DE102009027008B4 - Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements oder eines Transistorbauelements mit einer dünnen Fremdmaterialschicht in einem Halbleiterkörper - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements oder eines Transistorbauelements mit einer dünnen Fremdmaterialschicht in einem Halbleiterkörper Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer in einem Halbleiterkörper (100) angeordneten Fremdmaterialschicht (21), das aufweist: Herstellen eines Grabens (10), der zwei gegenüberliegende Seitenwände (11, 12) und einen Boden (13) aufweist, in dem Halbleiterkörper (100); Herstellen einer Fremdmaterialschicht (21) auf einer ersten (11) der beiden Seitenwände des Grabens; Auffüllen des Grabens (10) durch epitaktisches Abscheiden eines Halbleitermaterials auf den Halbleiterkörper an der zweiten (12) der beiden Seitenwände und dem Boden (13) des Grabens (10).

Description

  • Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen ist es in vielen Fällen erforderlich, eine Fremdmaterialschicht, d.h. einer Materialschicht, die nicht aus einem Halbleitermaterial besteht, in einem Halbleiterkörper herzustellen. Solche Materialschichten sind beispielsweise Dielektrikumsschichten, die in Kondensatoren als Kondensatordielektrikum oder die in MOS-Transistoren als Gate-Dielektrikum oder Feldplattendielektrikum eingesetzt werden. Solche Materialschichten können darüber hinaus auch aus einem leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall oder einer Metall-Halbleiter-Verbindung bestehen.
  • Zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht, die sich in einer vertikalen Richtung in einem Halbleiterkörper erstreckt, kann ein Graben hergestellt werden, der anschließend mit dem gewünschten Fremdmaterial aufgefüllt wird. Die Herstellung sehr dünner Schichten, die sich zudem tief in den Halbleiterkörper hinein erstrecken, ist mittels eines solchen Verfahrens allerdings schwierig, da hierzu Gräben mit einem hohen Aspektverhältnis (Verhältnis von Tiefe zu Breite des Grabens) hergestellt werden müssten. Solche Gräben mit einem hohen Aspektverhältnis sind entweder nur aufwändig oder ab einem bestimmten Aspektverhältnis, beispielsweise größer als 1000:1, wirtschaftlich gar nicht herstellbar.
  • Beispielsweise bei vertikalen Leistungsbauelementen, die eine Driftzone und eine benachbart zu der Driftzone angeordnete Driftsteuerzone aufweisen, die durch ein Driftsteuerzonendielektrikum dielektrisch gegeneinander isoliert sind, werden sehr dünne Fremdmaterialschichten als Driftsteuerzonendielektrikum benötigt. Die Driftzone dient bei diesen Bauelementen – wie auch die Driftsteuerzone – zur Aufnahme einer Sperrspannung bei sperrend angesteuertem Bauelement, die Driftsteuerzone dient zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Driftzone bei leitend angesteuertem Bauelement. Die Dicke dieses Driftsteuerzonendielektrikums sollte dabei möglichst gering sein, um eine effektive Steuerung des leitenden Kanals zu ermöglichen. Darüber hinaus sollte sich dieses Driftsteuerzonendielektrikum in vertikaler Richtung über die gesamte Länge der Driftzone erstrecken.
  • Die US 5 494 837 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines lateralen Halbleiterbauelements. Dieses Verfahren umfasst das Herstellen von zwei in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordneten Gräben, das Herstellen einer Schutzschicht auf jeweils einer Seitenwand der Gräben, das Herstellen einer Isolationsschicht an der jeweils anderen Seitenwand und dem Boden der Gräben, das Entfernen der Schutzschicht und das epitaktische Aufwachsen einer Halbleiterschicht auf die nach Entfernen der Schutzschicht freiliegende Seitenwand der Gräben.
  • Die US 5 212 110 A beschreibt ein Verfahren zur Herstellung komplementärer Transistoren in einem Halbleiterkörper. Dieses Verfahren umfasst das Herstellen eines Grabens in dem Halbleiterkörper, das Herstellen von Seitenwandschichten an Seitenwänden des Grabens, das Auffüllen des Grabens durch epitaktisches Aufwachsen eines Halbleitermaterials auf dem Boden des Grabens, das Entfernen der Seitenwandschichten und das Auffüllen der durch Entfernen der Seitenwandschichten entstehenden Gräben mit einem Isolationsmaterial.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements oder eines Transistorbauelements mit einer dünnen Fremdmaterialschicht in einem Halbleiterkörper zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 oder durch ein Verfahren nach Anspruch 27 gelöst.
  • Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer in einem Halbleiterkörper angeordneten Fremdmaterialschicht umfasst: das Herstellen eines Grabens, der zwei gegenüberliegende Seitenwände und einen Boden aufweist, in dem Halbleiterkörper; das Herstellen einer Fremdmaterialschicht auf einer ersten der beiden Seitenwände des Grabens; und das Auffüllen des Grabens durch epitaktisches Abscheiden eines Halbleitermaterials auf die zweite der beiden Seitenwände und den Boden des Grabens.
  • Eine dünne Halbleiterschicht kann hergestellt werden, indem die Fremdmaterialschicht aus dem Halbleiterkörper entfernt und durch eine Halbleiterschicht ersetzt wird.
  • Verschiedene Beispiele 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.
  • 1 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Materialschicht in einem Halbleiterkörper anhand von vertikalen Querschnitten durch den Halbleiterkörper während verschiedener Verfahrensschritte.
  • 2 veranschaulicht weitere Verfahrensschritte, durch die eine hergestellte Materialschicht durch eine weitere Materialschicht ersetzt wird.
  • 3 veranschaulicht anhand eines vertikalen Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein Beispiel eines Verfahrens im Ergebnis, bei dem mehrere Materialschichten in dem Halbleiterkörper hergestellt werden.
  • 4 veranschaulicht anhand eines Querschnitts durch einen Halbleiterkörper ein weiteres Beispiel eines Verfahrens im Ergebnis, bei dem mehrere Materialschichten in dem Halbleiterkörper hergestellt werden.
  • 5 zeigt einen lateralen Querschnitt durch den Halbleiterkörper nach Herstellen der Materialschicht mittels eines Verfahrens bei dem ein langgestreckter Graben in dem Halbleiterkörper hergestellt wird.
  • 6 zeigt einen lateralen Querschnitt durch den Halbleiterkörper nach Herstellen der Materialschicht mittels eines Verfahrens bei dem ein ringförmiger Graben in dem Halbleiterkörper hergestellt wird.
  • 7 veranschaulicht ein erstes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Materialschicht an nur einer Seitenwand eines Grabens eines Halbleiterkörpers.
  • 8 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Materialschicht an nur einer Seitenwand eines Grabens eines Halbleiterkörpers.
  • 9 zeigt eine Grundstruktur eines Halbleiterbauelements, das eine Driftzone, eine benachbart zu der Driftzone angeordnete Driftsteuerzone und ein Driftsteuerzonendielektrikum aufweist.
  • 10 veranschaulicht ein erstes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums für ein Bauelement gemäß 9.
  • 11 zeigt ein erstes Beispiel eines Bauelements, das nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte, die sich an die Verfahrensschritte gemäß 10 anschließen, erhalten wird.
  • 12 zeigt ein zweites Beispiel eines Bauelements, das nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte, die sich an die Verfahrensschritte gemäß 10 anschließen, erhalten wird.
  • 13 veranschaulicht ein zweites Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums für ein Bauelement gemäß 9.
  • 14 zeigt ein Beispiel eines Bauelements, das nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte, die sich an die Verfahrensschritte gemäß 13 anschließen, erhalten wird.
  • 15 veranschaulicht ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Materialschicht an nur einer Seitenwand eines Grabens eines Halbleiterkörpers.
  • 16 veranschaulicht weitere Verfahrensschritte ausgehend von einer durch das Verfahren gemäß 15 erhaltenen Struktur.
  • 17 zeigt eine Detaildarstellung einer in einem Halbleiterkörper hergestellten Materialschicht zur Erläuterung eines weiteren Verfahrens zur Herstellung einer Materialschicht.
  • 18 veranschaulicht ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschicht in einem Halbleiterkörper.
  • 19 veranschaulicht ein Beispiel eines Verfahrens gemäß 18 im Detail.
  • 20 veranschaulicht ein erstes Beispiel einer Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterschicht in einem Halbleiterkörper bei der Herstellung eines Transistors.
  • 21 veranschaulicht zweites Beispiel einer Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiterschicht in einem Halbleiterkörper bei der Herstellung eines Transistors.
  • Die 1A bis 1C veranschaulichen ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht in einem Halbleiterkörper 100. Zur Erläuterung des Verfahrens zeigen die 1A bis 1C jeweils schematisch einen Querschnitt durch einen Teil des Halbleiterkörpers 100. Der Halbleiterkörper 100 weist eine erste Seite 101 auf; die in den Figuren dargestellte Schnittebene ist eine vertikale Schnittebene und verläuft damit senkrecht zu dieser ersten Seite 101.
  • Der Halbleiterkörper 100 besitzt eine Ausdehnung in einer vertikalen Richtung x. Bezugnehmend auf 1A ist das die Richtung, die senkrecht zu der ersten Seite 101 verläuft. Der Halbleiterkörper 100 besitzt außerdem eine Ausdehnung in einer ersten lateralen Richtung y und in einer zweiten lateralen Richtung z, die jeweils senkrecht zu der vertikalen Richtung x verlaufen. In den Figuren ist die erste laterale Richtung y beispielsweise eine Richtung, die in der Zeichenebene senkrecht zu der vertikalen Richtung x verläuft. Die zweite laterale Richtung z verläuft in den Figuren beispielsweise senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene und senkrecht zu der vertikalen Richtung x. Sofern in der nachfolgenden Erläuterung nichts anderes explizit angegeben ist, bezeichnet "laterale Richtung" stets die in den Figuren dargestellte erste laterale Richtung y.
  • Das nachfolgend erläuterte Verfahren dient zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht, die sich in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt. Unter einer solchen "vertikalen Erstreckung" ist dabei zu verstehen, dass eine Richtung, in welcher sich diese Fremdmaterialschicht erstreckt, wenigstens einen Richtungsanteil besitzt, der in vertikaler Richtung x des Halbleiterkörpers 100 verläuft. Unter einer Fremdmaterialschicht mit vertikaler Erstreckung ist bezugnehmend auf die bisherigen Erläuterungen somit eine Schicht zu verstehen, die senkrecht zu der ersten Seite 101 verläuft. Unter einer sich in vertikaler Richtung erstreckenden Fremdmaterialschicht ist nachfolgend jedoch auch eine solche Schicht zu verstehen, die "schräg" gegenüber der ersten Seite 101 verläuft, die also sowohl einen Richtungsanteil in vertikaler Richtung x, als auch einen Richtungsanteil in der ersten lateralen Richtung y besitzt. Der kleinere der beiden Winkel, den die Fremdmaterialschicht in diesem Fall mit der ersten Seite 101 einschließt, ist dabei insbesondere größer als 45°.
  • Unter einer "Fremdmaterialschicht" ist im Zusammenhang mit der nachfolgenden Erläuterung eine Schicht aus einem Material zu verstehen, das sich von dem Material des Halbleiterkörpers 100 unterscheidet. Der Unterschied kann dabei in der Art des Materials selbst oder in dessen Dotierung bestehen. Diese Schicht ist beispielsweise eine Dielektrikumsschicht, wie z.B. ein Oxid oder ein Nitrid, eine Schicht aus einem elektrisch leitenden Material, wie z.B. eine Schicht aus einem Metall oder einer Metall-Halbleiter-Verbindung, wie z.B. ein Silizid, oder eine Schicht aus einem anderen Halbleitermaterial wie das des Halbleiterkörpers. Die Fremdmaterialschicht kann auch eine Schicht aus demselben Material wie der Halbleiterkörper sein, die sich hinsichtlich ihrer Dotierung von der Dotierung des Halbleiterkörpers in dem Bereich unterscheidet, in dem die Fremdmaterialschicht ausgebildet ist.
  • Bezugnehmend auf 1A ist bei dem Verfahren zur Herstellung der Fremdmaterialschicht vorgesehen, einen Graben 10 herzustellen, der sich ausgehend von der ersten Seite 101 in den Halbleiterkörper hinein erstreckt. Dieser Graben 10 besitzt erste und zweite Seitenwände 11, 12, die sich gegenüberliegen und einen Boden 13. Der Graben 10 besitzt außer einer Ausdehnung in der vertikalen Richtung x eine Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung y und eine Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung z. Die Ausdehnung des Grabens 10 in der vertikalen Richtung x wird nachfolgend als Tiefe, die Ausdehnung in der ersten lateralen Richtung y wird nachfolgend als Breite des Grabens, und die Ausdehnung in der zweiten lateralen Richtung z wird nachfolgend als Länge des Grabens bezeichnet. Die Länge des Grabens, die in den 1A bis 1C nicht explizit dargestellt ist, ist dabei größer als die Breite des Grabens.
  • Der Graben 10 kann so hergestellt werden, dass dessen Seitenwände 11, 12 senkrecht zu der ersten Seite 101 verlaufen, wie dies in 1A anhand einer durchgezogenen Linie veranschaulicht ist. Der Graben 10 kann allerdings auch so hergestellt werden, dass dessen Seitenwände schräg gegenüber der ersten Seite 101 verlaufen, so dass die Breite des ausgehend von der ersten Seite 101 mit zunehmender Tiefe des Graben kleiner wird. Ein solcher Graben mit abgeschrägten Seitenwänden ist in 1A durch strichpunktierte Linien dargestellt. Die Art des Grabens – ob mit senkrecht verlaufenden oder mit abgeschrägten Seitenwänden – ist vom Herstellungsverfahren abhängig, durch welches der Graben 10 hergestellt wird. Darüber hinaus kann ein Graben auch zwei oder mehr Grabenabschnitte aufweisen, von denen einige senkrecht zu der ersten Seite und andere schräg gegenüber der ersten Seite verlaufen. Es können insbesondere mehrere senkrecht verlaufende und mehrere schräg verlaufende Abschnitte vorgesehen sein, die in vertikaler Richtung einander abwechseln.
  • Die Grabenform, d.h. ob mit schräg verlaufenden oder mit senkrechten Seitenwänden, ist von der Art des zur Herstellung des Grabens angewendeten Ätzverfahrens bzw. Ätzprozesses abhängig. Bei Verwendung eines trockenchemischen Ätzprozesses ist die Grabenform von den Prozessparametern wie Zusammensetzung des Ätzgases, Druck, Temperatur, Gasflüsse, etc. abhängig.
  • Die Herstellung des Grabens 10 erfolgt beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens unter Verwendung einer Maske 201, die auf die erste Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 aufgebracht ist. Diese Maske weist eine Aussparung auf, die die Position des Grabens sowie dessen Abmessungen in den lateralen Richtungen y, z bestimmt. Das Ätzverfahren, durch welches der Graben 10 in den Halbleiterkörper 100 geätzt wird, ist beispielsweise ein anisotropes Ätzverfahren.
  • Die Breite des Grabens beträgt beispielsweise zwischen 0,2 µm and 10µm, insbesondere zwischen 0,2µm und 5µm. Die Tiefe des Grabens beträgt beispielsweise zwischen 10µm und 100µm, insbesondere zwischen 20µm und 80µm. Die Tiefe kann jedoch auch größer als die angegebenen 100µm sein.
  • Der Halbleiterkörper besteht beispielsweise aus einem monokristallinen Halbleitermaterial, wie z.B. Silizium. Halbleiterkristalle besitzen bekanntlich verschiedene Kristallebenen. Die Herstellung des Grabens 10 bei Verwendung von Silizium als Material für den Halbleiterkörper 100 erfolgt beispielsweise derart, dass die Seitenwand des Grabens, an der die nachfolgend noch zu erläuternde Fremdmaterialschicht hergestellt wird, vollständig oder wenigstens abschnittsweise in einer <010>-Kristallebene des Kristallgitters verläuft. Für bestimmte Fremdmaterialschichten, wie z.B. Fremdmaterialschichten aus einem Halbleiteroxid, ist eine Ausrichtung der Seitenwand in dieser Kristallebene deshalb günstig, weil dadurch Grenzflächenzustände und fixe Ladungen des Oxids minimiert werden können, was die Sperreigenschaften des gefertigten Bauelements positiv beeinflussen kann. Außerdem kann sich diese Kristallebene günstig auf die Kristallqualität während eines späteren, noch zu erläuternden epitaktischen Wachstums auswirken. Eine exakte Ausrichtung der Grabenseitenwand gegenüber der genannten <010>-Ebene ist nicht erforderlich, sondern es kann eine Fehlorientierung bzw. Abweichung bezüglich dieser <010>-Ebene toleriert werden, die beispielsweise maximal 15° beträgt.
  • Bezugnehmend auf 1B wird nach Herstellen des Grabens 10 an einer ersten der beiden Seitenwände 11, 12 des Grabens 10 eine Fremdmaterialschicht 21 hergestellt, die aus einem Material besteht, das sich von dem Material des Halbleiterkörpers unterscheidet. Diese Fremdmaterialschicht 21 reicht in dem dargestellten Beispiel über die gesamte Länge der ersten Seitenwand 11 von der ersten Seite 101 bis an den Boden 13 des Grabens 10. Eine Dicke dieser Fremdmaterialschicht, d.h. deren Abmessung in der ersten lateralen Richtung y liegt beispielsweise zwischen 10nm und 200nm. Die Fremdmaterialschicht 21 besteht beispielsweise aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise einem Oxid oder einem Nitrid. Die Fremdmaterialschicht kann jedoch auch aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall oder einer Metall-Halbleiterverbindung bestehen. Die Dicke dieser Fremdmaterialschicht ist dabei insbesondere abhängig von den Herstellungsbedingungen, unter denen die Schicht 21 hergestellt wird.
  • Die Fremdmaterialschicht 21 kann bereits eine gewünschte Materialschicht sein, die abschließend in dem Halbleiterkörper 100 verbleibt. Die Fremdmaterialschicht 21 kann in noch zu erläuternder Weise zu einem anderen Zeitpunkt des Verfahrens wieder entfernt und durch eine letztendlich in dem Halbleiterkörper verbleibende weitere Fremdmaterialschicht ersetzt werden, die aus einem Material besteht, das sich von dem Material des Halbleiterkörpers 100 unterscheidet.
  • Bezugnehmend auf 1C wird der Graben 10 nach Herstellen der Fremdmaterialschicht 21 aufgefüllt, indem eine Halbleiterschicht 30 epitaktisch auf der der ersten Seitenwand 11 gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 12 und dem Boden 13 des Grabens 10 abgeschieden wird. 1C zeigt den Halbleiterkörper 100 nach Abscheiden dieser Halbleiterschicht 30. Der Abscheideprozess wird so lange durchgeführt, bis der Graben 10 vollständig mit Halbleitermaterial aufgefüllt ist, d.h. ausgehend von der zweiten Seite 12 und dem Boden 13 des ursprünglichen Grabens 10 vollständig mit Halbleitermaterial "zugewachsen" ist.
  • Durch den Abscheideprozess wird Halbleitermaterial auch auf die erste Seite 101 des Halbleiterkörpers aufgebracht. Dieses auf die erste Seite 101 aufgebrachte Halbleitermaterial kann anschließend abgetragen werden, was im Ergebnis in 1D dargestellt ist. Das Abtragen dieses Halbleitermaterials von der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers erfolgt beispielsweise durch grundsätzlich bekannte Ätz-, Polier- oder Schleifprozesse. Das Abtragen des auf die erste Seite 101 aufgebrachten Halbleitermaterials erfolgt insbesondere so weit, bis die zuvor an der ersten Seitenwand 11 hergestellte Fremdmaterialschicht 21 abschnittsweise an der ersten Seite 101 frei liegt.
  • Um Halbleitermaterial zu sparen, bzw. um nur wenig Halbleitermaterial von der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 abtragen zu müssen, kann bei Abscheiden der Halbleiterschicht 30 die erste Seite 101 wenigstens abschnittsweise durch eine Maskenschicht vor dem Aufbringen der Epitaxieschicht geschützt werden. Eine solche Maskenschicht ist in 1C gestrichelt dargestellt und mit dem Bezugszeichen 206 bezeichnet. Die gestrichelte Linie in 1C veranschaulicht die Abmessungen der Halbleiterschicht 30 in lateraler Richtung für den Fall, dass eine solche Maskenschicht oberhalb der ersten Seite 101 anschließend an einer der Seitenwände – in dem Beispiel die erste Seitenwand 11 – vorhanden ist. Das Abscheiden der Epitaxieschicht erfolgt beispielsweise durch einen sogenannten selektiven Epitaxieprozess, durch den gewährleistet ist, dass die Epitaxieschicht nur auf freiliegende Bereiche des Halbleiterkörpers, nicht jedoch auf der Maskenschicht und der Fremdmaterialschicht 21 hergestellt wird. Die Maskenschicht 206 kann beispielsweise aus dem selben Material wie die Fremdmaterialschicht 21 bestehen.
  • In nicht näher dargestellter Weise besteht auch die Möglichkeit, eine Maskenschicht vorzusehen, die auf der ersten Seite 101 anschließend an beide Grabenseitenwände 11, 12 angeordnet ist. Diese Maske ist beispielsweise die anhand von 1A bereits erläuterte Maske 201, die zum Herstellen des Grabens 10 dient und die während der übrigen Verfahrensschritte bis zu dem Epitaxieverfahren auf der Vorderseite 101 verbleibt. Diese Maske 201 kann eine Hartmaske, wie z.B. eine Oxidmaske, sein. Auf dieser Maske 201 wächst bei der späteren selektiven epitaktischen Füllung des Grabens 10 kein Halbleitermaterial an, womit bei der Planarisierung weniger Halbleitermaterial rückpoliert werden muss. Ein Vorteil, die Maske 201 nach der Ätzung des Grabens 10 an der ersten Seite 101 nicht zu ätzen, besteht darin, dass ein zum Entfernen der Maske 201 erforderliches anisotropes Rückätzen zu verstärkter Kristallschädigung des Grabenbodens 13 führen würde. Eine solche Kristallschädigung des Grabenbodens würde das Anwachsen der epitaktischen Füllung stören. Diese Probleme treten nicht auf, wenn die Maske 201 bis nach dem epitaktischen Auffüllen des Grabens 101 an der Vorderseite 101 verbleibt und erst dann entfernt wird.
  • Ergebnis der zuvor erläuterten Verfahrensschritte ist ein monokristalliner Halbleiterkörper 100, in dem eine Fremdmaterialschicht 21 angeordnet ist, die sich ausgehend von der ersten Seite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hineinerstreckt. Lediglich zum Verständnis sind in 1D die Abmessungen des ursprünglichen Grabens 10 gestrichelt dargestellt. Das Bezugszeichen 31 in 1D bezeichnet solche Halbleiterbereiche des Halbleiterkörpers 100, die durch epitaktisches Abscheiden von Halbleitermaterial in dem Graben hergestellt wurden. Das Bezugszeichen 102 in den 1A bis 1D bezeichnet Abschnitte des Halbleiterkörpers 100, die bereits vor Herstellen des Halbleitergrabens 10 vorhanden waren. Die epitaktisch abgeschiedene Halbleiterschicht 30 kann die gleiche Dotierung wie die "ursprünglichen" Bereiche 102 des Halbleiterkörpers 100 besitzen, kann jedoch auch unterschiedlich dazu dotiert sein. Die strichpunktierten Linien in 1D veranschaulichen eine Hilfsmaterialschicht 21, die durch die zuvor erläuterten Verfahrensschritte dann erhalten wird, wenn zu Beginn des Verfahrens ein schräg verlaufender Graben 10 hergestellt wird.
  • Mit dem zuvor erläuterten Verfahren lässt sich eine Fremdmaterialschicht 21 mit hohem Aspektverhältnis schnell und kostengünstig herstellen. Das Aspektverhältnis dieser Hilfsmaterialschicht 21 ist bestimmt durch die Dicke mit der die Hilfsmaterialschicht 21 an der ersten Seitenwand 11 des Grabens hergestellt wird und ist bestimmt durch die Tiefe des Grabens 10. Der Graben 10 selbst kann bei diesem Verfahren ein deutlich geringeres Aspektverhältnis als die Fremdmaterialschicht 21 besitzen. Dies ist insofern vorteilhaft, da Gräben mit einem niedrigen Aspektverhältnis einfach und kostengünstig herstellbar sind. Ein Auffüllen des Grabens mit einem monokristallinen Halbleitermaterial wird bei dem erläuterten Verfahren auf einfache Weise dadurch erreicht, dass Halbleitermaterial epitaktisch auf der der Fremdmaterialschicht 21 gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 12 sowie dem Boden 13 des Grabens abgeschieden wird. Die Dicke der Epitaxieschicht 30, die abzuscheiden ist, um den Graben vollständig aufzufüllen, entspricht dabei der Breite des Grabens abzüglich der Dicke der Fremdmaterialschicht. Die Grabenbreite liegt beispielsweise im Bereich zwischen 0,2µm und 10µm. Epitaxieschichten mit einer solche Dicke lassen sich rasch und kostengünstig herstellen.
  • Wie bereits erläutert kann die Fremdmaterialschicht 21, deren Herstellung anhand von 1 erläutert wurde, eine gewünschte, in dem Halbleiterkörper 100 herzustellende und in dem Halbleiterkörper 100 verbleibende Materialschicht sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, diese Fremdmaterialschicht 21 nach Auffüllen des Grabens mit der monokristallinen Halbleiterschicht 30 durch eine weitere Fremdmaterialschicht 23 zu ersetzen. Bezugnehmend auf 2A wird hierzu nach Auffüllen des Grabens mit der monokristallinen Halbleiterschicht 30 und nach optionalem Planarisieren der Oberfläche die Fremdmaterialschicht ausgehend von der ersten Seite 101 aus dem Halbleiterkörper 100 entfernt. Zum Entfernen der Fremdmaterialschicht eignet sich beispielsweise ein Ätzverfahren, durch welches die Hilfsmaterialschicht 21 selektiv zu dem Material des Halbleiterkörpers 100 geätzt wird. Nach Entfernen der Fremdmaterialschicht 21 wird ein so entstandener Graben 10' mit dem für die weitere Fremdmaterialschicht 23 gewünschten Material aufgefüllt, was im Ergebnis in 2B dargestellt ist. Diese weitere Fremdmaterialschicht kann hierbei als homogene Schicht aus einem Material hergestellt werden. Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, die weitere Fremdmaterialschicht mit einer Sandwichstruktur herzustellen, indem mehrere Schichten aufeinanderfolgend an den Seitenwänden und dem Boden des nach Entfernen der Fremdmaterialschicht 21 entstandenen Grabens 10' abgeschieden oder hergestellt werden. Bei einem Beispiel ist hierzu vorgesehen, zunächst eine Oxidschicht an den Seitenwänden und dem Boden dieses Grabens herzustellen. Diese Oxidschicht wird beispielsweise durch thermische Oxidation hergestellt. Anschließend können beispielsweise eine Siliziumnitridschicht (Si3N4), eine Aluminiumoxidschicht (Al2O3) oder eine Schicht aus einem abgeschiedenen Oxid hergestellt werden. Auch ein Schichtstapel mit zwei oder mehr der zuletzt genannten Schichten können auf der Oxidschicht hergestellt werden. Ergebnis eines solchen Verfahrens ist eine Fremdmaterialschicht 23 mit hohem Aspektverhältnis. Das Aspektverhältnis kann dabei dem Aspektverhältnis der zuerst hergestellten Fremdmaterialschicht 21 entsprechen. Das Aspektverhältnis kann allerdings auch etwas geringer sein, als das Aspektverhältnis der zuerst hergestellten Fremdmaterialschicht 21, nämlich beispielsweise dann, wenn nach Entfernen der Hilfsmaterialschicht 21 ein thermisches Oxid hergestellt wird. Die Herstellung eines solchen thermischen Oxids "verbraucht" Halbleitermaterial in der ersten lateralen Richtung, woraus eine Fremdmaterialschicht resultiert, die etwas dicker ist als die ursprünglich hergestellte Hilfsmaterialschicht 21.
  • In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass bei allen nachfolgend erläuterten Strukturen, bei denen der Graben 10 mit einem Halbleitermaterial aufgefüllt ist, die in diesen Strukturen vorhandene erste Fremdmaterialschicht 21 in der anhand von 2 erläuterten Weise durch eine weitere Fremdmaterialschicht 23 ersetzt werden kann.
  • Selbstverständlich können durch das zuvor erläuterte Verfahren mehrere Fremdmaterialschichten gleichzeitig in dem Halbleiterkörper 100 hergestellt werden. 3 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100 in dem mehrere Fremdmaterialschichten 21 hergestellt wurden, die in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. 3 zeigt eine Halbleiterstruktur, bei der die Fremdmaterialschicht jeweils an gleichen – d.h. im vorliegenden Fall den rechten – Seitenwänden der zuvor erzeugten Gräben hergestellt wurde.
  • 4 zeigt eine Halbleiterstruktur im Querschnitt, bei der die Fremdmaterialschichten 21 vor Auffüllen der Gräben an unterschiedlichen Grabenseitenwänden, d.h. im einen Fall an der linken Grabenseitenwand und im anderen Fall an der rechten Grabenseitenwand, hergestellt wurde.
  • Der Graben 10, an dessen erster Seitenwand 11 die Fremdmaterialschicht 21 hergestellt wird, kann ein langgestreckter Graben sein, also ein Graben, dessen Länge ein Vielfaches, beispielsweise mehr als das hundertfache, der Grabenbreite beträgt. 5 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100, in dem eine Fremdmaterialschicht 21 angeordnet ist, die unter Verwendung eines solchen langgestreckten Grabens hergestellt wurde. Zur Orientierung ist die Lage der in 5 dargestellten Schnittebene A-A in 1D dargestellt.
  • Grundsätzlich kann der Graben außer einer langgestreckten Geometrie eine beliebige Geometrie besitzen. Dieser Graben kann insbesondere ein ringförmig verlaufender Graben sein. 6 zeigt einen horizontalen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100, in dem eine Fremdmaterialschicht 21 unter Verwendung eines solchen ringförmig verlaufenden Grabens hergestellt wurde. Der Graben ist in dem dargestellten Beispiel ein rechteckförmig verlaufender Graben, so dass die Fremdmaterialschicht 21 ebenfalls einen rechteckförmigen Verlauf besitzt. In dem Beispiel gemäß 6 ist die Epitaxieschicht 31 in horizontaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 innerhalb eines durch die Fremdmaterialschicht 21 gebildeten Rings angeordnet. Diese Anordnung resultiert daraus, dass die Fremdmaterialschicht nach Herstellen des ringförmigen Grabens auf eine äußere Seitenwand des Grabens aufgebracht wurde, so dass der Graben von der inneren Seitenwand her durch epitaktisches Abscheiden eines Halbleitermaterials aufgefüllt wurde. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit, die Fremdmaterialschicht 21 auf die innere Seitenwand eines ringförmigen Grabens aufzubringen und den Graben dann von der äußeren Seitenwand her durch Abscheiden eines epitaktischen Materials aufzufüllen. Die Fremdmaterialschicht 21 hätte in diesem Fall einen Verlauf, wie er in 6 gestrichelt für den Verlauf der Grenze der Epitaxieschicht 31 dargestellt ist.
  • Ein erstes Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung der Fremdmaterialschicht 21 an nur einer der sich gegenüberliegenden Seitenwände 11, 12 des Grabens 10 wird nachfolgend anhand der 7A bis 7C erläutert. Bei diesem Verfahren wird nach Herstellen des Grabens 10 eine Fremdmaterialschicht zunächst ganzflächig abgeschieden, d.h. sowohl am Boden 13, als auch an beiden sich gegenüberliegenden Seiten 11, 12 des Grabens. Sofern die erste Seite 101 des Grabens – wie im dargestellten Fall – nicht durch eine Schutzschicht bedeckt ist, wird die Fremdmaterialschicht 20 auch auf der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 hergestellt. Das Herstellen dieser Fremdmaterialschicht 20 erfolgt beispielsweise durch Abscheiden eines für die Fremdmaterialschicht gewünschten Materials, wie z.B. eines Oxids oder eines Nitrids, oder durch thermische Oxidation freiliegender Bereiche des Halbleiterkörpers 100.
  • Entsprechend der Erläuterungen zu 1C besteht bei dem anhand der 7A bis 7C erläuterten Verfahren die Möglichkeit, eine zum Herstellen des Grabens 10 verwendete Maske (201 in 1A) während der erläuterten Verfahrensschritte auf der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 zu belassen. Die Fremdmaterialschicht 20 wird in diesem Fall oberhalb des Halbleiterkörpers 100 nicht unmittelbar auf die Vorderseite 101 sondern auf diese Maskenschicht aufgebracht. Wird die Fremdmaterialschicht 20 durch thermische Oxidation hergestellt, und besteht die Maske 201 ebenfalls aus Oxid, so wird die Maske 201 durch die thermische Oxidation im Ergebnis dicker.
  • In nächsten Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 7B dargestellt ist, wird die Fremdmaterialschicht 20 vom Boden 13 – und gegebenenfalls von der ersten Seite 101 – des Halbleiterkörpers 100 entfernt. Hierzu eignet sich beispielsweise ein anisotropes Ätzverfahren, durch welches die Fremdmaterialschicht 20 von horizontalen Flächen des Halbleiterkörpers 100 entfernt wird. Ergebnis dieses Verfahrens sind zwei Teilschichten, eine erste Teilschicht, die an der ersten Seitenwand 11 verbleibt, und eine zweite Teilschicht 12, die an der zweiten Seitenwand 12 verbleibt.
  • Bezugnehmend auf 7C wird anschließend eine Schutzschicht 202 hergestellt, die so dimensioniert ist, dass sie wenigstens die erste Teilschicht 21 der Fremdmaterialschicht überdeckt, die zweite Teilschicht 22 jedoch freilässt. Die Schutzschicht 202 ist in dem dargestellten Beispiel so hergestellt, dass sie einen Teil des Grabenbodens 13 bzw. des Grabens 10 freilässt. Nach Herstellen dieser Schutzschicht 202 wird die auf die zweite Seitenwand 12 aufgebrachte zweite Teilschicht 22 entfernt. Nach Entfernen dieser Teilschicht 22 kann die Schutzschicht 202 entfernt werden. Im Ergebnis entsteht die in 1B dargestellte Struktur, bei der eine Fremdmaterialschicht 21 nur auf die erste Seitenwand 11 des Grabens 10 aufgebracht ist. Das Entfernen der zweiten Teilschicht 22 nach Herstellen der Schutzschicht 202 erfolgt beispielsweise durch ein isotropes Ätzverfahren, welches die zweite Teilschicht 22 selektiv gegenüber dem Material des Halbleiterkörpers 100 ätzt.
  • In dem erläuterten Fall, bei dem die Maske zum Ätzen des Grabens 10 bis nach dem epitaktischen Füllen des Grabens auf der Vorderseite 101 verbleibt, wird die Schutzschicht nicht (wie dargestellt) unmittelbar auf die Vorderseite 101, sondern auf die Maskenschicht (201 in Figur) aufgebracht.
  • 8 veranschaulicht ein weiteres Verfahren zum Entfernen der zweiten Teilschicht 22. Bei diesem Verfahren wird der Graben 10 zunächst derart mit einer Füllschicht 203 aufgefüllt, dass die erste und zweite Teilschicht 21, 22 lediglich im Bereich der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 frei liegen. Anschließend wird auf die erste Seite 101 eine Maskenschicht 204 aufgebracht, die oberhalb der zweiten Teilschicht 22 eine Aussparung 205 aufweist. Das Füllmaterial 203 und die Maskenschicht 204 bilden gemeinsam eine Maske, mit Hilfe derer die zweite Teilschicht 22 anschließend aus dem Halbleiterkörper 100 entfernt wird. Dieses Entfernen der zweiten Teilschicht 22 erfolgt beispielsweise unter Verwendung eines Ätzverfahrens, welches die zweite Teilschicht 22 selektiv gegenüber dem Material des Halbleiterkörpers 100 und dem Füllmaterial 203 ätzt. Die Maskenschicht 204 schützt während dieser Verfahren die erste Teilschicht 121. Nach Entfernen der zweiten Teilschicht 22 werden das Füllmaterial 203 und die Maskenschicht 204 entfernt. Ergebnis dieser anhand von 8 erläuterten Verfahrensschritte ist eine Halbleiterstruktur gemäß 1B bei der eine Fremdmaterialschicht 21 lediglich an der ersten Seitenwand 11 des Grabens 10 angeordnet ist. Auch bei diesem Verfahren kann in nicht näher dargestellter Weise die Maskenschicht (201 in 1) zum Ätzen des Grabens 10 noch auf der Vorderseite 101 vorhanden sein.
  • Das zuvor erläuterte Verfahren zur Herstellung einer sich in vertikaler Richtung eines Halbleiterkörpers erstreckenden Fremdmaterialschicht eignet sich beispielsweise zur Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements, wie es in 9 dargestellt ist. Das erläuterte Verfahren ist jedoch selbstverständlich nicht darauf beschränkt, zur Herstellung eines solchen Driftsteuerzonendielektrikums verwendet zu werden.
  • 9 zeigt ausschnittsweise einen vertikalen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100 in dem Bauelementbereiche eines vertikalen Leistungshalbleiterbauelements integriert sind. Dieses Bauelement besitzt eines MOS-Transistorstruktur mit einer Driftzone 41, einer Sourcezone 43 sowie einer zwischen der Driftzone 41 und der Sourcezone 43 angeordneten Bodyzone 42. An einer der Bodyzone 42 abgewandten Seite der Driftzone 41 schließt sich eine Drainzone 44 an die Driftzone 41 an. Zur Steuerung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 42 zwischen der Sourcezone 43 und der Driftzone 41 ist eine Gateelektrode 45 vorhanden, die durch ein Gatedielektrikum 46 dielektrisch gegenüber der Sourcezone 43, der Bodyzone 42 und der Driftzone 41 isoliert ist. Die Gateelektrode 45 ist in dem dargestellten Beispiel als Trenchelektrode realisiert. Die Gateelektrode erstreckt sich dabei ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein und erstreckt sich dabei benachbart zu der Sourcezone 43 und der Bodyzone 42 bis in die Driftzone 41.
  • Die Drainzone 44 ist durch einen Drainanschluss D, die Sourcezone 43 durch einen Sourceanschluss S und die Gate-Elektrode 45 durch einen Gateanschluss G kontaktiert. Diese Anschlüsse sind in 9 lediglich schematisch dargestellt. Die Sourcezone 43 und die Bodyzone 42 können in grundsätzlich bekannter Weise durch eine Sourceelektrode 47, die durch den Sourceanschluss S kontaktiert ist, miteinander kurzgeschlossen sein.
  • Die dargestellte MOS-Struktur funktioniert in grundsätzlich bekannter Weise, d.h. das Bauelement leitet bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotentials an die Gateelektrode 45, das so gewählt ist, dass sich ein leitender Kanal entlang der Gateelektrode 45 zwischen der Sourcezone 43 und der Driftzone 41 ausbildet. In entsprechender Weise sperrt das Bauelement, wenn kein Potential an der Gateelektrode 45 anliegt, das zur Ausbildung eines leitenden Kanals in der Bodyzone 42 geeignet ist. Bei einer Struktur eines n-leitenden selbstsperrenden MOS-Transistors sind die Driftzone 41 und die Sourcezone 43 n-dotiert, während die Bodyzone 42 p-dotiert ist. Das Ansteuerpotential der Gateelektrode 45, bei der das Bauelement leitet, ist in diesem Fall ein gegenüber Sourcepotential positives elektrisches Potential, das um den Wert einer Einsatzspannung der MOS-Struktur oberhalb des Sourcepotentials liegt. Bei einem p-leitenden selbstsperrenden MOS-Transistor sind die Driftzone 41 und die Sourcezone 43 p-dotiert, während die Bodyzone 42 n-dotiert ist. Das Ansteuerpotential der Gateelektrode 45, bei dem das Bauelement leitet, ist in diesem Fall ein gegenüber Sourcepotential 43 negatives elektrisches Potential.
  • Die Driftsteuerzone 48 dient bei der dargestellten Bauelementstruktur dazu, bei leitend angesteuertem Bauelement einen elektrisch leitenden Kanal in der Driftzone 41 entlang eines Driftsteuerzonendielektrikums 49 auszubilden, das zwischen der Driftzone 41 und der Driftsteuerzone 48 angeordnet ist. Bei einem Bauelement, bei dem die Driftzone 41 vom gleichen Leitungstyp wie die Sourcezone 43 und die Drainzone 44 dotiert ist, ist dieser Kanal ein Akkumulationskanal. In diesem Zusammenhang sei noch darauf hingewiesen, dass die Driftzone 41 auch komplementär zu der Sourcezone 43 und der Drainzone 44 dotiert sein kann. In diesem Fall ist der leitende Kanal ein Inversionskanal. An die Driftsteuerzone 48, die wie die Driftzone 41 aus einem monokristallinen Halbleitermaterial besteht, ist eine Ladeschaltung 52 angeschlossen. Diese Ladeschaltung 52 ist dazu ausgebildet, die Driftsteuerzone 48 bei leitender Ansteuerung des Bauelements auf ein geeignetes elektrisches Potential aufzuladen, welches zur Ausbildung des leitenden Kanals entlang des Driftsteuerzonendielektrikums 21 geeignet ist. Bei einem n-leitenden Bauelement ist dieses elektrische Potential der Driftsteuerzone 48 ein gegenüber dem elektrischen Potential der Driftzone 41 positives elektrisches Potential.
  • Die Driftsteuerzone 48 ist über ein Gleichrichterelement 50 an die Drainzone 44 angeschlossen. Dieses Gleichrichterelement 50 ist dabei so gepolt, dass es die Driftsteuerzone 48 bei sperrendem Bauelement in etwa auf das elektrische Potential der Drainzone 44 legt, um so grundsätzlich die Ausbreitung einer Raumladungszone in der Driftsteuerzone 48 zu ermöglichen. Bei leitend angesteuertem Bauelement verhindert das Gleichrichterelement 50, dass die Driftsteuerzone 48 in Richtung der Drainzone 44 entladen wird.
  • Die in 9 dargestellte Bauelementstruktur ist grundsätzlich bekannt, so dass auf weitere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann. Anzumerken ist in diesem Zusammenhang noch, dass 9 lediglich zur Veranschaulichung des Grundprinzips eines solchen Bauelements dient, dass hinsichtlich der genauen Bauelementgeometrie, insbesondere hinsichtlich der Art der Gateelektrode (Trenchelektrode oder planare Elektrode) vielfältige Variationen denkbar sind. Gemeinsam ist vertikalen Leistungsbauelementen des in 9 dargestellten Bauelementtyps, dass ein Driftsteuerzonendielektrikum 49 vorhanden ist, das sich in vertikaler Richtung in dem Halbleiterkörper 100 erstreckt. Die Breite dieses Driftsteuerzonendielektrikums 21 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 10nm und 200nm, insbesondere zwischen 30nm und 100nm. Die Tiefe des Driftsteuerzonendielektrikums 21 ist maßgeblich bestimmt durch die Abmessungen der Driftzone 41 in vertikaler Richtung. Diese Abmessungen der Driftzone 41 sind abhängig von der gewünschten Spannungsfestigkeit des Bauelements. Bei Bauelementen mit einer Spannungsfestigkeit von bis zu 600V beträgt die Abmessung der Driftzone 41 in vertikaler Richtung beispielsweise 55µm. Ein Aspektverhältnis eines solchen Driftsteuerzonendielektrikums 21 liegt dann beispielsweise zwischen 1:550 und 3:5500.
  • Ein Driftsteuerzonendielektrikum 49 mit einem solchen Aspektverhältnis lässt sich mittels des zuvor anhand der 1 bis 7 erläuterten Verfahren problemlos herstellen. Die für diesen Anwendungszweck in dem Halbleiterkörper 100 herzustellender Fremdmaterialschicht 21 besteht dabei aus einem dielektrischen Material. Für die Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums 49 eines solchen vertikalen Leistungshalbleiterbauelements können verschiedene Modifikationen des bislang grundsätzlich erläuterten Verfahrens zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht vorgenommen werden. Beispiele solcher Modifikationen werden nachfolgend erläutert werden.
  • Die 10A bis 10E veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht, das auf die Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums für ein Bauelement gemäß 9 abgestimmt ist. Die Fremdmaterialschicht 21 bildet in diesem Fall das Driftsteuerzonendielektrikum 49 des späteren Leistungsbauelements. Der Halbleiterkörper 100 weist bei dem anhand von 10 erläuterten Verfahren wenigstens vier Halbleiterschichten 110, 111, 113, 114 auf, die aufeinanderfolgend angeordnet sind. Zwischen einer zweiten 111 und einer dritten 113 dieser Halbleiterschichten kann dabei optional eine weitere Halbleiterschicht 112 angeordnet sein. Das Bezugszeichen 110 in 10A bezeichnet eine ausgehend von der ersten Seite 101 unterste Halbleiterschicht des Schichtstapels. Das Bezugszeichen 114 bezeichnet eine vierte Halbleiterschicht, die die erste Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 bildet. Die zweite und dritte Halbleiterschicht 111, 113 sowie die optionale weitere Halbleiterschicht 112 dienen in noch zu erläuternder Weise zur Realisierung eines zwischen die Drainzone und die Driftsteuerzone des späteren Bauelements geschalteten Gleichrichterelements (50 in 9).
  • Der Graben 10 wird bei dem anhand von 10 erläuterten Verfahren so hergestellt, dass er sich ausgehend von der ersten Seite 101 durch die vierte 114, die dritte 113, die optionale weitere 112 und die zweite 111 Halbleiterschicht bis in die erste Halbleiterschicht 110 erstreckt. Entsprechend der Ausführungen zur 1A kann dieser Graben vertikale Seitenwände (wie dargestellt) oder schräge Seitenwände (nicht dargestellt) besitzen.
  • 10B zeigt einen vertikalen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte, bei denen erste und zweite Teilschichten 21, 22 der Fremdmaterialschicht an gegenüberliegenden Seitenwänden 11, 12 des Grabens hergestellt wurden. Zur Herstellung dieser Teilschichten eignen sich beispielsweise die anhand der 7A und 7B erläuterten Verfahrensschritte.
  • Bezugnehmend auf 10C wird auf den Boden 13 dieses Grabens 10 anschließend eine Halbleiterschicht 61 aufgebracht, die in vertikaler Richtung wenigstens bis auf Höhe der dritten Halbleiterschicht 113 reicht, die jedoch auch bis auf Höhe der vierten Halbleiterschicht 114 reichen kann, was in 10C gestrichelt dargestellt ist. Diese Halbleiterschicht 61 besteht aus einem Halbleitermaterial vom gleichen Leitungstyp wie die erste Halbleiterschicht 110 und kann beispielsweise durch ein selektives Epitaxieverfahren hergestellt werden. Die erste Halbleiterschicht 110 dient bei dem fertigen Bauelement in noch zu erläuternder Weise als Drainzone (44 in 9). Die Halbleiterschicht 61 bildet eine Verbindungszone und dient zum Anschließen der Drainzone an die spätere Driftzone des Bauelements, wie noch erläutert werden wird.
  • Das Herstellen der Verbindungszone 61 am Boden 13 des Grabens 10 erfolgt beispielsweise durch ein Epitaxieverfahren, wie beispielsweise ein selektives Epitaxieverfahren. Die erste und zweite Teilschicht 21, 22 schützen hierbei die Seitenwände 11, 12 des Grabens 10 vor dem Aufbringen des Halbleitermaterial der Verbindungszone 61. Außerdem kann bei diesem Verfahren eine Schutzschicht 207 auf die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 aufgebracht sein.
  • Bezugnehmend auf 10D wird anschließend die zweite Teilschicht 22 von der zweiten Seitenwand 12 des Grabens entfernt. Hierzu eignet sich beispielsweise das anhand von 7C erläuterte Verfahren oder das anhand von 8 erläuterte Verfahren. Nach Entfernen der zweiten Teilschicht 22 verbleibt zunächst ein schmaler Graben zwischen der Verbindungszone 61 und dem Halbleiterkörper 100 im Bereich der zweiten Wand 12 des Grabens 10.
  • Der Graben 10 wird anschließend durch epitaktisches Abscheiden einer Halbleiterschicht aufgefüllt – und gegebenenfalls im Bereich der ersten Seite zurückgeätzt oder zurückgeschliffen – was im Ergebnis in 10E dargestellt ist. Das Material der abgeschiedenen Halbleiterschicht, das in 10E mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet ist, bildet in noch zu erläuternder Weise einen Teil der späteren Driftzone des Bauelements. Diese Driftzone ist niedrig dotiert im Vergleich zur Drainzone des Bauelements und ist damit auch niedrig dotiert im Vergleich zu der die spätere Driftzone mit der Drainzone verbindenden Verbindungszone 61. Die Dotierungskonzentration der Driftzone liegt beispielsweise im Bereich von 1014 cm–3, während die Dotierungskonzentration der Drainzone beispielsweise im Bereich von 1018cm–3 und höher liegt. Bei Auffüllen des Grabens 10 durch epitaktisches Abscheiden der Halbleiterschicht wird auch der schmale Graben zwischen der zweiten Seitenwand 12 und der Verbindungszone 61 aufgefüllt. Dotierstoffatome der höher dotierten Verbindungszone 61 diffundieren zudem während des Herstellungsverfahrens so weit in die abgeschiedene Halbleiterschicht ein, dass die hoch dotierte Verbindungszone 61 nach Auffüllen des Grabens in lateraler Richtung bis an die zweite und dritte 111, 113 sowie die optionale weitere Halbleiterschicht 112 reichen.
  • Bei Auffüllen des schmalen Grabens zwischen der Verbindungszone 61 und der zweiten Seitenwand 12 des Grabens 10 kann es gegebenenfalls zur Ausbildung von Hohlräumen (Lunkern) kommen. Lunker in diesem Bereich des Halbleiterkörpers besitzen allerdings keine negativen Auswirkungen auf die Funktion des Bauelements.
  • Die Dotierungskonzentration der epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschicht entspricht bei dem anhand von 10 erläuterten Verfahren insbesondere der Dotierungskonzentration der vierten Halbleiterschicht 114. Bereiche dieser vierten Halbleiterschicht 114 und Bereiche der epitaktisch abgeschiedenen Halbleiterschicht 31 bilden in noch zu erläutender Weise Abschnitte der Driftzone des Bauelements.
  • 11 zeigt einen Ausschnitt des fertiggestellten vertikalen Leistungsbauelements. Das Bauelement gemäß 11 wird ausgehend von der in 10E dargestellten Bauelementstruktur dadurch erhalten, dass die Bodyzone 42, die Sourcezone 43 sowie die Gateelektrode 45 und das die Gateelektrode gegenüber dem Halbleiterkörper isolierende Gatedielektrikum 46 hergestellt werden. Zur Herstellung der Bodyzone 42 und der Sourcezone 43 eigenen sich beispielsweise grundsätzlich bekannte Diffusions- und/oder Implantationsverfahren. Zur Herstellung der Gateelektrode 45 wird beispielsweise ein Graben hergestellt, an dessen Seitenwänden und dessen Boden das Gatedielektrikum 46 aufgebracht wird und der anschließend mit einem die Gateelektrode 45 bildenden Füllmaterial aufgefüllt wird.
  • Die Drainzone 44 des in 11 dargestellten Bauelements wird durch die erste Halbleiterschicht 110 gebildet. Diese Halbleiterschicht 110 ist beispielsweise ein hochdotiertes Halbleitersubstrat, auf das die übrigen Halbleiterschichten, die beispielsweise anhand von 10A ausführlich erläutert wurden, als epitaktische Halbleiterschichten aufeinanderfolgend abgeschieden wurden. Die Fremdmaterialschicht 21 bildet bei diesem Bauelement das Driftsteuerzonendielektrikum 49 und reicht bis in die erste Halbleiterschicht 110. Das Driftsteuerzonendielektrikum 49 kann eine homogene aus nur einem dielektrischen Material bestehende Schicht sein, kann in nicht näher dargestellter Weise jedoch auch eine sandwichartige Struktur mit mehreren Schichten aus dielektrischen Materialien besitzen. Abgesehen davon, dass das Driftsteuerzonendielektrikum 49 aus einem dielektrischen Material besteht, gelten für das Driftsteuerzonendielektrikum alle Ausführungen, die zuvor für die Fremdmaterialschicht 21 gemacht wurden, entsprechend.
  • Das Driftsteuerzonendielektrikum 21 unterteilt die zweiten bis vierten Halbleiterschichten 111, 113, 114, sowie die optional vorhandene weitere Halbleiterschicht 112 in zwei Abschnitte: einen ersten Abschnitt 121, der in dem Beispiel gemäß 11 links des Driftsteuerzonendielektrikums 49 angeordnet ist und in dem die Verbindungsschicht 61 und die Epitaxieschicht 31 hergestellt wurden; und einen zweiten Abschnitt 122, der sich in dem Beispiel gemäß 11 rechts des Driftsteuerzonendielektrikums 49 befindet.
  • Die MOS-Transistorstruktur ist bei dem Bauelement gemäß 11 in dem ersten Abschnitt 121 ausgebildet, während die Driftsteuerzone 48 in dem zweiten Abschnitt 122 ausgebildet ist. In dem ersten Abschnitt 121 bilden solche Bereiche der vierten Halbleiterschicht 114 und der Epitaxieschicht 31, die bei Herstellung der Bodyzone 42 und der Sourcezone 43 nicht umdotiert wurden, die Driftzone 41. In dem zweiten Abschnitt 122 bilden die zweite und dritte Halbleiterschicht 111, 113 Anoden- und Kathodenzonen einer Bipolardiode. Die optional vorhandene weitere Halbleiterschicht 112 bildet eine Basiszone dieser Bipolardiode. Bei einem n-leitenden MOS-Transistor, bei dem die Drainzone 44 n-dotiert ist und bei dem die Driftsteuerzone 48 bei leitendem Bauelement auf einem im Vergleich zur Driftzone 41 höheren elektrischen Potential liegt, ist diese Bipolardiode so realisiert, dass die zweite Halbleiterzone 51 eine Anodenzone 51 und die dritte Halbleiterzone 113 eine Kathodenzone 53 bildet. Die zweite Halbleiterzone 111 ist in diesem Fall p-dotiert, während die dritte Halbleiterzone 113 n-dotiert ist. Die optional vorhandene weitere Halbleiterzone 112 kann hierbei schwach n-dotiert, schwach p-dotiert oder intrinsisch sein. "Schwach dotiert" heißt in diesem Zusammenhang, dass die weitere Halbleiterschicht 112 schwächer dotiert ist als die zweite und dritte Halbleiterschicht 111, 113. Zum besseren Verständnis ist in 11 das elektrische Schaltsymbol einer solchen Bipolardiode ebenfalls eingezeichnet. Diese Bipolardiode bildet ein Gleichrichterelement 50 gemäß 9.
  • In dem zweiten Abschnitt 122 bildet die vierte Halbleiterschicht 114 die Driftsteuerzone 48 des Bauelements. Eine an diese Driftsteuerzone angeschlossene Ladeschaltung und zum Anschließen der Ladeschaltung an die Driftsteuerzone 48 gegebenenfalls vorhandene Anschlusszone, die auch komplementär zu der Driftsteuerzone 48 dotiert sein können, sind in 11 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
  • Der Schichtstapel mit der zweiten und dritten 111, 113 sowie der optional vorhandenen weiteren Halbleiterschicht 112 hat im ersten Abschnitt 121 keine elektrische Funktion. Dieser Schichtstapel wird durch die Verbindungszone 61 "überbrückt", die die Drainzone 44 unmittelbar an die Driftzone 41 anschließt und die in dem dargestellten Beispiel die Drainzone 44 auch über die hochdotierte dritte Halbleiterschicht 113 an die Driftzone 41 anschließt.
  • Wie in 9 schematisch dargestellt ist, kann das vertikaler Leistungsbauelement mehrere gleichartige Transistorzellen mit jeweils einer Driftzone, einer Driftsteuerzone, einer Bodyzone, einer Sourcezone, einer Drainzone und eine Gateelektrode aufweisen. Die einzelnen Transistorzellen sind dabei parallel geschaltet, indem die Drainzonen der einzelnen Transistorzellen miteinander verbunden sind, indem die Source- und Bodyzonen der einzelnen Transistorzellen elektrisch leitend miteinander verbunden sind und indem die Gateelektroden der einzelnen Transistorzellen elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zur Herstellung eines solchen Leistungsbauelements mit mehreren gleichartigen Transistorzellen werden die zuvor anhand der 9 und 10 erläuterten Verfahrensschritte zur Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums 49 und der weiteren Bauelementzonen gleichzeitig an mehreren Stellen des Halbleiterkörpers durchgeführt.
  • 12 zeigt ausschnittsweise einen vertikalen Querschnitt eines Leistungshalbleiterbauelements bei dem beabstandet zueinander in dem Halbleiterkörper zwei Driftsteuerzonendielektrika 49 hergestellt wurden. Die Herstellung dieser Driftsteuerzonendielektrika 49 erfolgt in diesem Fall so, dass sich die Verbindungszonen 61 und die Epitaxieschichten 31 an solche Seiten der Driftsteuerzonendielektrika 49 anschließen, die einander gegenüberliegen. In diesem Bereich mit den Verbindungszonen 61 und den Epitaxieschichten 31 ist die MOS-Transistorstruktur mit der Bodyzone 42, der Sourcezone 43 und der Gate-Elektrode 46 realisiert. Die anhand von 12 erläuterte Driftsteuerzonendielektrika 49 bzw. Fremdmaterialschichten 21 können derart hergestellt werden, dass in der ersten lateralen Richtung y beabstandet zueinander zwei Gräben hergestellt werden, und dass anschließend die anhand von 1 erläuterten Verfahrensschritte durchgeführt werden.
  • Die Struktur gemäß 12 kann auch dadurch erhalten werden, dass ein ringförmiger Graben hergestellt wird, wie anhand von 6 erläutert wurde. Im "Innenbereich" des ursprünglichen Grabens ist bei dem späteren Bauelement die MOS-Transistorstruktur angeordnet. Im "Außenbereich" des Grabens befindet sich die Driftsteuerzone 48.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines Driftsteuerzonendielektrikums für ein Bauelement gemäß 11 wird nachfolgend anhand der 13A bis 13C erläutert. 13A zeigt einen vertikalen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 nach Herstellen mehrerer dielektrischer Fremdmaterialschichten 21, die in lateraler Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Die Fremdmaterialschichten 21 erstrecken sich ausgehend von der ersten Seite 101 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein, reichen dabei aber nicht bis zu einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite 103 des Halbleiterkörpers 100. Bezugnehmend auf 13B wird der Halbleiterkörper 100 anschließend ausgehend von der zweiten Seite 103 so weit abgetragen, bis die Fremdmaterialschichten 21 im Bereich der zweiten Seite 104 abschnittsweise frei liegen. Ein solches Abtragen erfolgt beispielsweise durch ein Ätzverfahren oder ein Schleif- bzw. Polierverfahren. Nach Abschluss dieser Verfahrensschritte weist der Halbleiterkörper 100 mehrere Halbleiterabschnitte auf, die jeweils durch eine Fremdmaterialschicht 21 voneinander getrennt sind. Für die Herstellung eines vertikalen Leistungsbauelements gemäß 9, das mehrere Transistorzellen mit jeweils einer Driftzone und einer Driftsteuerzone aufweist, werden abwechselnd in jedem zweiten dieser Halbleiterabschnitte MOS-Transistorstrukturen mit Body- und Sourcezonen sowie einer Gateelektrode und Driftsteuerzonen hergestellt. Bei dem anhand von 13 erläuterten Verfahren ist vorgesehen, die anhand von 9 erläuterten Gleichrichterelemente 50 als integrierte Bipolardioden in den Halbleiterbereichen zu integrieren, in denen die Driftsteuerzonen 48 angeordnet sind. Bezugnehmend auf 13C ist zur Realisierung dieser Bipolardioden vorgesehen, in jedem zweiten der zuvor genannten Halbleiterabschnitte zwei komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen 51, 53 herzustellen, die ausgehend von der zweiten Seite 104 aufeinanderfolgend angeordnet sind.
  • Die Herstellung dieser Halbleiterzonen 51, 53 erfolgt beispielsweise durch Implantation geeigneter Dotierstoffatome über die zweite Seite 104 in den Halbleiterkörper 100. Die Herstellung dieser Halbleiterzonen 51, 53 kann dabei so erfolgen, dass sich eine erste dieser Halbleiterzonen 51 unmittelbar an die zweite Seite 104 anschließt, und dass die zweite dieser Halbleiterzonen 53 sich entweder unmittelbar an die erste Halbleiterzone 51 anschließt oder beabstandet zu dieser ersten Halbleiterzone 51 angeordnet ist (wie dargestellt). Für die Herstellung eines n-leitenden Bauelements ist die erste Halbleiterzone 51 p-dotiert und die zweite Halbleiterzone 53 n-dotiert. Zwischen den ersten und zweiten Halbleiterzonen 51, 53 kann eine weitere Halbleiterzone 52 angeordnet sein, die eine Basiszone der Bipolardiode bildet. Diese Basiszone kann schwach p-dotiert, schwach n-dotiert oder intrinsisch sein. Eine Dotierungskonzentration dieser Basiszone 52 kann insbesondere eine Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 bzw. der Epitaxieschicht 31 entsprechen.
  • Die Implantation der Dotierstoffatome zur Herstellung der Bauelementzonen der Bipolardiode erfolgt in nicht näher dargestellter Weise derart maskiert, dass keine Dotierstoffatome in die Halbleiterbereiche implantiert werden, in denen MOS-Transistorstrukturen hergestellt werden. Alternativ können auch in die Halbleiterbereiche, in denen MOS-Transistorzellen hergestellt werden, Dotierstoffatome implantiert werden, solange sichergestellt ist, dass nur Atome vom Leitungstyp der Sourcezone 43 in diese Bereiche implantiert werden. Optional können in diese Bereiche, in denen MOS-Transistorstrukturen hergestellt werden, zusätzlich in einem eigenen Prozessschritt über die zweite Seite 104 Dotierstoffatome vom gleichen Leitungstyp wie die spätere Sourcezone des Bauelements implantiert werden. Diese Dotierstoffatome bilden in diesem Bereich eine Drainzone 44 oder zumindest eine Kontaktschicht zum niederohmigen Anschließen einer Drainelektrode an die späte Driftzone des Bauelements.
  • Besonders eignen sich dabei Verfahren zum Ausheilen der Dotierung, bei welchen die spätere Chipvorderseite so kühl bleibt, dass eine dort aufgebrachte Metallisierung und eine Passivierung (nicht dargestellt) nicht geschädigt werden, was z. B. mit kurzzeitigem Aufheizen der Rückseite mit Laserpulsen möglich ist. Eine n-Dotierung kann auch durch wasserstoffinduzierte Donatoren gebildet sein. Zur Bildung solcher wasserstoffinduzierter Donatoren genügen nach der Implantation von Wasserstoff bereits Aktivierungstemperaturen im Temperaturbereich zwischen 350°C und 500°C.
  • 14 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch das fertige Bauelement. Die Drainzone 44 und die Bipolardiode, die das Gleichrichterelement 50 bilden, sind bei diesem Bauelement durch eine Drainelektrode 54 miteinander verbunden, die ganzflächig auf die Rückseite 104 des Halbleiterkörpers aufgebracht ist. Die Herstellung der Bodyzone 42, der Sourcezone 43 sowie der Gateelektrode 45 mit dem Gatedielektrikum 46 kann entsprechend der Ausführungen zu dem Bauelement gemäß 12 erfolgen.
  • Bei dem in 14 dargestellten Bauelement sind die Driftzone 41 und die Driftsteuerzone 48 durch solche Bereiche des Halbleiterkörpers 100 gebildet, die eine Grunddotierung besitzen, die also nicht durch Herstellen weiterer Bauelementzonen umdotiert wurden, bzw. durch solche Bereiche der Epitaxieschicht 31, die eine Grunddotierung der Epitaxieschicht besitzen. Die Epitaxieschicht 31 wird bei diesem Bauelement insbesondere so hergestellt, dass deren Dotierung der Grunddotierung des Halbleiterkörpers 100 entspricht.
  • In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass der Halbleiterkörper bei dem Verfahren gemäß 13 vor dem Abtragen ausgehend von der Rückseite 104 zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten 110, 120 besitzen kann, wie dies in 13A dargestellt ist. Die erste Halbleiterschicht 110 ist hierbei beispielsweise ein Halbleitersubstrat, das eine beliebige Dotierung besitzen kann, falls dieses im weiteren Herstellungsablauf, wie nachfolgend noch ausgeführt ist, vollständig entfernt wird. Die zweite Halbleiterschicht 120 ist beispielsweise eine Epitaxieschicht, deren Dotierung so gewählt ist, dass diese Dotierung der Dotierung der späteren Driftzone des Bauelements entspricht. Ein Abtragen des Halbleiterkörpers 100 ausgehend von der zweiten Seite 103 erfolgt bei diesem Bauelement so, dass die erste Halbleiterschicht 110 dabei vollständig abgetragen wird, so dass der Halbleiterkörper 100 nach dem Abtragen nur noch Bereiche der zweiten Halbleiterschicht 120 bzw. der in den Gräben hergestellten Epitaxieschicht aufweist.
  • Bei dem Verfahren, welches anhand der 13A–13C erläutert wurde, kann selbstverständlich auch ein ringförmiger Graben, wie er anhand von 6 erläutert, oder ein Graben mit einer beliebigen anderen Geometrie verwendet werden.
  • Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht, die sich in einer vertikalen Richtung in einem Halbleiterkörper erstreckt, wird nachfolgend anhand der 15A bis 15E erläutert. Diese Figuren zeigen jeweils einen vertikalen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100.
  • 15A zeigt den Halbleiterkörper 100 nach Durchführung erster Verfahrensschritte, bei denen ein Graben 10 in dem Halbleiterkörper 100 hergestellt wird, der sich ausgehend von der Vorderseite 101 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstreckt. Nach Herstellung dieses Grabens 10 werden Fremdmaterialschichten 21', 22' hergestellt, welche die Seitenwände 11, 12 des Grabens 10 und die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100, die nicht jedoch den Grabenboden 13 – außer im Bereich der Seitenwände 11, 12 – bedecken. Eine Fremdmaterialschicht 21', die die erste Seitenwand 11 und die die Vorderseite 101 in einem sich an die erste Seitenwand 11 anschließenden Bereich überdeckt, wird nachfolgend als erste Fremdmaterialschicht 21' bezeichnet, und eine Fremdmaterialschicht 22', die die zweite Seitenwand 12 und die Vorderseite 101 in einem sich an die zweite Seitenwand 12 anschließenden Bereich überdeckt, wird nachfolgend als zweite Fremdmaterialschicht 22' bezeichnet. Die beiden Fremdmaterialschichten 21', 22' bestehen aus einem Material, das sich vom Material des Halbleiterkörpers 100 auf eine bereits erläuterte Weise unterscheidet. Diese Fremdmaterialschichten 21', 22' sind beispielsweise Dielektrikumsschichten, wie z.B. Schichten aus einem Oxid des Halbleitermaterials des Halbleiterkörpers 100. Bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial für den Halbleiterkörper 100 sind diese Fremdmaterialschichten 21', 22' dann beispielsweise Schichten aus Siliziumoxid (SiO2).
  • Die Herstellung der auf den gegenüberliegenden Seitenwänden 11, 12 und der Vorderseite 101 aufgebrachten Fremdmaterialschichten 21', 22' erfolgt beispielsweise dadurch, dass zunächst über eine strukturierte Hartmaske, die z.B. Siliziumoxid sein kann, ein Graben 10 geätzt wird. Die Strukturierung der Hartmaske selbst kann fotolithografisch mit anschließender trockenchemischer Ätzung erfolgen oder über eine fotolithografisch strukturierte Zusatzschicht, wie z.B. Poly-Silizium, die dann ihrerseits zur Strukturierung der Oxidschicht dient. Nach Ätzen des Grabens 10 ist auf der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 die Maskenschicht noch vorhanden; die nach dem Ätzen des Grabens erhaltene Struktur entspricht beispielsweise der in 1A dargestellten Struktur mit der auf der Vorderseite aufgebrachten Maske (201 in 1). Anschließend wird z.B. eine Oxidschicht ganzflächig abgeschieden oder mittels thermischer Oxidation gewachsen, wobei am Grabenboden 13 und an den Grabenseitenwänden 11, 12 eine Oxidschicht entsteht, die anschließend vom Grabenboden 13 wieder entfernt wird, beispielsweise durch eine anisotrope trockenchemische Ätzung. Die durch ein solches Verfahren hergestellten Fremdmaterialschichten 21', 22' umfassen dann Schichtabschnitte – nämlich die Schichtabschnitte auf der Vorderseite 101 – die aus der ursprünglich hergestellten Ätzmaske (201 in 1) bestehen und weitere Schichtabschnitte – nämlich die Schichtabschnitte an den Seitenwänden 11, 12 – die durch einen Abscheideprozess oder einen Oxidationsprozess hergestellt wurden. Diese einzelnen Abschnitte können aus dem gleichen Material, wie z.B. einem Oxid bestehen. Es besteht auch die Möglichkeit, die Fremdmaterialschichten so zu realisieren, dass diese an den Seitenwänden aus einem anderen Material als auf der Vorderseite 101 bestehen.
  • Es sei noch angemerkt, dass der Graben 10 entsprechend der Erläuterungen zu den 5 und 6 eine beliebige Geometrie besitzen kann. Dieser Graben kann insbesondere ein langgestreckter Graben wie in 5 oder ein ringförmiger Graben wie in 6 sein. Darüber hinaus können in dem Halbleiterkörper 100 eine Vielzahl solcher Gräben angeordnet sein, die in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander angeordnet sind. Die 15A bis 15G zeigen lediglich einen Ausschnitt eines solchen Halbleiterkörpers 100.
  • Bezug nehmend auf 15B wird anschließend eine Schutzschicht 301 auf die Halbleiterstruktur mit dem Halbleiterkörper 100 und dem darin angeordneten Graben 10 aufgebracht, die die Fremdmaterialschichten 21', 22' oberhalb der Vorderseite 101 und im Bereich der Grabenseitenwände 11, 12 überdeckt und die außerdem den Grabenboden 13 überdeckt. Diese Schutzschicht 301 kann mit einer Schichtdicke hergestellt werden, die größer ist als 50% der Breite eines nach Herstellen der Fremdmaterialschichten 21', 22' verbleibenden Grabens. In diesem Fall wird – wie in 15B dargestellt – der Graben 10 vollständig mit der Schutzschicht 301 aufgefüllt. Die Dicke der abgeschiedenen Schutzschicht kann auch geringer sein als die genannten 50% der Breite des Restgrabens. In diesem Fall verbleibt nach Abscheiden der Schutzschicht ein weiterer Restgraben (nicht dargestellt). Die Schutzschicht 301 besteht insbesondere aus einem Material, gegenüber dem die Fremdmaterialschichten 21', 22' selektiv geätzt werden können. Unter einem "selektiven Ätzen" ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Fremdmaterialschichten 21', 22' durch ein Ätzmittel geätzt werden können, das die Schutzschicht 301 nicht oder in wesentlich geringerem Umfang als die Fremdmaterialschichten 21', 22' ätzt. Die Schutzschicht 301 besteht beispielsweise aus Karbon und kann in einem CVD-Prozess (CVD = Chemical Vapor Deposition) durch Pyrolyse von Methan (CH4) abgeschieden werden. Bei dieser Pyrolyse entsteht aus dem Methan eine feste Schicht aus Carbon (C), die die Schutzschicht 301 bildet und flüchtiger Wasserstoff (H2). Fremdmaterialschichten 21', 22' aus Siliziumoxid sind beispielsweise durch eine flusssäurehaltige oder ammoniumfluoridhaltige Lösung gegenüber einer solchen Schutzschicht 301 aus Carbon selektiv ätzbar.
  • In nächsten Verfahrensschritten wird eine der Fremdmaterialschichten – in dem dargestellten Beispiel die zweite Fremdmaterialschicht 22' – wenigstens im Bereich der Seitenwand des Grabens 10 auf die diese Fremdmaterialschicht aufgebracht ist – in dem dargestellten Beispiel die zweite Seitenwand 12 – entfernt. Bezug nehmend auf 15C wird die Schutzschicht 301 hierzu oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 derart strukturiert, dass die Schutzschicht 301 oberhalb des Bereiches der Vorderseite 101, auf den die zweite Fremdmaterialschicht 22' aufgebracht ist, eine Öffnung 304 aufwest. Diese Öffnung 304 kann lokal auf einen Abschnitt im Bereich eines Grabens 10 beschränkt sein, wie dies in 15C dargestellt ist. Diese Öffnung 304 kann sich in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 jedoch auch bis in den Bereich eines weiteren Grabens erstrecken, an dessen Seitenwand die zweite Fremdmaterialschicht 22' ebenfalls aufgebracht ist und die von dort entfernt werden soll. Ein solcher weiterer Graben mit der darauf aufgebrachten zweiten Fremdmaterialschicht 22' ist in 15C strichpunktiert dargestellt.
  • Die Aussparung 304 der Schutzschicht 301 kann in vertikaler Richtung oberhalb des Abschnitts der zweiten Fremdmaterialschicht 22' angeordnet sein, der sich auf der zweiten Seitenwand 12 des Grabens 10 befindet. Die Aussparung 304 befindet sich in diesem Fall in vertikaler Richtung in Verlängerung der zweiten Seitenwand 12. Wie in 15C dargestellt ist, kann die Aussparung 304 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 jedoch auch versetzt zu der Seitenwand 12 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet sein.
  • Die Herstellung der Aussparung 304 in der Schutzschicht 301 erfolgt beispielsweise unter Verwendung einer strukturierten Maske 302, die in 15C gestrichelt dargestellt ist. Diese Maske 302 besitzt eine Aussparung in dem Bereich, in dem die Aussparung 304 der Schutzschicht 301 hergestellt werden soll und ermöglicht damit ein selektives Ätzen der Schutzschicht 301 in dem Bereich, in dem die Aussparung hergestellt werden soll. Die Maske 302 besteht beispielsweise aus einem Oxid, wie z.B. SiO2 oder einem Nitrid, wie z.B. Si3N4 und kann beispielsweise mittels eines CVD- oder PECVD-(Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition)Prozesses hergestellt werden. Bei Verwendung einer Carbonschicht als Schutzschicht 301 erfolgt das Herstellen der Aussparung 304 beispielsweise mittels eines Sauerstoffplasmaprozesses oder mittels eines Temperaturprozesses in einer sauerstoffhaltigen oder ozonhaltigen Umgebung. Durch diese Prozesse wird die Carbonschicht in Kohlendioxid (CO2) umgewandelt und dadurch entfernt. Die Maskenschicht wird durch die Prozesse nicht angegriffen und schützt dadurch die Bereiche der Carbonschicht 301, die nicht entfernt werden sollen. Bei diesen Prozessen kann teilweise eine Unterätzung der Maskenschicht 302 auftreten, was in den Figuren allerdings nicht explizit dargestellt ist. Ein Vorteil der Verwendung einer Carbonschicht als Schutzschicht 301 besteht darin, dass sie anhand der erläuterten Prozesse restefrei und mit hohen Ätzraten von 300nm/min und mehr abgetragen werden kann.
  • Bezug nehmend auf 15D wird die Fremdmaterialschicht 22' anschließend wenigstens von der zweiten Seitenwand 12 entfernt. Hierzu wird die Fremdmaterialschicht 22' über die in der Schutzschicht 301 hergestellte Aussparung 304 einem Ätzmaterial ausgesetzt, welches die zweite Fremdmaterialschicht 22' selektiv gegenüber der Schutzschicht 301 und dem Halbleiterkörper 100 ätzt. Bei Verwendung von Silizium als Material des Halbleiterkörpers 100, einer Carbonschicht als Schutzschicht 301 und einer Siliziumoxidschicht als zweite Fremdmaterialschicht 22' ist dieses Ätzmaterial beispielsweise eine flusssäurehaltige oder ammoniumfluoridhaltige Lösung. Befindet sich die Aussparung 304 der Schutzschicht 301 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers 100 versetzt zu der zweiten Seitenwand 12, so wird durch dieses Ätzmaterial zunächst der Abschnitt der zweiten Fremdmaterialschicht 22' entfernt, der sich unmittelbar auf der Vorderseite 101 befindet, bevor das Ätzmaterial zwischen dem Halbleiterkörper 100 und der Schutzschicht 301 den Bereich der zweiten Fremdmaterialschicht 22' entfernt der sich auf der zweiten Seitenwand 12 des Grabens befindet. Befindet sich die Aussparung 304 unmittelbar oberhalb der zweiten Seitenwand (nicht dargestellt), so kann das Ätzmaterial unmittelbar an dem Abschnitt der zweiten Fremdmaterialschicht 22' angreifen, der sich auf der zweiten Seitenwand 12 des Grabens befindet.
  • Die genannten Ätzmaterialien besitzen jeweils eine hohe Selektivität gegenüber einer Carbonschicht als Schutzschicht 301 und einem Halbleiterkörper 100 aus Silizium, d.h. sie weisen gegenüber der Fremdmaterialschicht 22' eine hohe Ätzrate, gegenüber dem Halbleiterkörper 100 und der Schutzschicht 301 nur eine geringe Ätzrate auf. Ein Verhältnis der Ätzrate der Fremdmaterialschicht 22’ zur Ätzrate des Halbleiterkörpers 100 liegt beispielsweise im Bereich von 500:1 bis 10000:1 und höher. Bei einer Variante des erläuterten Verfahrens ist vorgesehen, die Selektivität des Ätzmaterials gegenüber dem Material des Halbleiterkörpers 100 gezielt zu reduzieren. Bei den genannten flusssäurehaltigen oder ammoniumfluoridhaltigen Lösungen kann dies beispielsweise durch Zugabe von Salpetersäure erfolgen. Ergebnis dieser Reduktion der Ätzselektivität ist, dass während des Ätzschrittes auch der Halbleiterkörper 100 im Bereich der zweiten Seitenwand 12 geätzt wird, was im Ergebnis zu einer gegenüber der vertikalen abgeschrägten Seitenwand führt, was in 15D gestrichelt dargestellt ist. Eine solche abgeschrägte Seitenwand erleichtert ein späteres Auffüllen des Grabens mit einem Halbleitermaterial durch einen Epitaxieprozess.
  • Die Maskenschicht 302 kann vor Durchführen des Ätzprozesses entfernt werden. Bei Verwendung einer Nitridschicht als Maskenschicht 302 wird hierzu beispielsweise Phosphorsäure verwendet. Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, die Maskenschicht 302 während des Ätzprozesses, durch den die zweite Fremdmaterialschicht 22' entfernt wird, zu entfernen. Dies ist z.B. bei Verwendung einer Oxidschicht als Maskenschicht 302 der Fall.
  • 15E zeigt die Halbleiterstruktur nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte, bei denen die Schutzschicht 301 entfernt wird. Ergebnis ist eine Halbleiterstruktur mit einem Halbleiterkörper 100, einem in dem Halbleiterkörper 100 angeordneten Graben 10 und einer Fremdmaterialschicht 21', die auf einer 11 der Seitenwände 11, 12 des Grabens 10 und abschnittsweise im Bereicht der Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordnet ist.
  • Der nach Entfernen der Schutzschicht 201 wieder vorhandene Graben 10 kann nachfolgend mit einem Halbleitermaterial aufgefüllt werden. Bezug nehmend auf 16A, die den Halbleiterkörper 101 im vertikalen Querschnitt zeigt, wird der Graben 10 hierzu epitaktisch von der zweiten Grabenseitenwand 12 her aufgefüllt. Bezug nehmend auf 16B kann der auf der Vorderseite 101 vorhandene Abschnitt der Fremdmaterialschicht 21' und die sich über den Graben 10 hinaus erstreckenden Abschnitte der Epitaxieschicht 30 anschließend entfernt werden. Hierzu eignet sich beispielsweise ein Ätzverfahren oder ein Polierverfahren, wie z.B. ein CMP-Verfahren. Ergebnis dieser Verfahrensschritte ist ein Halbleiterkörper 100 mit einer in dem Halbleiterkörper 100 angeordneten, sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstreckenden Fremdmaterialschicht 21. Entsprechend der Erläuterungen zu 2 kann diese Fremdmaterialschicht 21 in nicht näher dargestellter Weise entfernt und durch eine weitere Fremdmaterialschicht ersetzt werden.
  • Bei einem Beispiel des erläuterten Verfahrens ist vorgesehen, die Fremdmaterialschichten, insbesondere die erste Fremdmaterialschicht 21' wenigstens im Bereich der ersten Grabenseitenwand 12 als Schichtstapel herzustellen. 17 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Halbleiterstruktur gemäß 16B für ein solches Ausführungsbeispiel. Der dargestellte Schichtstapel umfasst drei Teilschichten 21A, 21B, 21C, die in der genannten Reihenfolge beispielsweise eine Siliziumoxidschicht, eine Carbonschicht und eine Siliziumoxidschicht sind. Ein solcher Schichtstapel mit einer Karbonschicht 21B als mittlerer Schicht eignet sich besonders in solchen Fällen, in denen die hergestellte Fremdmaterialschicht 21 abschließend entfernt und durch eine weitere Fremdmaterialschicht ersetzt werden soll. Zum Entfernen einer solchen schichtweise aufgebauten Fremdmaterialschicht aus dem Graben wird zunächst die Karbonschicht 21B entfernt. Hierzu wird die Carbonschicht beispielsweise in einer sauerstoff- oder Ozonhaltigen Umgebung in Kohlendioxid umgewandelt. Nach Entfernen der Karbonschicht liegen die beiden Siliziumoxidschichten 21A, 21C auf der gesamten Länge des Grabens frei und können dann mittels eines herkömmlichen Ätzmaterials entfernt werden.
  • Die nach Entfernen der Fremdmaterialschicht 21 hergestellte weitere Fremdmaterialschicht kann beispielsweise eine Oxidschicht sein. Diese weitere Fremdmaterialschicht kann jedoch auch als Schichtstapel realisiert sein, in dem zunächst eine thermisch aufgewachsene Oxidschicht und anschließend eine Nitridschicht, eine Oxinitridschicht oder eine Aluminiumoxidschicht (Al2O3) hergestellt wird.
  • Für den Fall, dass nach Aufbringen der weiteren Fremdmaterialschicht der Spalt noch nicht vollständig gefüllt ist, kann optional noch eine abschließende thermische Oxidation durchgeführt werden, um den Rest des Spaltes zu füllen. Dabei wächst thermisch unter defektbedingten Dünnstellen der Fremdmaterialschicht eine dickere Isolatorschicht, welche den Defekt abschirmt, da die Diffusionsweite für das oxidierende Prozessgas an die zu Oxidierende Silizium-Grenzfläche an der Dünnstelle geringer ist.
  • Das zuvor unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 und 15 bis 17 erläuterte Verfahren zur Herstellung einer Fremdmaterialschicht 21 in einem Halbleiterkörper dadurch, dass die Fremdmaterialschicht 21 auf eine Seite eines Grabens 10 aufgebracht wird und dass der Graben 10 anschließend durch epitaktisches Abscheiden von der anderen Seitenwand her aufgefüllt wird, eignet sich auch zur Herstellung einer Halbleiterschicht in einem Halbleiterkörper. Bezugnehmend auf 18A, die einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper 100 zeigt, wird hierzu die Fremdmaterialschicht 23 entfernt, wie dies bereits im Zusammenhang mit 2A erläutert wurde. Hierdurch entsteht ein weiterer Graben 70 in dem Halbleiterkörper, der sich ausgehend von der ersten Seite 101 in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt und dessen Abmessungen in etwa den Abmessungen der aus dem Halbleiterkörper 100 entfernten Fremdmaterialschicht 21 entsprechen.
  • Die Fremdmaterialschicht 21 wird beispielsweise ausgehend von der ersten Seite 101 aus dem Halbleiterkörper herausgeätzt. Als Ätzmedium wird dabei ein Medium verwendet, das die Fremdmaterialschicht selektiv gegenüber dem Material des Halbleiterkörpers 100 ätzt. Eine Oxidschicht als Fremdmaterialschicht 21 lässt sich beispielsweise unter Verwendung einer flusssäurehaltigen (HF-haltigen) Lösung als Ätzmedium aus dem Halbleiterkörper 101 herausätzen.
  • Bezugnehmend auf 18B wird der Graben 70 anschließend mit einer Halbleitermaterialschicht 73 aufgefüllt. Diese Halbleitermaterialschicht 73 ist insbesondere eine monokristalline Halbleiterschicht, die sich hinsichtlich ihrer Dotierungskonzentration und/oder hinsichtlich ihres Dotierungstyps von dem den weiteren Graben 70 umgebenden Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 100 unterscheidet. Die Herstellung dieser Halbleiterschicht 73 in dem Graben 70 erfolgt beispielsweise durch epitaktisches Abscheiden eines Halbleitermaterials in dem Graben 70. Der Graben 70 wächst hierbei von beiden Seitenwänden her zu.
  • Bei einem Beispiel ist vorgesehen, das Halbleitermaterial zum Auffüllen des weiteren Grabens ganzflächig auf die erste Seite 101 und in dem Graben 70 abzuscheiden. Ein auf der ersten Seite 101 aufgewachsenes Halbleitermaterial kann dann anschließend von der ersten Seite 101 entfernt werden. Hierzu eignet sich beispielsweise ein mechanisches oder chemischmechanisches Polierverfahren (CMP).
  • Bei einem weiteren Beispiel ist vorgesehen, eine Schutzschicht auf die erste Seite 101 aufzubringen, die während des Abscheideprozesses, der zum Auffüllen des Grabens dient, ein Abscheiden des Halbleitermaterials auf die erste Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 verhindert. Ein mögliches Verfahren zum Auffüllen des Grabens unter Verwendung einer Schutzschicht wird nachfolgend anhand der 19A bis 19F erläutert.
  • Nach Herstellen des weiteren Grabens 70, was in 19A dargestellt ist, wird bei diesem Verfahren der Graben 70 an seinem oberen Ende, d.h. an seinem im Bereich der ersten Seite 101 liegenden Ende, mit einem Stöpsel 401 verschlossen. Der Stöpsel 401 besteht beispielsweise aus einem Nitrid und wird beispielsweise durch Abscheiden einer Nitridschicht und anschließendes Entfernen der Nitridschicht von der ersten Seite 101 hergestellt. Bei Abscheiden der Nitridschicht wird der Graben 70 im oberen Bereich verschlossen, so dass nach Entfernen der Nitridschicht von der ersten Seite 101 der Stöpsel 401 in dem Graben verbleibt. Das Entfernen der Nitridschicht von der ersten Seite 101 erfolgt beispielsweise durch ein mechanisches oder chemisch-mechanisches Polierverfahren.
  • Bezugnehmend auf 19C wird anschließend die Schutzschicht 402 auf der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers hergestellt. Diese Schutzschicht 402 ist beispielsweise eine Oxidschicht, die durch thermische Oxidation eines oberflächennahen Bereichs des Halbleiterkörpers 100 auf der ersten Seite 101 hergestellt wird. Durch eine solche thermische Oxidation wird der Stöpsel 401 nicht oder nur geringem Umfang oxidiert.
  • Bezugnehmend auf 19D wird der Stöpsel 401 anschließend entfernt. Hierzu eignet sich ein Ätzverfahren, das das Material des Stöpsels 401 selektiv gegenüber dem Material der Schutzschicht 402 und dem Halbleiterkörper 100 ätzt. Ein Nitridstöpsel 401 kann beispielsweise unter Verwendung von Phosphorsäure als Ätzmittel entfernt werden. Um eine gegebenenfalls auf dem Stöpsel 401 vorhandene Oxidschicht ebenfalls zu entfernen, kann die Schutzschicht 402 zunächst für kurze Zeit einem Ätzmittel ausgesetzt werden, das die Oxidschicht 402 ätzt. Hierdurch wird eine gegebenenfalls auf dem Stöpsel 401 vorhandene Oxidschicht entfernt, ohne jedoch die Schutzschicht 402 vollständig von der ersten Seite 101 zu entfernen.
  • Bezugnehmend auf 19E wird anschließend die Halbleiterschicht 73 in dem nach Entfernen des Stöpsels 401 wieder freiliegenden Graben hergestellt. Das Herstellen der Halbleiterschicht 73 erfolgt beispielsweise mittels eines Epitaxieverfahrens, wobei durch dieses Epitaxieverfahren lediglich Halbleitermaterial in dem Graben 70, nicht jedoch – oder zumindest nur in geringem Umfang – auf der Schutzschicht 402 abgeschieden wird. Die Schutzschicht 402 wird anschließend entfernt, woraus die in 18B dargestellte Struktur mit dem Halbleiterkörper 100 und der in dem Halbleiterkörper 100 vorhandenen Halbleiterschicht 73 resultiert.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Halbleiterschicht 73 in dem nach Entfernen der Materialschicht 21 verbleibenden Graben kann im Anschluss an ein beliebiges der zuvor erläuterten Verfahren zur Herstellung der Fremdmaterialschicht 21 durchgeführt werden. Die zu entfernende Fremdmaterialschicht 21 kann dabei eine beliebige der zuvor erläuterten Geometrien, insbesondere eine streifenförmige oder ringförmige Geometrie besitzen. Darüber hinaus kann sich die Fremdmaterialschicht 21 senkrecht (wie in den 18 und 19 dargestellt) oder schräg (wie beispielsweise in 1 gestrichelt dargestellt) in den Halbleiterkörper 100 hinein erstrecken.
  • Das zuvor anhand der 18 und 19 erläuterte Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschicht in dem Halbleiterkörper 100 eignet sich beispielsweise bei der Herstellung eines MOS-Transistorbauelements zur Herstellung einer komplementär zu einer Driftzone dotierten Kompensationszone des Halbleiterbauelements. Transistorbauelemente mit einer solchen Kompensationszone werden auch als Kompensationsbauelemente oder "Superjunction"-Bauelemente bezeichnet und sind grundsätzlich bekannt. Die Kompensationszone dient bei solchen Bauelementen dazu, bei sperrendem Bauelement wenigstens einen Teil der Dotierstoffladung in der Driftzone zu kompensieren. Die Driftzone kann dadurch – bei gleicher Spannungsfestigkeit wie ein Bauelement ohne solche Kompensationszone – höher dotiert werden, woraus ein niedrigerer Einschaltwiderstand resultiert. Eine Schwierigkeit im Hinblick auf eine zunehmende Integrationsdichte bei solchen Bauelementen besteht darin, Kompensationszonen herzustellen, die in einer Richtung quer zu der Stromflussrichtung eine möglichst geringe Abmessung besitzen. Die Herstellung solcher Kompensationszonen mit geringen Abmessungen in einer Richtung quer zu der Stromflussrichtung ist durch das zuvor erläuterte Verfahren möglich.
  • Ein erstes Beispiel eines solchen Verfahrens zur Herstellung eines Transistorbauelements wird nachfolgend anhand der 20A bis 20F erläutert. Bezugnehmend auf 20A bilden den Ausgangspunkt dieses Verfahrens der Halbleiterkörper 100 mit der in dem Halbleiterkörper 100 angeordneten, sich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstreckende Fremdmaterialschichten 23. Der Halbleiterkörper 100 umfasst beispielsweise zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten: eine erste Halbleiterschicht 120, die beispielsweise ein Halbleitersubstrat ist und eine spätere Drainzone 75 des Bauelements bildet; und eine zweite Halbleiterschicht 110, die beispielsweise eine auf das Halbleitersubstrat 120 aufgebrachte Epitaxieschicht ist und die die spätere Driftzone 74 des Bauelements bildet. Eine Dotierungskonzentration der Epitaxieschicht 31, die zum Auffüllen des Grabens (10 in 1) bei der Herstellung der Fremdmaterialschicht 21 verwendet wurde, kann einer Grunddotierung der Halbleiterschicht 110 entsprechen. Diese Epitaxieschicht kann allerdings auch intrinsisch sein. In dem zuletzt genannten Fall, umfasst die Driftzone 74 des späteren Bauelements zwei unterschiedlich dotierte Abschnitte: einen ersten Abschnitt, der aus einer Grunddotierung der Halbleiterschicht 110 resultiert; und einen zweiten Abschnitt, der aus der Dotierung (bzw. Nicht-Dotierung) der Epitaxieschicht 31 resultiert.
  • Die Fremdmaterialschicht 23 kann – wie dargestellt – bis in die erste Halbleiterschicht 120 reichen, kann jedoch auch oberhalb der Halbleiterschicht 120 enden.
  • Bezugnehmend auch die 20B und 20C umfasst das Verfahren die Herstellung einer Bodyzone 71 in der Driftzone 74 und die Herstellung einer Sourcezone 72 in der Bodyzone 71. Die Herstellung der Bodyzone 71 und der Sourcezone 72 erfolgt in dem dargestellten Beispiel mittels eines sogenannten DMOS-Prozesses. Die Dotierstoffe für die Herstellung der Bodyzone 71 werden hierbei unter Verwendung einer Gateelektrode 81 als Maske über die erste Seite 101 in den Halbleiterkörper 100 eingebracht. Die Gateelektrode 81 ist hierbei eine planare Elektrode, die oberhalb der ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist und die durch eine Gate-Dielektrikumsschicht 82 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist. Die Herstellung der Gate-Elektrode 81 und der Gate-Dielektrikumsschicht 82 kann hierbei mittels grundsätzlich bekannter Verfahrensschritte erfolgen, so dass auf weitere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann.
  • Die Herstellung der Bodyzone 71 erfolgt beispielsweise durch Implantieren von Dotierstoffatomen unter Verwendung der Gate-Elektrode 81 als Maske und anschließendes Durchführen eines Temperaturprozesses, durch den die implantierten Dotierstoffe aktiviert werden und außerdem in lateraler Richtung unter die Gateelektrode 81 diffundieren, was in 20 im Ergebnis dargestellt ist.
  • Die Herstellung der Sourcezone 72, die im Ergebnis in 20C dargestellt ist, kann auf gleiche Weise wie die Herstellung der Bodyzone 71 erfolgen, wobei zur Herstellung der Sourcezone 72 Dotierstoffatome im Bereich der Bodyzone 71 in den Halbleiterkörper 100 eingebracht werden, die komplementär zu den Dotierstoffatomen der Bodyzone 71 sind. Eine Implantation der Dotierstoffatome zur Herstellung der Sourcezone 72 kann dabei ebenfalls unter Verwendung der Gateelektrode 81 als Maske erfolgen. Optional besteht die Möglichkeit, vor Implantation der Dotierstoffatome zur Herstellung der Sourcezone 72 eine Abstandsschicht auf die Gateelektrode 81 aufzubringen, die bewirkt, dass der Implantationsbereich zur Implantation der Source-Dotierstoffatome kleiner ist als der Implantationsbereich zur Implantation der Body-Dotierstoffatome. Eine solche optionale Abstandsschicht ist in 20C mit dem Bezugszeichen 83 bezeichnet. Diese Abstandsschicht kann eine Isolationsschicht sein, die die Gateelektrode 81 von der später noch herzustellenden Source-Elektrode elektrisch isoliert. Eine Aktivierung der Dotierstoffatome der Bodyzone 71 und der Sourcezone 72 kann hierbei durch einen gemeinsamen Temperaturprozess erfolgen.
  • Die Source-Dotierstoffatome können – wie erwähnt – unter Verwendung der Gateelektrode 81 als Maske implantiert werden. Die Temperaturprozesse zur Herstellung der Bodyzone und zur Herstellung der Sourcezone sind dabei so aufeinander abzustimmen, dass die Dotierstoffatome der Sourcezone weniger weit in lateraler Richtung unter die Gate-Elektrode 81 diffundieren, um einen unter der Gateelektrode 81 angeordneten, sich in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers erstreckenden Abschnitt der Bodyzone 71 zu erhalten, in dem ein leitender Kanal durch die Gateelektrode 81 steuerbar ist. Bei Verwendung derselben Maske zur Herstellung der Bodyzone 71 und der Sourcezone 72 werden beispielsweise zunächst die Dotierstoffatome der Bodyzone 71 implantiert und eindiffundiert, und anschließend werden die Dotierstoffatome der Sourcezone 72 implantiert und eindiffundiert.
  • Erst nach Herstellen der Bodyzone 71 und gegebenenfalls nach Herstellen der Sourcezone 72 wird bezugnehmend auf die 20D die Fremdmaterialschicht 21 entfernt und durch die Halbleiterschicht 73 ersetzt, die eine Kompensationszone des Bauelements bildet. Als Verfahren zum Entfernen der Fremdmaterialschicht 21 und zum Herstellen der Halbleiterschicht 73 eignet sich beispielsweise das anhand der 18 und 19 erläuterte Verfahren. Da die Bodyzone 71 und die Sourcezone 72 bereits vor Herstellen der Kompensationszone 73 hergestellt werden, beeinflusst das bei Herstellen der Bodyzone und der Sourcezone 71, 72 vorhandene Temperaturbudget die Kompensationszone 73 nicht und bewirkt insbesondere keine Eindiffusion von Dotierstoffen aus der Kompensationszone 73 in die Driftzone 74. Die Abmessungen der Kompensationszone 73 in lateraler Richtung des Halbleiterkörpers sind damit annähernd auf die Abmessungen der Fremdmaterialschicht 21 begrenzt. Die laterale Richtung des Halbleiterkörpers 100 ist in dem Beispiel die Richtung quer zu der Stromflussrichtung, die in vertikaler Richtung von der Sourcezone 72 zu der Drainzone 75 verläuft.
  • Bezugnehmend auf 20F, das das fertiggestellte Bauelement zeigt, wird anschließend eine Sourceelektrode 84 hergestellt, die die Sourcezone 72 kontaktiert. Wie dargestellt, erfolgt die Herstellung der Bodyzone 71 derart, dass sie sich an die Fremdmaterialschicht 21 anschließt (wie in 20B und 20C dargestellt). Die Halbleiterschicht 73 schließt sich nach deren Herstellung dann an die Bodyzone 71 an bzw. kontaktiert diese. Bei dem Bauelement gemäß 20F ist die Bodyzone 71 über die in dem Graben hergestellte Kompensationszone 73 an die Sourceelektrode 84 angeschlossen. Optional besteht auch die Möglichkeit, die Sourcezone 72 bei deren Herstellung an Bereichen der ersten Seite 101 auszusparen oder ein Kontaktloch zu ätzen, das durch die Sourcezone 72 bis in die Bodyzone 71 reicht und über welches die Source-Elektrode 84 die Bodyzone 71 kontaktiert.
  • Der Leitungstyp des in 20F dargestellten MOSFET ist bestimmt durch den Dotierungstyp der Sourcezone 72. Das Bauelement ist ein n-leitendes Bauelement, wenn die Sourcezone 72 n-dotiert ist, und ist ein p-leitendes Bauelement, wenn die Sourcezone 72 p-dotiert ist. Die Bodyzone 71 ist komplementär zu der Sourcezone 72 und komplementär zu der Driftzone 74 dotiert. Die in dem Graben hergestellte Kompensationszone 73 ist komplementär zu der Driftzone 74 dotiert und ist damit vom gleichen Leitungstyp wie die Bodyzone 71. Die Drainzone 75 ist bei einem als MOSFET ausgebildeten Bauelement vom gleichen Leitungstyp wie die Sourcezone 72 und die Driftzone 74 und ist bei einem als IGBT ausgebildeten Bauelement komplementär zu der Sourcezone 72 und der Driftzone 74 dotiert.
  • Das Transistorbauelement kann zellenartig aufgebaut sein und kann eine Vielzahl der in 20F dargestellten Strukturen mit je einer Sourcezone 71, einer Bodyzone 72 und einer Kompensationszone 73, die sich an die Bodyzone 71 anschließt, umfassen, die parallel geschaltet sind. Die Drainzone 75 und die Gateelektrode 81 ist dabei beispielsweise allen Transistorzellen gemeinsam.
  • Das anhand von 20 erläuterte Verfahren zur Herstellung der Kompensationszone 73 ist selbstverständlich nicht auf die Herstellung eines auf einen Transistors mit planarer Gateelektrode beschränkt, sondern eignet sich zur Herstellung einer Kompensationszone bei beliebigen vertikalen MOS-Transistoren. Als weiteres Beispiel veranschaulichen die 21A bis 21D ein Verfahren zu Herstellung eines MOS-Transistors mit einer Trench-Gateelektrode.
  • Bezugnehmend auf 21A wird bei diesem Verfahren zunächst eine Gateelektrode 81 hergestellt, die in einem Graben des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist und die gegenüber dem Halbleiterkörper 100 durch eine Gate-Dielektrikumsschicht 82 dielektrisch isoliert ist. Die Gateelektrode 81 ist hierbei in lateraler Richtung beabstandet zu der Fremdmaterialschicht 21 angeordnet.
  • Anschließend werden Dotierstoffatome zur Herstellung der Bodyzone 71 und der Sourcezone 72 über die erste Seite 101 in den Halbleiterkörper eingebracht. Ein Einbringen der Dotierstoffatome erfolgt beispielsweise durch ein Implantationsverfahren und einen anschließenden Temperaturprozess derart, dass die Dotierstoffatome der Bodyzone 71 in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 tiefer in den Halbleiterkörper 100 eingebracht werden, als die Dotierstoffatome der Sourcezone 72. Eine Maske zur Implantation der Dotierstoffatome ist hierbei nicht erforderlich. Die Gateelektrode 81 bzw. die die Gateelektrode 81 umgebende Dielektrikumsschicht 82 wirken hierbei als Implantationsmaske.
  • Anschließend wird die Fremdmaterialschicht 21 aus dem Graben entfernt und durch die die Kompensationszone 73 bildende Halbleiterschicht ersetzt, was im Ergebnis in 21C dargestellt ist. Anschließend wird die Gateelektrode 84 hergestellt, die die Sourcezone 72 und die Bodyzone 71 kontaktiert. Eine Kontaktierung der Bodyzone 71 erfolgt über ein Kontaktloch. Dieses Kontaktloch wird mittels grundsätzlich bekannter Verfahrensschritte ausgehend von der ersten Seite 101 in den Halbleiterkörper eingebracht und reicht durch die Sourcezone 72 bis an die oder bis in die Bodyzone 71.

Claims (32)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements mit einer in einem Halbleiterkörper (100) angeordneten Fremdmaterialschicht (21), das aufweist: Herstellen eines Grabens (10), der zwei gegenüberliegende Seitenwände (11, 12) und einen Boden (13) aufweist, in dem Halbleiterkörper (100); Herstellen einer Fremdmaterialschicht (21) auf einer ersten (11) der beiden Seitenwände des Grabens; Auffüllen des Grabens (10) durch epitaktisches Abscheiden eines Halbleitermaterials auf den Halbleiterkörper an der zweiten (12) der beiden Seitenwände und dem Boden (13) des Grabens (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: Planarisieren des Halbleiterkörpers (100) nach Auffüllen des Grabens im Bereich einer ersten (101) Seite bis die Fremdmaterialschicht (21) im Bereich der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) freiliegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fremdmaterialschicht (21) eine Dielektrikumsschicht ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: Entfernen der Fremdmaterialschicht (21), so dass ein zweiter Graben entsteht, Auffüllen des zweiten Grabens mit einer weiteren Fremdmaterialschicht (23).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die weitere Fremdmaterialschicht eine Dielektrikumsschicht (23) ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Herstellung der Fremdmaterialschicht an der ersten Seitenwand aufweist: Aufbringen einer Fremdmaterialschicht (20) auf beide Seitenwände (11, 12) und den Boden (13) des Grabens (10), Entfernen der Fremdmaterialschicht vom Boden (13) und von der zweiten Seitenwand (12), so dass die Fremdmaterialschicht (21) an der ersten Seitenwand (11) verbleibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Entfernen der Fremdmaterialschicht vom Boden (13) des Grabens ein anisotropes Ätzen umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Entfernen der Fremdmaterialschicht von der zweiten Seitenwand (12) aufweist: Herstellen einer Schutzschicht (202) über der Fremdmaterialschicht (21) im Bereich der ersten Seitenwand (11), wobei die Schutzschicht (202) die Fremdmaterialschicht (22) im Bereich der zweiten Seitenwand (12) freilässt; Durchführen eines Ätzverfahrens zum Entfernen der Fremdmaterialschicht im Bereich der zweiten Seitenwand (12).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Entfernen der Fremdmaterialschicht (22) von der zweiten Seitenwand (12) aufweist: Auffüllen des Grabens (10) derart, dass die Fremdmaterialschicht nur im Bereich der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) freiliegt Aufbringen einer Schutzschicht (204) auf die erste Seite (101) des Halbleiterkörpers, die den an der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) freiliegenden Abschnitt der auf die erste Seitenwand (11) aufgebrachten Fremdmaterialschicht (21) abdeckt und die den an der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) freiliegenden Abschnitt der auf die zweite Seitenwand (12) aufgebrachten Fremdmaterialschicht (22) freilässt; Entfernen der auf die zweite Seite (12) aufgebrachten Fremdmaterialschicht ausgehend von der ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) mittels eines Ätzverfahrens.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterkörper (100) aufeinanderfolgend eine erste Halbleiterschicht (110), eine zweite Halbleiterschicht (111), eine dritte Halbleiterschicht (113) und eine vierte Halbleiterschicht (114), die eine erste Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) bildet, aufweist, bei dem der Graben (10) derart hergestellt wird, dass er durch die vierte, dritte und zweite Halbleiterschicht (114, 113, 111) bis in die erste Halbleiterschicht (110) reicht, und bei dem vor Auffüllen des Grabens (10) eine weitere Halbleiterschicht (61) in dem Graben (10) hergestellt wird, die vom Boden des Grabens (10) bis auf Höhe der dritten Halbleiterschicht (113) oder der vierten Halbleiterschicht (114) reicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die erste, dritte und vierte (110, 113, 114) Halbleiterschicht dotierte Halbleiterschichten vom gleichen Leitungstyp sind und bei dem die zweite Halbleiterschicht (111) komplementär zu der ersten, dritten und vierten Halbleiterschicht (110, 113, 114) dotiert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem zwischen der zweiten und dritten Halbleiterschicht (111, 113) eine weitere dotierte Halbleiterschicht (112) angeordnet ist, die schwächer als die zweite und dritte Halbleiterschicht (111, 113) dotiert ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, das nach Herstellen der Fremdmaterialschicht (21) weiterhin aufweist: Abtragen des Halbleiterkörpers (100) ausgehend von einer Seite des Halbleiterkörpers, die der Seite gegenüberliegt, ausgehend von der der Graben (10) hergestellt wird, bis die Fremdmaterialschicht (21) abschnittsweise freiliegt; nach Abtragen des Halbleiterkörpers: Einbringen von Dotierstoffatomen eines ersten und eines zweiten Leitungstyps über eine durch das Abtragen entstandene Oberfläche (104) des Halbleiterkörpers in einen Bereich des Halbleiterkörpers (100), der sich in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers zu einer Seite hin oder zu beiden Seiten hin an die Fremdmaterialschicht (21) anschließt, wobei die Dotierstoffatome derart eingebracht werden, dass zwei komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen entstehen, die ausgehend von der durch das Abtragen entstandenen Oberfläche (104) des Halbleiterkörpers aufeinanderfolgend angeordnet sind.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Dotierstoffatome so eingebracht werden, dass die komplementär zueinander dotierten Halbleiterzonen sich unmittelbar aneinander anschließen.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Dotierstoffatome so eingebracht werden, dass die komplementär zueinander dotierten Halbleiterzonen beabstandet zueinander angeordnet sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Graben (10) in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) langgestreckt verläuft.
  17. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Graben ringförmig verläuft.
  18. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterkörper aus monokristallinem Silizium besteht und bei dem der Graben (10) so hergestellt wird, dass die gegenüberliegenden Seitenwände in einer <010>-Kristallebene des Silizium-Kristallgitters des Halbleiterkörpers (100) liegen.
  19. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Halbleiterkörper aus monokristallinem Silizium besteht und bei dem der Graben (10) so hergestellt wird, dass die gegenüberliegenden Seitenwände in einer Ebene liegen, die von einer <010>-Kristallebene des Silizium-Kristallgitters des Halbleiterkörpers um maximal 15° abweicht.
  20. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Tiefe des Grabens (10) zwischen 10μm und 100 μm beträgt.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Breite des Grabens zwischen 0,2 μm und 10μm beträgt
  22. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Dicke der Fremdmaterialschicht (21) zwischen 10nm und 200nm beträgt.
  23. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Halbleiterbauelement eine Driftzone (41) und eine Driftsteuerzone (48) und ein zwischen der Driftzone und der Driftsteuerzone angeordnetes Driftsteuerzonendielektrikum aufweist und bei dem die Fremdmaterialschicht (21) das Driftsteuerzonendielektrikum bildet.
  24. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Herstellen der Fremdmaterialschicht (21) aufweist: Herstellen einer ersten Fremdmaterialschicht (21'), die die erste Seitenwand (11) des Grabens (10) und außerhalb des Grabens (10) einen sich an die erste Seitenwand (11) anschließenden Abschnitt einer Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) überdeckt, und Herstellen einer zweiten Fremdmaterialschicht (22'), die die zweite Seitenwand (12) des Grabens (10) und außerhalb des Grabens (10) einen sich an die zweite Seitenwand (12) anschließenden Abschnitt einer Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) überdeckt; Herstellen einer Schutzschicht (301), die die erste Fremdmaterialschicht (21') überdeckt und die eine Aussparung (304) aufweist, im Bereich der die zweite Fremdmaterialschicht (22') abschnittsweise freiliegt; Entfernen der zweiten Fremdmaterialschicht (22') wenigstens im Bereich der zweiten Seitenwand (12) unter Verwendung eines Ätzmittels, das über die Aussparung (304) mit der zweiten Fremdmaterialschicht (22') in Kontakt gebracht wird.
  25. Verfahren Anspruch 24, bei dem die Schutzschicht eine Carbonschicht ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die Aussparung (304) in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers (100) beabstandet zu der zweiten Seitenwand (12) ist.
  27. Verfahren zur Herstellung eines Transistorbauelements, das in einem Halbleiterkörper (100) eine Driftzone (74) eines ersten Leitungstyps und eine in der Driftzone angeordnete Kompensationszone eines zu dem ersten Leitungstyp komplementären Leitungstyp aufweist, wobei das Verfahren zur Herstellung der Kompensationszone aufweist: Herstellen eines Grabens, der zwei gegenüberliegende Seitenwände und einen Boden aufweist und der sich ausgehend von einer ersten Seite (101) des Halbleiterkörpers (100) in die Driftzone (74) erstreckt; Herstellen einer Fremdmaterialschicht (23) auf einer ersten der beiden Seitenwände des Grabens; Auffüllen des Grabens (10) durch epitaktisches Abscheiden eines Halbleitermaterials (31) auf den Halbleiterkörper an der zweiten (12) der beiden Seitenwände und dem Boden (13) des Grabens (10); Entfernen der Fremdmaterialschicht (23) nach Auffüllen des Grabens, wodurch ein weiterer Graben (70) entsteht; Auffüllen des weiteren Grabens mit einem komplementär zu der Driftzone (74) dotierten Halbleitermaterial zur Herstellung der Kompensationszone (73).
  28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem das Auffüllen des weiteren Grabens (70) umfasst: Aufbringen einer Schutzschicht (402) auf die erste Seite (101); Epitaktisches Abscheiden des Halbleitermaterials in dem weiteren Graben (70).
  29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem vor Herstellen der Schutzschicht (402) der weitere Graben (70) im Bereich der ersten Seite (101) mit einem Stöpsel (401) verschlossen wird und bei dem der Stöpsel nach dem Herstellen der Schutzschicht (402) und vor dem epitaktischen Abscheiden des Halbleitermaterials entfernt wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem die Schutzschicht (402) eine Oxidschicht ist.
  31. Verfahren nach 29 oder 30, bei dem der Stöpsel aus einem Nitrid besteht.
  32. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 31, das weiterhin umfasst: Herstellen einer Bodyzone (71) in der Driftzone (74) und einer Sourcezone (72) in der Bodyzone (71); wobei die Herstellung der Kompensationszone (73) nach Herstellen der Bodyzone (71) oder nach Herstellen der Bodyzone (71) und der Sourcezone (72) erfolgt.
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