DE102013100636B4

DE102013100636B4 - Halbleiterbauelement mit Kontaktstruktur und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102013100636B4
Application number: DE102013100636.1A
Authority: DE
Inventors: Torsten HELM; Marc Probst; Uwe Rudolph
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2033-01-23
Also published as: US20170256437A1; US20190198380A1; US10748807B2; US10262889B2; US20130187159A1; CN103219277B; DE102013100636A1; CN103219277A

Abstract

Halbleiterbauelement mit Kontaktstruktur, umfassend:einen ersten Trench (10), der in einem Halbleitermaterial (1) angeordnet ist, wobei der erste Trench (10) einen verbreiterten Trenchteil (32) und einen erstreckten Trenchteil (51) aufweist,wobei der verbreiterte Trenchteil (32) an eine Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) angrenzt und der erstreckte Trenchteil (51) sich von dem verbreiterten Trenchteil (32) aus in einer Tiefenrichtung des Halbleitermaterials (1) erstreckt und eine Breite des erstreckten Trenchteils (51), gemessen in einer Ebene parallel zu der Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1), kleiner ist als eine größte Breite des verbreiterten Trenchteils (32),wobei eine Seitenwand des verbreiterten Trenchteils (32) gekrümmt ist, so dass eine Breite des verbreiterten Trenchteils (32) zum erstreckten Trenchteil (51) hin abnimmt, jede Breite in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) gemessen ist und jede Breite einen Abstand zwischen Innenflächen von verbleibenden Halbleitermaterialteilen oder zwischen Außenflächen einer in dem ersten Trench (10) angeordneten Füllung (14) oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Halbleitermaterialteiles und einer Außenfläche einer in dem ersten Trench (10) angeordneten Füllung (14) angibt,wobei die Kontaktstruktur eine auf der Seitenwand des ersten Trenches angeordnete Isolationsschicht (12) sowie eine leitende Füllung (14) im ersten Trench (10) aufweist.

Description

HINTERGRUND
Auf dem Gebiet von integrierten Schaltungen einschließlich insbesondere Halbleitervorrichtungen werden Isolationsstrukturen gewöhnlich zum Definieren aktiver Bereiche in Halbleitersubstraten und zum Isolieren benachbarter Funktionseinheiten voneinander verwendet. Beispielsweise wird gemäß der so genannten flachen Trench-(Graben-)Isolation-(STI-)Technologie ein flacher, mit isolierendem bzw. Isolationsmaterial gefüllter Isolationstrench an der Oberfläche eines Halbleitersubstrats gebildet. Darüber hinaus werden gemäß der tiefen Trench-Isolation-(DTI-)Technologie tiefe, mit einem Isolationsmaterial gefüllte Isolationstrenches in dem Halbleitermaterial gebildet. Beispielsweise kann ein leitendes Material in diesen tiefen Isolationstrenches angeordnet werden, wobei das leitende Material von dem Halbleitermaterial durch das isolierende Material isoliert ist. Das leitende Material in den tiefen Isolationstrenches bildet einen Kontakt zu einer unten liegenden vergrabenen Schicht oder schirmt außerdem elektrische Felder ab. Um eine wirksame Isolation selbst in dem Fall von hohen Spannungen zu liefern, werden hier Verbesserungen der bestehenden tiefen Trench-Isolationstechnik gesucht. Demgemäß wäre es wünschenswert, integrierte Schaltungen zu schaffen, die Trenches aufweisen, welche zunehmend höhere Spannungen aushalten können.
Weitere Halbleiterbauelemente sind aus der US 2004 / 0 259 368 A1 , US 2007 / 0 059 897 A1 , US 2009 / 0 026 522 A1 , US 2013 / 0 228 928 A1 , US 2009 / 0 020 811 A1 , US 2006 / 0 261 444 A1 , US 6 020 270 A , US 2002 / 0 039 818 A1 und US 2010 / 0 171 170 A1 bekannt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine integrierte Schaltung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, durch welche die obigen Vorgaben erfüllt werden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand bzw. das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine integrierte Schaltung einen ersten Trench, der in einem Halbleitermaterial angeordnet ist, wobei eine Breite des ersten Trenches in einem oberen Teil des ersten Trenches neben einer Oberfläche des Halbleitermaterials kleiner ist als eine Breite des ersten Trenches in einem unteren Teil des ersten Trenches, wobei der untere Teil in dem Halbleitermaterial gelegen ist, jede Breite in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials gemessen ist und jede Breite einen Abstand zwischen Innenflächen von verbleibenden Halbleitermaterialteilen oder zwischen Außenflächen einer in dem ersten Trench gelegenen Füllung oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Halbleitermaterialteils und einer Außenfläche einer in dem ersten Trench gelegenen Füllung angibt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung ein Herstellen eines ersten Trenches in einem Halbleitermaterial, wobei der erste Trench so gebildet wird, dass eine Breite des ersten Trenches in einem oberen Teil des ersten Trenches neben einer Oberfläche des Halbleitermaterials kleiner ist als eine Breite des ersten Trenches in einem unteren Teil des ersten Trenches, wobei der untere Teil in dem Halbleitermaterial gelegen ist, jede Breite in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials gemessen ist und jede Breite einen Abstand zwischen Innenflächen von verbleibenden Halbleitermaterialteilen oder zwischen Außenflächen einer in dem ersten Trench gelegenen Füllung oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Halbleitermaterialteiles und einer Außenfläche einer in dem ersten Trench gelegenen Füllung bezeichnet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine integrierte Schaltung einen in einem Halbleitermaterial gelegenen ersten Trench, der eine gekrümmte erste Seitenwand hat, wobei ein Winkel δ zwischen einer Tangente an der ersten Seitenwand in einem oberen Teil des ersten Trenches und einer Oberfläche des verbleibenden Halbleitermaterials kleiner als 90° ist, der obere Teil des ersten Trenches neben der Oberfläche des Halbleitermaterials liegt und ein Winkel γ zwischen einer Tangente an der ersten Seitenwand in einem unteren Teil des ersten Trenches und der Oberfläche des verbleibenden Halbleitermaterials größer ist als der Winkel δ, und wobei der untere Teil in dem Halbleitermaterial gelegen ist.
Der Fachmann erkennt zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen.
Figurenliste
Die begleitenden Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern, und sie sind in diese Offenbarung eingeschlossen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen geben entsprechende ähnliche Teile an.

1A zeigt eine Schnittdarstellung einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
1B zeigt einen vergrößerten Teil der integrierten Schaltung von 1A;
1C zeigt eine weitere Darstellung eines vergrößerten Teils der integrierten Schaltung von 1A;
2 bis 9 veranschaulichen Prozesse des Herstellens einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
10 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung veranschaulicht.

DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht wird eine Richtungsterminologie, wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „Vorne“, „Hinten“ usw. im Hinblick auf die Orientierung der gerade beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in einer Anzahl von verschiedenen Orientierungen gelegen sein können, wird die Richtungsterminologie für Veranschaulichungszwecke benutzt und ist in keiner Weise einschränkend. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Bereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende Detailbeschreibung ist daher nicht in einem begrenzenden Sinn aufzufassen, und der Bereich der vorliegenden Erfindung wird durch die begleitenden Patentansprüche definiert.
Die Begriffe „Wafer“, „Substrat“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jede auf Halbleiter basierende Struktur umfassen, welche eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie Silizium, Silizium-auf-Isolator (SOI), Silizium-auf-Saphir (SOS), dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Schichten von Silizium, die durch eine Basishalbleiterunterlage getragen sind, und andere Halbleiterstrukturen umfassen. Die Halbleiter müssen nicht auf Silizium beruhen. Die Halbleiter können ebenso Silizium-Germanium, Germanium oder Galliumarsenid umfassen.
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie diese in der vorliegenden Offenbarung verwendet sind, sollen eine Orientierung parallel zu einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder eines Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder einer Scheibe sein.
Der Begriff „vertikal“, wie dieser in der vorliegenden Offenbarung verwendet ist, soll eine Orientierung beschreiben, die senkrecht zu der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrats oder Halbleiterkörpers angeordnet ist.
Die in dieser Offenbarung verwendeten Begriffe „gekoppelt“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ erfordern keine direkte Kopplung, sondern lassen Elemente zwischen den „gekoppelten“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen zu. Der Begriff „elektrisch verbunden“ soll eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Elementen beschreiben.
Zudem dienen die Begriffe „erste“, „zweite“ und dergleichen zur Beschreibung verschiedener Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. und sind ebenso nicht beschränkend. Ähnliche Begriffe dienen der Beschreibung ähnlicher Elemente in dieser Beschreibung.
Begriffe wie „umfassen“, „enthalten“, „einschließen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, d.h. neben den „umfassten“ Elementen können weitere Elemente vorliegen. Mit bestimmten und unbestimmten Artikeln gekennzeichnete Elemente können sowohl im Singular oder auch im Plural vorliegen, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben ist.
1A zeigt eine Querschnittsdarstellung einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ein Halbleitersubstrat 1 kann beispielsweise ein Basishalbleiterelement, vergrabene Schichtteile 4, die als Abschnitte vorhanden sein oder sich über die gesamte laterale Ausdehnung des Substrats erstrecken können, und weitere Halbleiterteile, die beispielsweise epitaktisch über dem Halbleiterbasiselement aufgewachsen sind, umfassen. Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 können in dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet sein. Die Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 können beispielsweise in einer epitaktischen Schicht gebildet sein. Die Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 können weitere dotierte Teile, beispielsweise mit Fremdstoff implantierte Teile, umfassen. Teile der Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 können über oder unter der Halbleitersubstratoberfläche 2 gelegen sein. Beispielsweise kann die Halbleiterfunktionseinheit 5 logische Schaltungen, Speicherzellen oder Komponenten, wie beispielsweise Transistoren, Dioden, Kondensatoren oder andere Bauelemente enthalten. Beispielsweise können die Transistoren jegliche Vorrichtungen umfassen, die in CMOS-, Bipolar- und DMOS-Technologie ausgeführt sind. Obwohl verschiedene epitaktische Schichten über dem Halbleiterbasiselement gebildet sein können, ist die Substratoberfläche 2 die oberste Oberfläche von monokristallinem Halbleitermaterial.
beispielsweise kann das Halbleitersubstrat 1 schwach dotiertes p-Si sein, während die vergrabene Schicht 4 eine hochdotierte n-Si-Schicht ist. Dennoch kann, was sofort zu verstehen ist, das Dotieren der Komponenten von dem spezifischen Zweck abhängen, für den die integrierte Schaltung hergestellt ist, und die obige Erläuterung dient nur zur Veranschaulichung.
1A veranschaulicht beispielsweise eine integrierte Schaltung mit verschiedenen Komponenten, die in einer epitaktisch aufgewachsenen Halbleiterschicht gebildet sind. Dennoch können, wie sofort zu verstehen ist, verschiedene Komponenten und insbesondere die Trenches oder Isolationstrenches, die im Folgenden beschrieben sind, in gleicher Weise in jeglichem anderen Halbleitermaterial, beispielsweise einem polykristallinem oder einem amorphen Halbleitermaterial, ausgeführt sein.
Ein erster Isolationstrench 10 wird in dem Halbleitersubstrat 1 so gebildet, dass er sich von der Substratoberfläche 2 in eine Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats 1 erstreckt. Beispielsweise kann der erste Isolationstrench 10 sich senkrecht von der Substratoberfläche 2 erstrecken.
Beispielsweise kann sich der erste Isolationstrench 10 zu dem vergrabenen Schichtteil 4 erstrecken. Eine Isolationsschicht 12 kann auf den Seitenwänden des ersten Isolationstrenches 10 gebildet sein. Weiterhin kann eine leitende Füllung 14 in der Innenseite des ersten Isolationstrenches 10 angeordnet sein.
Beispielsweise kann die leitende Füllung 14 von dem Halbleitersubstrat 1 durch die isolierende Schicht 12 isoliert sein. Beispielsweise kann die leitende Füllung 14 in Kontakt oder Berührung mit dem vergrabenen Schichtteil 4 sein.
Der erste Isolationstrench 10 kann einen erweiterten oder verbreiterten Trenchteil 32 und einen ausgedehnten Trenchteil 51 haben. Der erweiterte Trenchteil 32 ist neben der Substratoberfläche 2 vorgesehen. Der ausgedehnte oder erstreckte Trenchteil 51 erstreckt sich von dem erweiterten Trenchteil 32 zu dem vergrabenen Schichtteil 4. Eine Breite oder Weite des ausgedehnten Trenchteils 51 ist kleiner als eine Breite oder Weite des erweiterten Trenchteils 32. Beispielsweise ist die größte Breite des erweiterten Trenchteils 32 größer als die Breite des ausgedehnten Trenchteils 51. Beispielsweise kann die Breite des ausgedehnten Trenchteils 51 insbesondere in einem Bereich neben dem erweiterten Trenchteil 32 gleich zu der Breite des erweiterten Trenchteils 32 in den Bereich neben der Substratoberfläche 2 sein. Die integrierte Schaltung kann außerdem einen zweiten Isolationstrench 11 umfassen. Der erste Isolationstrench 10 isoliert benachbarte Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 voneinander. Weiterhin kann aufgrund des Vorhandenseins des leitenden Materials 14 in dem ersten Isolationstrench 10 ein elektrischer Kontakt zu dem vergrabenen Schichtteil 4 aufgebaut sein. Der erste Isolationstrench 10 wird auch als „tiefe Trenchisolation“ bezeichnet. Der zweite Isolationstrench 11, der als „flache Trenchisolation“ bezeichnet ist, isoliert auch benachbarte Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 voneinander.
In dem Zusammenhang der vorliegenden Anmeldung wird die Breite eines Trenches in einer Ebene parallel zu der Substratoberfläche gemessen. Darüber hinaus wird die Breite in einer Richtung gemessen, die senkrecht zu der Ausdehnungs- oder Erstreckungsrichtung des ausgedehnten Trenchteils 51 ist.
1B zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des oberen Teils des ersten und zweiten Isolationstrenches 10, 11. Wie in 1B dargestellt ist, ist ein erster Isolationstrench 10 in dem Halbleitersubstrat 1 angeordnet, wobei eine Breite d1 des ersten Trenches 10 in einem oberen Teil des ersten Trenches 10 neben der Oberfläche 2 des Halbleitersubstrats 1 kleiner ist als eine Breite d2 des Trenches 10 in einem unteren oder niedrigeren Teil des Trenches 10. Eine Breite d3 entspricht der Breite des erweiterten Trenchteils 32 an einem Teil neben dem ausgedehnten Trenchteil 51. Der untere Teil des Trenches 10 ist innerhalb des Halbleitersubstrats 1 angeordnet. Die Breite wird in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats 1 gemessen, und die Breite bezeichnet den Abstand zwischen den Innenflächen 1a von verbleibenden Substratteilen oder zwischen Außenflächen 10a der in dem ersten Trench 10 angeordneten Füllung oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Substratteils 1a und einer Außenfläche 10a der Füllung des ersten Trenches 10.
Wie in 1B gezeigt ist, gelten d₂ > d₁ und d₂ > d₃. Darüber hinaus ist d₂ größer als eine Breite des ersten Isolationstrenches 10 in dem aus gedehnten Trenchteil 51. Weiterhin ist eine Tiefe des zweiten Isolationstrenches 11 kleiner als eine Tiefe des erweiterten Trenchteils 32. Beispielsweise kann das Maximum der Breite d₂ an einer Tiefe sein, die einer Tiefe des zweiten Islationstrenches 11 entspricht. Beispielsweise kann diese Tiefe 350 nm bis 450 nm und nochmals beispielsweise 380 bis 410 nm betragen.
1B zeigt auch eine Tangente 18, die neben der Innenfläche 1a des verbleibenden Substratteils ist. Ein Winkel α der Tangente 18 bezüglich der imaginären Halbleiteroberfläche 2, gemessen von der Öffnung, in welcher der erste Isolationstrench 10 gebildet ist, ist kleiner als 90°, beispielsweise kleiner als 85°. Eine weitere Tangente 19 kann neben der Innenfläche 12b der isolierenden Schicht 12 sein. Ein Winkel β zwischen der Oberfläche der isolierenden Schicht 12 und der Tangente 19 kann kleiner als 90°, beispielsweise kleiner als 85° sein.
Wie in 1C gezeigt ist, ist ein erster Isolationstrench 10 in einem Halbleitermaterial 1 angeordnet, wobei der erste Isolationstrench 10 eine erste Seitenwand 1a von verbleibendem Halbleitermaterial aufweist und die erste Seitenwand 1a in dem erweiterten Trenchteil 32 gekrümmt ist. Ein Winkel δ zwischen einer ersten Tangente 61 zu der ersten Seitenwand 1a in einem oberen Teil des ersten Isolationstrenches 10 und der Oberfläche 2 des verbleibenden Halbleitermaterials 1, gemessen längs des Halbleitermaterials 1, ist kleiner als 90°. Der obere Teil des ersten Isolationstrenches 10 liegt neben einer Oberfläche 2 des Halbleitermaterials 1. Beispielsweise kann der Winkel δ kleiner als 85° sein. Ein Winkel γ zwischen einer zweiten Tangente 62 zu der ersten Seitenwand 1a in einem unteren Teil des ersten Isolationstrenches 10 und der Oberfläche 2 des verbleibenden Halbleitermaterials ist größer als der Winkel δ, wobei der untere Teil innerhalb des Halbleitermaterials 1 angeordnet ist. Beispielsweise kann der Winkel γ bis zu mehr als 90° betragen. Ein Teil, an welchem der Winkel γ 90° beträgt, kann einem Teil in dem erweiterten Trenchteil 32 entsprechen, an welchem die Breite d₂ ihr Maximum hat. Als ein weiteres Beispiel ist der Winkel γ zwischen der Tangente 62, die neben der Seitenwand 1a an der unteren Seite des zweiten Isolationstrenches 11 ist, kleiner als oder gleich zu 90°. Der erste Trench 10 kann außerdem einen Erstreckungs- oder Ausdehnungsbereich 51 umfassen, der sich in eine Tiefenrichtung des Halbleitermaterials 1 erstreckt. Eine zweite Seitenwand 511 des Ausdehnungsbereichs 51 kann die Form einer geraden Linie in dem Querschnitt haben, der senkrecht zu der Substratoberfläche 2 geführt ist. Die zweite Seitenwand 511 kann die Form einer geraden Linie wenigstens in einem oberen Teil haben, der neben dem erweiterten Trenchteil 32 ist. Beispielsweise ist ein Winkel zwischen der zweiten Seitenwand 511 und dem Halbleitermaterial 1 größer als der Winkel δ.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen der in 1 gezeigten integrierten Schaltung veranschaulicht. Die beschriebenen Verfahrens- oder Prozessschritte werden lediglich als Beispiele gegeben. Es ist sofort zu verstehen, dass verschiedene Verfahrensschritte eingesetzt werden können, um die jeweiligen Komponenten zu bilden. 2 zeigt ein Halbleitersubstrat 1, das als ein Ausgangs- oder Startmaterial zum Durchführen des Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel genommen werden kann. Wie in 2 gezeigt ist, können die vergrabenen Schichtteile 3, 4 in einem Halbleitersubstrat gebildet werden. Weiterhin können epitaktische Schichtteile 1b über den vergrabenen Schichten 3 erzeugt werden, wie dies üblich ist. Halbleiterfunktionseinheiten 5, 6 können innerhalb des epitaktischen Schichtteils 1b oder innerhalb des Halbleitersubstratteils angeordnet sein.
Ein Kissen- oder Pad-Nitrid 21 (Si_xN_y, Siliziumnitrid), das eine Dicke von etwa 100 bis 400 nm, beispielsweise 300 nm, haben kann, ist auf der Substratoberfläche 2 angeordnet, woran sich eine Siliziumoxidmaskenschicht 22 (Si_xO_y, Siliziumoxid) anschließt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann eine dünne Kissenoxidschicht unterhalb von dem Kissennitrid 21 angeordnet sein. Die Siliziumoxidmaskenschicht 22 kann eine Dicke von ungefähr 1 µm oder mehr haben. Die Kissennitridschicht 21 und die Siliziumoxidmaskenschicht 22 sind Schichten, die eine Hartmaske während eines folgenden Ätzschrittes bilden. Dennoch können, wie klar zu verstehen ist, alternative Hartmaskenmaterialien gewählt werden. Weiterhin kann abhängig von der Tiefe des Trenches auch eine Polysiliziumschicht (nicht gezeigt) und/oder eine Kohlenstoffschicht (nicht gezeigt) über oder anstelle der Siliziumoxidmaskenschicht 22 gebildet werden. Die Polysiliziumschicht oder die Kohlenstoffschicht kann verwendet werden, um die Hartmaskenschicht zu mustern. Dennoch können, wie klar zu verstehen ist, die Hartmaskenschichten auch mittels fotolithografischer Prozesse, wie dies üblich ist, gemustert werden. Nach einem entsprechenden Mustern des Hartmaskenschichtstapels 21, 22 wird ein erster Ätzprozess durchgeführt. Beispielsweise kann der erste Ätzprozess ein anisotroper Ätzprozess sein, in welchem eine vertikale Ätzkomponente viel größer als eine horizontale Ätzkomponente ist. Beispielsweise kann, wie dies in 3 gezeigt ist, ein oberer Trenchteil 31 mit ungefähr vertikalen Seitenwänden gebildet werden. Der anisotrope Ätzschritt wird bis zu einer Tiefe durchgeführt, die viel größer als die Tiefe eines zweiten Isolationstrenches ist, der in einem späteren Prozessschritt zu bilden ist. Beispielsweise kann die Tiefe t ungefähr 800 nm bis 1,5 µm sein. Die Breite w des oberen Trenchteils 31 entspricht der Öffnung der Hartmaske. Die Breite w des oberen Trenchteils 31 kann 2 bis 3 µm sein. Ein Beispiel einer sich ergebenden Schnittdarstellung ist in 3 gezeigt. Beispielsweise kann der in 3 gezeigte Ätzprozess mittels einer Ätzgasmischung von HBr/HCl durchgeführt werden.
Danach wird ein isotroper Ätzschritt durchgeführt, der bezüglich der Oxidschicht 22 hoch selektiv ist. Aufgrund dieses Ätzschrittes wird ein erweiterter Trenchteil 32 gebildet. Die Größe des Erweiterns bzw. der Erweiterung s wird durch Steuern der Ätzzeit gesteuert. Beispielsweise kann dieses Ätzen vorgenommen werden, indem ein SF₆-Ätzgas verwendet wird. Beispielsweise kann die Größe der Erweiterung s ungefähr 200 bis 350 nm auf jeder Seite, insbesondere 250 bis 300 nm, betragen. Wie im Folgenden näher erläutert werden wird, wird aufgrund dieses isotropen Ätzschrittes ein Teil einer Isolierschicht, die in dem nächsten Prozessschritt zu bilden ist, vergraben und durch den Hartmaskenschichtstapel oder einen Teil des Hartmaskenschichtstapels geschützt. Demgemäß kann durch Steuern der Größe der Erweiterung der Grad, bis zu welchem die isolierende Schicht durch den Hartmaskenschichtstapel geschützt ist, gesteuert werden.
Eine Schnittdarstellung eines Beispiels des Substrats ist in 4 gezeigt. Danach wird ein weiterer anisotroper Ätzschritt durchgeführt, indem beispielsweise erneut das Ätzgas zu HBr/HCl geändert wird. Danach wird ein ausgedehnter Trenchteil 51 gebildet, der eine Tiefe von ungefähr mehr als 15 µm, beispielsweise 20 µm, oder und mehr als 25 µm haben kann.
Eine Schnittdarstellung eines Beispiels einer sich ergebenden Struktur ist in 5 gezeigt. Wie weiterhin in 5 dargestellt ist, hat die Tangente 18 an dem oberen Teil der Seitenwand des erweiterten Trenchteils 32 eine so genannte negative Verjüngung, was bedeutet, dass der Winkel α, gemessen von dem Öffnungsteil des Substrats, kleiner als 90° ist. Wie in 5 dargestellt ist, kann sich der sich ergebende erste Trench 10 bis zu der vergrabenen Schicht 4 erstrecken.
Danach wird ein isolierendes Material 12 auf den Seitenwänden des ersten Isolationstrenches 10 gebildet. Beispielsweise kann das isolierende Material 12 Siliziumoxid umfassen, das durch ein LPCVD-(chemische Dampfabscheidung unter niederem Druck)-Verfahren mittels TEOS (Tetraethylorthosilikat) als ein Startmaterial gebildet ist. Dennoch umfassen weitere Beispiele von isolierenden Materialien thermisches Oxid, SiNx, SiOxNy, AlOx, ZrOx, TiOx und andere oder Kombinationen oder Schichtstapel von diesen Materialien. Beispielsweise kann das isolierende Material 12 eine Dicke von 400 bis 1000 nm, insbesondere 700 bis 1000 nm, haben. 6 zeigt ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur. Wie in 6 dargestellt ist, ist innerhalb des erweiterten Trenchteils 32 ein Teil der isolierenden Schicht 12 unterhalb des Hartmaskenschichtstapels oder eines Teiles des Hartmaskenschichtstapels angeordnet, der die Siliziumoxidmaskenschicht 22 und die Siliziumnitridschicht 21 umfasst.
Danach werden die horizontalen Teile des isolierenden Materials 12 geätzt, indem beispielsweise ein Plasmaätzprozess verwendet wird, der beispielsweise ein Ätzgas mit C_xF_y verwendet. Aufgrund dieses Ätzens wird der Bodenteil in dem ersten Isolationstrench 10 geöffnet. Darüber hinaus werden die horizontalen Teile des isolierenden Materials 12 und Teile der Siliziumoxidmaskenschicht 22 entfernt. Aufgrund der speziellen Gestalt des oberen Teiles des erweiterten Trenchteils 32 schützt während dieses Ätzens der verbleibende Maskenteil 21, 22 die isolierende Schicht 12 innerhalb des erweiterten Trenchteiles davor, geätzt zu werden.
Da der obere Teil des isolierenden Materials 12 in dem erweiterten Trenchteil 32 durch den Hartmaskenschichtstapel 21, 22 geschützt ist, ist die isolierende Schicht 12 in einem Bereich angrenzend an oder neben der Substratoberfläche 2 nicht gedünnt. Mit anderen Worten, aufgrund der speziellen Gestalt des erweiterten Trenchteiles 32 ist der so genannte Kragenteil des ersten Isolationstrenches 10 nicht gedünnt.
Danach wird ein leitendes Material 14 in den ersten Isolationstrench 10 gefüllt. Beispielsweise kann das leitende Material 14 Polysilizium umfassen. Alternative leitende Materialien, die in den Trench gefüllt werden können, umfassen weitere Metalle, wie beispielsweise W, Al, Cu, Ti, Co, Graphit und andere sowie elektrisch leitende Metall-Halbleiter-Verbindungen, Nitride oder Carbide, wie diese oben beschrieben sind, oder jegliche Kombination von diesen Materialien. Dennoch können, wie sofort zu verstehen ist, auch andere Materialien herangezogen werden. Danach wird ein Rückätzen durchgeführt, so dass kein weiteres leitendes Material 14 über der Oberfläche der Kissennitridschicht 21 angeordnet ist. Danach werden die Kissennitridschicht 21 und, falls vorhanden, verbleibende Teile der Siliziumoxidschicht 21 von der Oberfläche 2 des Halbleitersubstrats 1 entfernt. 7 zeigt ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur. Wie in 7 gezeigt ist, kontaktiert oder berührt das leitende Material 14 den vergrabenen Schichtteil 4.
Danach werden so genannte flache Trenchisolationen oder zweite Isolationstrenches 11 in der Substratoberfläche 2 gebildet. Beispielsweise können diese Trenches durch einen Plasmaätzprozess gebildet werden, der geneigte Seitenwände bildet, d.h. Seitenwände, die nicht senkrecht bezüglich der Substratoberfläche sind. Die zweiten Isolationstrenches 11 werden geätzt, um eine Tiefe von weniger als ungefähr 400 nm zu haben. Wie in 8 gezeigt ist, können aufgrund des Merkmals, dass die ersten Isolationstrenches 10 speziell geformte Seitenwände haben, wobei eine Tangente 18 in dem erweiterten Trenchteil angrenzend an die Substratoberfläche 2 eine so genannte „negative Verjüngung“ haben, die Isolationstrenches 11 ohne Substratreste geätzt werden, die zwischen dem ersten isolierenden Material 12 und den zweiten Isolationstrenches 11 zurückbleiben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann der Winkel α zwischen der Tangente 18 und der Substratoberfläche 2 so eingestellt werden, dass er ungefähr dem Ätzwinkel des Schritts zum Ätzen der zweiten Isolationstrenches 11 entspricht. In diesem Fall verschattet der obere Teil des ersten Isolationsmaterials 12 nicht das Substratmaterial unmittelbar benachbart zu oder neben dem ersten Isolationstrench 10, so dass das Substratmaterial ohne zurückbleibende Reste geätzt werden kann. Darüber hinaus kann die Tangente 62, die benachbart zu der Seitenwand bei einer Höhe ist, welche einer unteren oder tieferen Seite des zweiten Isolationstrenches 11 entspricht, einen Winkel γ bezüglich der Oberfläche des verbleibenden Substratmaterials oder leitenden Materials haben. Der Winkel γ kann kleiner als oder gleich zu 90° sein. In diesem Fall kann während des Ätzschritts das Substratmaterial wirksam ohne zurückbleibende Reste entfernt werden. Ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur nach Durchführen eines Chemisch-Mechanischen-Polier-(CMP-)Prozesses und eines Entglasungs- oder Deglasierprozesses ist in 8 gezeigt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch das leitende Material 14 in dem ersten Isolationstrench 10 während dieses Ätzschritts geätzt werden. Wenn beispielsweise der Winkel β, wie in 1B gezeigt ist, ungefähr eingestellt wird, kann dieses Ätzen ohne zurückbleibende Reste neben der oder benachbart zur Seitenwand 12b des isolierenden Materials 12 durchgeführt werden.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, werden die zweiten Isolationstrenches 11 mittels einer Resistmaske und/oder einer Hartmaske zum Mustern (Strukturieren) der Isolationstrenches 11 geätzt.
Danach wird ein zweites isolierendes Material 13 in die geätzten Trenches 11 gefüllt. Das zweite isolierende Material 13 kann jegliches isolierendes Material, beispielsweise ein isolierendes Material, wie dieses oben angegeben ist, umfassen. 9 zeigt ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur. Wie in 9 dargestellt ist, sind die ersten und zweiten isolierenden Materialien 12, 13 benachbart zueinander ohne jegliche Substratreste, wie beispielsweise Silizium-Spitzen oder -Spikes, die zwischen dem ersten und zweiten isolierenden Material 12, 13 gelegen sind.
Aufgrund der höheren Dicke des Isolationsmaterials 12 an einem Oberflächenteil des ersten Isolationstrenches 10 kann der sich ergebende Isolationstrench höheren Spannungen widerstehen. Beispielsweise kann der gezeigte Isolationstrench in einer so genannten Smart-Power- bzw. kleinen Leistungs-Technologie verwendet werden, welche Spannungen von etwa 80 V und Spitzenspannungen von ungefähr 180 V anlegt. Der gezeigte Isolationstrench kann in Hochleistungstechnologien verwendet werden, die für durchschnittliche Spannungen von ungefähr 18 V mit Spitzenspannungen von ungefähr 40 V ausgelegt sind. Die Isolationstrenches können in Vorrichtungen verwendet werden, die zum Schalten von höheren Spannungen geeignet sind. Beispielsweise können diese Vorrichtungen in verschiedenen Feldern, wie beispielsweise automotiven bzw. selbstbeweglichen Anwendungen einschließlich Airbag- bzw. Luftsack-Steuergeräten bzw. -Controllern und anderen Geräten eingesetzt werden.
10 veranschaulicht schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel. Wie gezeigt ist, kann ein Verfahren zum Herstellen einer integrierten Schaltung einen ersten Ätzprozess (S10) und einen zweiten Ätzprozess (S20) umfassen. Optional kann ein dritter Ätzprozess (S30) nach dem zweiten Ätzprozess (S20) durchgeführt werden. Beispielsweise kann der erste Ätzprozess ein anisotroper Ätzprozess sein, wobei eine Ätzrate in einer Tiefenrichtung eines Halbleitermaterials größer ist als eine Ätzrate in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Halbleitermaterials. Der zweite Ätzprozess kann ein isotroper Ätzprozess sein, wobei eine Ätzrate in der Tiefenrichtung ungefähr gleich zu der Ätzrate in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Halbleitermaterials ist. Das Verfahren kann außerdem einen dritten Ätzprozess nach dem zweiten Ätzprozess umfassen, wobei der dritte Ätzprozess ein anisotroper Ätzprozess ist, bei welchem eine Ätzrate in der Tiefenrichtung größer als eine Ätzrate in einer Ebene parallel zu der Oberfläche des Halbleitermaterials ist.
Wie oben erläutert wurde, kann eine einzige Ätzvorrichtung verwendet werden, um den ersten, zweiten und dritten Ätzprozess durchzuführen. Beispielsweise kann ein Schalten zwischen dem ersten, zweiten und dritten Ätzprozess auf einfache Weise durch Ändern bzw. Austauschen der Ätzgase vorgenommen werden.
Wie oben erläutert wurde, umfasst eine integrierte Schaltung einen ersten Trench, der in einem Halbleitermaterial angeordnet ist, wobei eine Breite des ersten Trenches in einem oberen Teil des ersten Trenches benachbart zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials kleiner ist als die Breite des ersten Trenches in einem unteren Teil des ersten Trenches, wobei der untere Teil innerhalb des Halbleitermaterials angeordnet ist, die Breite in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche des Halbleitermaterials gemessen ist und die Breite einen Abstand zwischen Innenflächen der verbleibenden Halbleitermaterialteile oder zwischen Außenflächen einer in dem ersten Trench angeordneten Füllung oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Halbleitermaterialteiles und einer Außenfläche einer in dem ersten Trench angeordneten Füllung angibt.
Obwohl in der obigen Beschreibung speziell epitaktisch aufgewachsenes Halbleitermaterial als ein Halbleitermaterial angegeben ist, ist klar zu verstehen, dass die integrierte Schaltung auch mittels eines polykristallinen oder amorphen Halbleitermaterials ausgeführt werden kann. Weiterhin wurden Isolationstrenches als ein Beispiel der Trenches beschrieben, die eine Komponente der integrierten Schaltung sind. Es ist klar zu verstehen, dass verschiedene weitere Komponenten den ersten Trench, wie oben beschrieben, umfassen können. Beispielsweise können Kontaktlöcher auch den ersten Trench, wie oben beschrieben, ausführen, und ein Verfahren zum Herstellen eines Kontaktlochs kann auch die Prozesse umfassen, wie diese oben beschrieben sind.
Darüber hinaus kann jegliche Art eines Abstandhalters oder Spacers mittels des oben beschriebenen Verfahrens gebildet werden, und eine integrierte Schaltung kann durch einen Spacer ausgeführt werden, der in dem ersten Trench gebildet wird, wie dieser oben beschrieben ist.
Während Ausführungsbeispiele der Erfindung oben beschrieben wurden, ist es selbstverständlich, dass weitere Ausführungsbeispiele ausgeführt werden können. Beispielsweise können weitere Ausführungsbeispiele jegliche Unterkombination von Merkmalen, die in den Patentansprüchen angegeben sind, oder jegliche Unterkombination von Elementen, die in den oben angegebenen Beispielen erläutert sind, umfassen. Demgemäß sollte der Geist und der Bereich der beigefügten Patentansprüche nicht durch die Beschreibung der hier enthaltenen Ausführungsbeispiele begrenzt sein.

Claims

Halbleiterbauelement mit Kontaktstruktur, umfassend: einen ersten Trench (10), der in einem Halbleitermaterial (1) angeordnet ist, wobei der erste Trench (10) einen verbreiterten Trenchteil (32) und einen erstreckten Trenchteil (51) aufweist, wobei der verbreiterte Trenchteil (32) an eine Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) angrenzt und der erstreckte Trenchteil (51) sich von dem verbreiterten Trenchteil (32) aus in einer Tiefenrichtung des Halbleitermaterials (1) erstreckt und eine Breite des erstreckten Trenchteils (51), gemessen in einer Ebene parallel zu der Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1), kleiner ist als eine größte Breite des verbreiterten Trenchteils (32), wobei eine Seitenwand des verbreiterten Trenchteils (32) gekrümmt ist, so dass eine Breite des verbreiterten Trenchteils (32) zum erstreckten Trenchteil (51) hin abnimmt, jede Breite in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) gemessen ist und jede Breite einen Abstand zwischen Innenflächen von verbleibenden Halbleitermaterialteilen oder zwischen Außenflächen einer in dem ersten Trench (10) angeordneten Füllung (14) oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Halbleitermaterialteiles und einer Außenfläche einer in dem ersten Trench (10) angeordneten Füllung (14) angibt, wobei die Kontaktstruktur eine auf der Seitenwand des ersten Trenches angeordnete Isolationsschicht (12) sowie eine leitende Füllung (14) im ersten Trench (10) aufweist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen zweiten Trench (11), der sich in eine Tiefe erstreckt, die kleiner als eine Tiefe des ersten Trenches (10) ist, wobei ein Teil der Isolationsschicht eine Seitenwand des zweiten Trenches bildet.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem sich der erste Trench (10) bis in eine Tiefe von mehr als 25 µm erstreckt.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend Schaltungselemente, die voneinander durch den ersten Trench (10) isoliert sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einer vergrabenen Schicht (4), die durch die Kontaktstruktur kontaktiert wird.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Seitenwände des erstreckten Trenchteils gerade sind und senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Seitenwände des ersten Trenches im verbreiterten Trenchteil vom Halbleitermaterial her betrachtet konkav sind und in einem Bereich eines Übergangs vom verbreiterten Trenchteil zum erstreckten Trenchteil vom Halbleitermaterial her betrachtet konvex sind.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Halbleitermaterial (1) ein monokristallines Halbleitersubstrat ist.
Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Halbleitermaterial (1) ein polykristallines oder amorphes Halbleitermaterial ist, das über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements mit einer Kontaktstruktur, umfassend: Herstellen eines ersten Trenches (10) in einem Halbleitermaterial (1), so dass der erste Trench (10) einen verbreiterten Trenchteil (32) und einen erstreckten Trenchteil (51) aufweist, wobei der verbreiterte Trenchteil (32) an eine Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) angrenzt und der erstreckte Trenchteil (51) sich von dem verbreiterten Trenchteil (32) aus in einer Tiefenrichtung des Halbleitermaterials (1) erstreckt und eine Breite des erstreckten Trenchteils (51), gemessen in einer Ebene parallel zu der Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1), kleiner ist als eine größte Breite des verbreiterten Trenchteils (32), wobei eine Seitenwand des verbreiterten Trenchteils (32) gekrümmt ist, so dass eine Breite des verbreiterten Trenchteils (32) zum erstreckten Trenchteil (51) hin abnimmt, jede Breite in einer Ebene parallel zu einer Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) gemessen ist und jede Breite einen Abstand zwischen Innenflächen von verbleibenden Halbleitermaterialteilen oder zwischen Außenflächen einer in dem ersten Trench (10) angeordneten Füllung (14) oder zwischen einer Innenfläche eines verbleibenden Halbleitermaterialteiles und einer Außenfläche einer in dem ersten Trench (10) angeordneten Füllung (14) bezeichnet, Herstellen einer isolierenden Schicht (12) auf einer Seitenwand des ersten Trenches (10) und Herstellen einer leitenden Füllung (14) in dem ersten Trench (10).
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das Herstellen des ersten Trenches (10) umfasst: einen ersten Ätzprozess, bei dem eine Ätzrate in einer Tiefenrichtung des Halbleitermaterials (1) größer ist als eine Ätzrate in einer Ebene parallel zu der Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1), und einen zweiten Ätzprozess, bei dem eine Ätzrate in der Tiefenrichtung ungefähr gleich zu der Ätzrate in der Richtung parallel zu der Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: Durchführen eines dritten Ätzprozesses nach dem zweiten Ätzprozess, wobei eine Ätzrate in der Tiefenrichtung größer ist als eine Ätzrate in einer Ebene parallel zu der Oberfläche (2) des Halbleitermaterials (1), wodurch der erstreckte Trenchteil (51) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Ätzprozesse in einer einzigen Ätzvorrichtung durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Halbleitermaterial (1) ein monokristallines Halbleitersubstrat ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Halbleitermaterial (1) ein polykristallines oder amorphes Halbleitermaterial ist, das über einem Halbleitersubstrat angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, ferner umfassend das Ausbilden einer vergrabenen Schicht (4), die durch die Kontaktstruktur kontaktiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem der erstreckte Trenchteil (51) derart ausgebildet wird, dass die Seitenwände des erstreckten Trenchteils (51) gerade sind und senkrecht zur Substratoberfläche verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, bei dem der verbreiterte (32) und der erstreckte (51) Trenchteil jeweils derart ausgeführt werden, dass die Seitenwände des ersten Trenches im verbreiterten Trenchteil (32) vom Halbleitermaterial her betrachtet konkav sind und im Übergangsbereich vom verbreiterten Trenchteil (32) zum erstreckten Trenchteil (51) vom Halbleitermaterial her betrachtet konvex sind.