der Dotierungskonzentration
kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Einschaltwiderstand
des Bauelements einzustellen oder den Ort innerhalb des Halbleiterkörpers einzustellen,
an dem bei Erreichen einer maximalen Spannungsfestigkeit ein Spannungsdurchbruch
zuerst einsetzt.
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Nach
Herstellen der Gräben 50 wird
eine Feldplattendielektrikumsschicht 20 an freiliegenden Flächen der
Gräben,
d. h. an deren Seitenwänden und
deren Boden, sowie an freiliegenden Flächen der ersten Seite 101 des
Halbleiterkörpers 100 hergestellt. 2B zeigt
den Halbleiterkörper 100 im
Querschnitt nach Durchführung
dieser Verfahrensschritte. Die Herstellung der Feldplattendielektrikumsschicht 20 erfolgt
beispielsweise durch thermische Oxidation des Halbleiterkörpers 100.
Die Feldplattendielektrikumsschicht 20 ist in diesem Fall
eine Oxidschicht, d. h. bei Verwendung eines Halbleiterkörpers 100 aus Silizium
eine Schicht aus Siliziumoxid (SiO2). Alternativ
kann die Herstellung der Feldplattendielektrikumsschicht 20 durch
Abscheiden einer Dielektrikumsschicht, beispielsweise einer Oxidschicht,
erfolgen.
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Die
Herstellung der Feldplattendielektrikumsschicht 20 erfolgt
derart, dass nach Herstellen dieser Feldplattendielektrikumsschicht 20 im
Bereich der ursprünglichen
Gräben
(50 in 2A) Restgräben 50' verbleiben, die in dem Beispiel
eine geringere Breite als die ursprünglichen Gräben 50 besitzen. Die Herstellung
der ursprünglichen
Gräben 50 ist
dabei auf das Verfahren zur Herstellung der Feldplattendielektrikumsschicht 20 abgestimmt.
Soll eine bestimmte Dicke der Feldplattendielektrikumsschicht 20 und eine
bestimmte Breite der Restgräben 50' erreicht werden,
so kann bei Herstellen der Feldplattendielektrikumsschicht 20 durch
thermische Oxidation, bei der oberflächennahe Bereiche des Halbleiterkörpers 100 aufoxidiert
werden, die Grabenbreite der ursprünglichen Gräben 50 geringer gewählt werden
als bei Herstellen der Feldplattendielektrikumsschicht 20 durch
Abscheiden einer Dielektrikumsschicht.
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Nach
Herstellen der Feldplattendielektrikumsschicht 20 wird
eine Feldplattenschicht auf die Feldplattendielektrikumsschicht 20 aufgebracht,
was im Ergebnis in 2C dargestellt ist. Diese Feldplattenschicht 30 besteht
aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem
Metall oder einem hochdotierten polykristallinen Halbleitermaterial,
wie beispielsweise Polysilizium. Das Herstellen dieser Feldplattenschicht 30 erfolgt
derart, dass die Restgräben 50' wenigstens
bis auf Höhe
der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 aufgefüllt werden.
Unter ”Auffüllen” ist in
diesem Zusammenhang zu verstehen, dass das auffüllende Material von Seitenwand
zu Seitenwand reicht, so dass kein weiterer Restgraben verbleibt.
Bezugnehmend auf 2C kann das Herstellen dieser
Feldplattenschicht 30 insbesondere so erfolgen, dass die
Feldplattenschicht 30 die Restgräben 50' vollständig, d. h. bis nach oben hin,
auffüllt
und darüber
hinaus die Feldplattendielektrikumsschicht 20 oberhalb
der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 überdeckt.
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Die
Feldplattendielektrikumsschicht 20 – und gegebenenfalls die Feldplattenschicht 30 – werden anschließend mittels
eines Polierverfahrens soweit abgetragen, bis die erste Seite 101 des
Halbleiterkörpers 100 freiliegt.
Dies ist im Ergebnis in 2D dargestellt.
Das Polierverfahren ist beispielsweise ein mechanisches Polierverfahren
oder ein chemisch-mechanisches
Polierverfahren (CMP, Chemical Mechanical Polis hing). Nach Abschluss
dieser Verfahrensschritte sind Feldplatten 31 vorhanden, die
sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung
in den Halbleiterkörper 100 hineinerstrecken
und die durch Feldplattendielektrika 21 gegenüber Halbleiterbereichen
des Halbleiterkörpers 100 dielektrisch
isoliert sind. Die Feldplatten 31 resultieren dabei aus
der Feldplattenschicht 30, während die Feldplattendielektrika 21 aus
der Feldplattendielektrikumsschicht 20 resultieren. Die
Breite der Feldplatten 31 entspricht dabei der Breite der
Restgräben (50' in 2B),
in denen die Feldplattenschicht (30 in 2C)
abgeschieden wurde. Entsprechend der Grabenbreite und der Grabentiefe
ist die Breite der Feldplatten 31 von der gewünschten
Spannungsfestigkeit des Bauelements abhängig. Für die oben genannten Bauelemente
mit Spannungsfestigkeiten zwischen 50 V und 350 V beträgt die Breite
der Feldplatten beispielsweise zwischen etwa 300 nm und 2–2,5 μm.
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Die
bisher erläuterten
Verfahrensschritte werden für
alle späteren
Transistorzellen, d. h. sowohl für
die Transistorzellen im Innenbereich als auch für die Randzellen, gleichermaßen durchgeführt. Weitere
Verfahrensschritte, die nachfolgend anhand der 2E bis 2G erläutert werden,
unterscheiden sich für
Transistorzellen im Innenbereich und für Randzellen. Gräben mit
einer darin angeordneten Feldplatte und einem darin angeordneten
Feldplattendielektrikum, die Teil späterer Transistorzellen sind,
werden nachfolgend als erste Gräben
bezeichnet. Gräben
mit einer darin angeordneten Feldplatte und einem darin angeordneten
Feldplattendielektrikum, die Teil einer späteren Randzelle des Bauelements
sind, werden nachfolgend als zweite Gräben bezeichnet. Bezugnehmend
auf 2E wird über diesen
zweiten Graben, von denen in 2E nur
einer dargestellt ist, eine Schutzschicht 201 auf die Vorderseite 101 aufgebracht,
die die ersten Gräben freilässt. Das
Herstellen einer solchen Schutzschicht erfolgt beispielsweise durch
ganzflächiges
Abscheiden einer solchen Schutzschicht und anschließendes Strukturieren
der Schutzschicht unter Verwendung einer Maskentechnik. Die Schutzschicht
ist beispielsweise eine strukturierte Oxid-Hartmaske oder besteht
aus einem Material, das selektiv gegenüber einem Oxid ätzbar ist,
wie beispielsweise ein Photolack. Die Schutzschicht kann auch eine
Nitridschicht sein, die unter Verwendung einer Lackmaske strukturiert
wurde.
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Bezugnehmend
auf 2F wird das Feldplattendielektrikum 21 in
den ersten Gräben
ausgehend von der ersten Seite 101 abschnittsweise entfernt.
Hierzu eignet sich beispielsweise ein Ätzverfahren, welches die Feldplattendielektrika 21 selektiv gegenüber dem
Material des Halbleiterkörpers 100 und
gegenüber
den Feldplatten 31 ätzt,
so dass die Feldplattendielektrika in den ersten Gräben ausgehend
von der ersten Seite 101 zurückgeätzt werden. Hierdurch entstehen
Aussparungen 53, die zu den Seiten hin durch die Feldplatten 31 und
dem Halbleiterkörper 100 begrenzt
sind und die nach unten hin durch den verbliebenen Teil des Feldplattendielektrikums
begrenzt sind. Diese durch teilweises Entfernen von dielektrischem
Material entstandenen Feldplattendielektrika 22 werden
nachfolgend als erste Feldplattendielektrika bezeichnet. Die bereits
vor Durchführung
dieses Verfahrensschritts vorhandenen Feldplattendielektrika 21 der
Randzellen werden nachfolgend als zweite Feldplattendielektrika
bezeichnet.
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Die
Schutzschicht 201 schützt
während
der Verfahrensschritte, durch die das Feldplattendielektrikum in
den ersten Gräben
teilweise entfernt wird, das Feldplattendielektrikum 21 in
den zweiten Gräben.
Diese Schutzschicht 201 wird nach Durchführung dieser
Verfahrensschritte entfernt, was im Ergebnis in 2G dargestellt
ist.
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Nach
Herstellen der Feldplatten 31 und der ersten Feldplattendielektrika 22 in
den ersten Gräben sowie
der Feldplatten 31 und der zweiten Feldplattendielektrika 21 in
den zweiten Gräben
können übliche Verfahrensschritte
zur Fertigstellung des Bauelements, d. h. zur Herstellung der Gatedielektrika
und der Gateelektroden in den einzelnen Gräben, sowie der Bodyzonen und
der Sourcezonen erfolgen. Mögliche
Verfahrensschritte zur Herstellung der Gateelektroden 16 in
den ersten Gräben
werden nachfolgend anhand der 3A und 3B erläutert. Bezugnehmend
auf 3A wird zunächst
eine Gatedielektrikumsschicht 23 wenigstens in den Aussparungen 53 der
ersten Gräben
hergestellt. Das Herstellen dieser Gatedielektrikumsschicht 23 erfolgt
beispielsweise durch eine thermische Oxidation oder durch Abscheiden
einer zur Herstellung der Gatedielektrika geeigneten Dielektrikumsschicht 24,
wie beispielsweise einer Oxidschicht. Die Dicke der hergestellten Gatedielektrikumsschicht 23 ist
dabei dünner
als die zur Herstellung der Feldplattendielektrika 21, 22 hergestellten
Feldplattendielektrikumsschicht.
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Die
Dicke der Feldplattendielektrika hängt entsprechend der Grabenbreite
und der Grabentiefe von der gewünschten
Spannungsfestigkeit ab. Für die
oben genannten Bauelemente mit Spannungsfestigkeiten zwischen 50
V und 350 V beträgt
die Dicke der Feldplattendielektrika beispielsweise zwischen etwa
250 nm und 2–2,25 μm. Die Dicke
der Gatedielektrikumsschicht 23 bestimmt maßgeblich die
Einsatzspannung des Bauelements. Typische Wert für diese Dicke der Gatedielektrikumsschicht liegen
bei 50 nm bis 80 nm.
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Die
Dicke der hergestellten Dielektrikumsschicht 24 ist insbesondere
so bemessen, dass im Bereich der Aussparungen 53 Restaussparungen 53' verbleiben.
Diese Restaussparungen 53' werden
anschließend
mit einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem
Metall- oder einem hochdotierten polykristallinen Halbleitermaterial,
wie z. B. Polysilizium, aufgefüllt.
Hierdurch entstehen Gateelektroden 16, was im Ergebnis
in 3B dargestellt ist. Das Herstellen dieser Gateelektroden 16 erfolgt beispielsweise
durch ganzflächiges
Abscheiden einer Elektrodenschicht und anschließendes Strukturieren dieser
Elektrodenschicht derart, dass die Elektrodenschicht oberhalb der
ersten Seite 101 wieder entfernt wird. Das Halbleitergebiet,
das sich unterhalb der ersten Seite 101 und zwischen benachbarten
Gräben
befindet, wird als Mesagebiet bezeichnet. In diesem Mesa-Gebiet
werden während
nachfolgender Verfahrensschritte die Bodyzonen und die Sourcezonen
des Bauelements hergestellt, was im Ergebnis in 1 dargestellt
ist. Die zur Herstellung der Gateelektroden 16 abgeschiedene
Elektrodenschicht muss dabei wenigstens abschnittsweise oberhalb dieser
Mesagebiete entfernt werden, um eine Kontaktierung der Source- und
Bodyzonen des Bauelements zu ermöglichen.
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Die
Herstellung der Bodyzonen und der Sourcezonen erfolgt beispielsweise
durch Implantation und/oder Diffusion von Dotierstoffatomen über die erste
Seite 101 in den Halbleiterkörper. Die Ausdehnung der Bodyzone
(13 in 1) ausgehend von der Vorderseite 101 ist
dabei bestimmt durch die Bedingungen, unter denen die Bodyzone hergestellt
wird, wie beispielsweise Implantationsdosis und Implantationsenergie
und/oder Diffusionsdauer und Diffusionstemperatur. Die Abmessungen
der Bodyzone 13 sind über
diese Parameter vergleichsweise exakt einstellbar. Die Abmessungen
der Gateelektrode 16 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers, insbesondere
ein Abstand eines unteren Endes der Gateelektrode 16 bis
zur ersten Seite 101, der in 3B mit
d bezeichnet ist, ist bestimmt durch die Tiefe der Aussparungen 53,
die nach Freilegen der ersten Seite 101 hergestellt werden – und gegebenenfalls durch
die Dicke der auf den zweiten Feldplattendielektrika 22 noch
hergestellten Gatedielektrikumsschicht 24. Wird die Gatedielektrikumsschicht
hingegen durch eine thermische Oxidation hergestellt, so bestimmt
ausschließlich
die Tiefe der Aussparung 53 die vertikale Abmessung der
Gateelektrode 16. Denn, durch eine solche thermische Oxidation
wird zwar das Halbleitermaterial an Seitenwänden der Aussparung 53 oxidiert,
das Feldplattendielektrikum 22 wird jedoch nicht weiter
oxidiert. Die Tiefe der Aussparungen 53 ist dabei über das Ätzverfahren,
durch welches die Feldplattendielektrika ausgehend von der Vorderseite 101 geätzt werden, vergleichsweise exakt
einstellbar. Auch die Dicke einer in den Aussparungen 53 auf
den Feldplattendielektrika 22 gegebenenfalls abgeschiedenen
Gatedielektrikumsschicht 24 ist vergleichsweise exakt einstellbar.
Indem die Tiefe d der Gateelektroden 16 ausgehend von der
Vorderseite 101 bei dem erläuterten Verfahren gut reproduzierbar
ist, nämlich
insbesondere über
die Tiefe der Aussparungen 53, ist der Überlappungsbereich zwischen
der Gateelektrode und der Bodyzone bzw. umgekehrt zwischen der Gateelektrode
und der späteren
Driftzone (11 in 1) des Bauelements
gut reproduzierbar.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung von Feldplatten und Feldplattendielektrika
in den einzelnen Gräben
wird nachfolgend anhand der 4A bis 4E erläutert. Bezugnehmend
auf 4A wird bei diesem Verfahren zunächst eine
Feldplattendielektrikumsschicht 20 an freiliegenden Flächen der Gräben und
der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers hergestellt. Das Herstellen
dieser Feldplattendielektrikumsschicht 20 erfolgt beispielsweise
unter Verwendung der anhand der 2A und 2B erläuterten
Verfahrensschritte. Auf dieser Feldplattendielektrikumsschicht 20 wird
anschließend
eine Feldplattenschicht hergestellt, die in dem dargestellten Beispiel
mehrere Schichtabschnitte aufweist, nämlich erste Schichtabschnitte 32 aus
einem elektrisch leitenden Material in den ersten Gräben. Diese
ersten Schichtabschnitte aus dem elektrisch leitenden Material bilden
die späteren
Feldplatten des Bauelements 32 und sind lediglich im unteren
Bereich der Restgräben 50', d. h. im Abstand
zu der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet. Die Feldplattenschicht
umfasst zweite Schichtabschnitte 30' in den zweiten Gräben. Diese
zweite Schichtabschnitte 30' bestehen
aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem
Metall- oder einem hochdotierten polykristallinen Halbleitermaterial,
und füllen
die Restgräben
im Bereich der zweiten Gräben wenigstens
bis auf Höhe
der ersten Seite 101 auf. Die Feldplattenschicht umfasst
einen dritten Schichtabschnitt 40, der in dem dargestellten
Beispiel die Restgräben
im Bereich der ersten Gräben
vollständig auffüllt und
der darüber
hinaus die Feldplattendielektrikumsschicht 20 oberhalb
der ersten Seite 101 vollständig überdeckt. Diese dritte Teilschicht 40 besteht beispielsweise
aus einem dielektrischen Material, wie z. B. einem Nitrid. Die zweiten
Schichtabschnitte 30' und
die Feldplatten 32 der späteren Transistorzellen können aus
demselben Material bestehen.
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Die
weiteren, nachfolgend anhand der 4B bis 4E erläuterten
Verfahrensschritte entsprechen den anhand der 2D bis 2G bereits
erläuterten
Verfahrensschritten. Bezugnehmend auf 4B werden
die Feldplattendielektrikumsschicht 20 und die Feldplattenschicht
mittels eines Polierverfahrens soweit abgetragen, bis die erste Seite 101 des
Halbleiterkörpers 100 oberhalb
von Mesagebieten zwischen den einzelnen Gräben freiliegt. Ergebnis dieser
Verfahrensschritte sind die bereits zuvor in den ersten Gräben im unteren
Bereich vorhandenen Feldplatten 32, und oberhalb dieser Feldplatten 32 angeordnete
isolierende Platten 41, die die Restgräben 50 bis zur ersten
Seite 101 auffüllen.
Im Bereich der zweiten Gräben
sind Feldplatten 31 aus einem elektrisch leitenden Material
vorhanden, die bis an die erste Seite 101 des Halbleiterkörpers reichen.
Die Feldplatten 32 und isolierten Platten 41 im
Bereich der ersten Gräben
sowie die Feldplatten 31 im Bereich der zweiten Gräben sind
durch Feldplattendielektrika 21 gegenüber Halbleiterbereichen des
Halbleiterkörpers 100 dielektrisch
isoliert. Bezugnehmend auf 4C wird
anschließend über den
zweiten Gräben
die bereits zuvor erläuterte Schutzschicht 201 aufgebracht,
die die ersten Gräben
freilässt.
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Bezugnehmend
auf 4D werden anschließend im Bereich der ersten
Gräben
Aussparungen 53 erzeugt. Diese Aussparungen 53 sind
in diesem Fall zu den Seiten hin durch den Halbleiterkörper 100 und
die isolierten Platten 41 und nach unten hin durch die
nach teilweisem Entfernen von Dielektrikumsmaterial entstandenen
zweiten Feldplattendielektrika 22 begrenzt.
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Nach
Entfernen der Schutzschicht 201, was im Ergebnis in 4E dargestellt
ist, können
die anhand der 3A und 3B erläuterten
Verfahrensschritte zur Herstellung der Gateelektroden durchgeführt werden.
Des Weiteren können
die ebenfalls bereits zuvor erläuterten
Verfahrensschritte zur Herstellung der Body- und Sourcezonen hergestellt
werden. Ergebnis eines solchen Herstellungsverfahrens ist ein Transistorbauelement
mit Transistorzellen, wie sie im mittleren Teil der 1 dargestellt
sind, also Transistorzellen, die eine Feldplatte 32 aufweisen, die
in vertikaler Richtung nicht bis an eine erste Seite 101 des
Halbleiterkörpers
reichen, sondern an die sich in Richtung der ersten Seite 101 eine
isolierende Platte anschließt.
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Ein
mögliches
Verfahren zur Herstellung der anhand von 4A erläuterten
Feldplattenschicht mit drei unterschiedlichen Teilschichten wird
nachfolgend anhand der 5A bis 5D erläutert. Nach Herstellen
der Feldplattendielektrikumsschicht 20 an freiliegenden
Flächen
der Gräben
und oberhalb der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 werden die
entstandenen Restgräben 50 anschließend mit einer
Schicht 33 aus einem elektrisch leitenden Material wenigstens
bis auf Höhe
der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 aufgefüllt. Das
Herstellen dieser Schicht aus elektrisch leitendem Material kann dabei
insbesondere derart erfolgen, dass diese Schicht die Feldplattendielektrikumsschicht 20 vollständig überdeckt,
wie dies in dem Beispiel gemäß 5A dargestellt
ist. Bezugnehmend auf 5B wird die elektrisch leitfähige Schicht 33 anschließend oberhalb
der ersten Seite 101 von der Feldplattendielektrikumsschicht 20 entfernt.
Dieses Entfernen der elektrischen Schicht 33 erfolgt beispielsweise
mittels eines Ätzverfahrens.
Das Ätzverfahren
wird dabei solange durchgeführt,
bis die Schicht 33 vollständig von der Feldplattendielektrikumsschicht 20 oberhalb
der ersten Seite 101 entfernt wurde. Ergebnis sind Schichtabschnitte 33' der elektrisch
leitenden Schicht 33, die nur noch in den Restgräben 50' vorhanden sind
und die diese Restgräben 50' in vertikaler
Richtung wenigstens bis auf Höhe
der ersten Seite 101 – in
dem Beispiel sogar noch darüber
hinaus – auffüllen.
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Oberhalb
der zweiten Gräben
wird bezugnehmend auf 5C anschließend eine Schutzschicht 202 aufgebracht,
die die ersten Gräben
freilässt.
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Bezugnehmend
auf 5D werden die in den Restgräben der ersten Gräben verbliebenen
Abschnitte 33' der
elektrisch leitenden Schicht zurückgeätzt, so
dass die Feldplatten 32 in diesen ersten Gräben entstehen.
Die Schutzschicht 202 schützt dabei den Abschnitt 33' der elektrisch
leitenden Schicht in den zweiten Gräben. Anschließend wird
die Schutzschicht 202 entfernt und die Isolationsschicht 40 wird
auf der so entstandenen Anordnung abgeschieden, was im Ergebnis
zu der in 4A dargestellten Anordnung führt.