DE10234996B4 - Method for producing a transistor arrangement with trench transistor cells with field electrode - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung einer Transistoranordnung mit mindestens einer Trench-Transistorzelle,
bei welchem
in eine Prozessschicht (2) eines Halbleitersubstrats
(7) mindestens ein Graben (6) mit einer Weite dT eingebracht wird,
der
Graben (6) mindestens abschnittsweise mit einer ersten dielektrischen
Schicht (321) ausgekleidet und auf durch die erste dielektrischen
Schicht (321) ausgekleideten Abschnitten des Grabens (6) eine Feldelektrode
(63) angeordnet wird,
die erste dielektrische Schicht (321)
durch einen Ätzschritt von
nicht durch die Feldelektrode (63) abgedeckten Abschnitten der Grabenwandung
sowie aus einem durch die Feldelektrode (63) und das Halbleitersubstrat
(7) gebildeten Zwischenraum bis zu einer Bodyhöhe (72) des Grabens (6) entfernt
wird, wobei die Bodyhöhe
(72) mit einem Übergang
Kanalzone/Driftzone (71) im Halbleitersubstrat (7) korrespondiert,
eine
Gate-Dielektrikumsschicht (33) an Abschnitten der Grabenwandung
vorgesehen wird,
eine zweite dielektrische Schicht (322) mindestens
auf der Feldelektrode (63) angeordnet wird,
der Graben (6)
mit dem Material der Gate-Elektrode (62) angefüllt wird,...Method for producing a transistor arrangement having at least one trench transistor cell, in which
in a process layer (2) of a semiconductor substrate (7) at least one trench (6) is introduced with a width d T ,
the trench (6) is lined at least in sections with a first dielectric layer (321) and a field electrode (63) is arranged on portions of the trench (6) lined by the first dielectric layer (321),
the first dielectric layer (321) is formed by an etching step of portions of the trench wall not covered by the field electrode (63) and a gap formed by the field electrode (63) and the semiconductor substrate (7) up to a body height (72) of the trench (6 ), wherein the body height (72) corresponds to a transition channel zone / drift zone (71) in the semiconductor substrate (7),
a gate dielectric layer (33) is provided at portions of the trench wall,
a second dielectric layer (322) is disposed at least on the field electrode (63),
the trench (6) is filled with the material of the gate electrode (62), ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellen einer Transistoranordnung mit mindestens einer Trench-Transistorzelle mit Feldelektrode, bei welchem
- – in eine Prozessschicht eines Halbleitersubstrats mindestens ein Graben eingebracht wird,
- – im Graben jeweils voneinander und von der Prozessschicht elektrisch isoliert eine Feldelektrode und eine Gate-Elektrode vorgesehen werden und
- – in der Prozessschicht mindestens jeweils eine Driftzone, eine Kanalzone und eine Sourcezone ausgebildet werden.
- At least one trench is introduced into a process layer of a semiconductor substrate,
- - In the trench in each case and from the process layer electrically insulated, a field electrode and a gate electrode may be provided and
- - In the process layer at least one respective drift zone, a channel zone and a source zone are formed.
Heute übliche Trench-MOS-Leitungstransistoren (UMOSFET, u-shaped metal Oxide semiconductor field effect transistor) zeichnen sich gegenüber älteren Typen von MOS-Leistungstransistoren (DMOSFET, double diffused MOSFET, VMOSFET, v-shaped MOSFET) durch einen sehr geringen spezifischen Einschaltwiderstand (rDS,On) aus.Today's common U-shaped metal oxide semiconductor (UMOSFET) MOS transistors are characterized by a very low specific on-state resistance compared to older types of MOS power transistors (DMOSFET, double-diffused MOSFET, VMOSFET, V-shaped MOSFET). r DS, On ) off.
Dabei ist die Gate-Elektrode einer Trench-Transistorzelle in einem Graben (Trench) im Halbleitersubstrat angeordnet. Die Source- und Drainzonen der Trench-Transistorzelle sind in einander gegenüberliegenden Bereichen des Halbleitersubstrats ausgebildet. Eine durch die Gate-Elektrode gesteuerte Kanalstrecke erstreckt sich dann in einer vertikalen Richtung durch das Halbleitersubstrat. Dadurch wird der Einschaltwiderstand durch eine deutliche Vergrößerung der Kanalweite pro Flächeneinheit deutlich vermindert.there is the gate electrode of a trench transistor cell in a trench (Trench) arranged in the semiconductor substrate. The source and drain zones the trench transistor cell are in opposite directions Formed areas of the semiconductor substrate. One controlled by the gate electrode Channel section then extends in a vertical direction the semiconductor substrate. As a result, the on-resistance is through a significant increase in the Channel width per unit area clearly reduced.
Eine weitere Verbesserung der Eigenschaften von Trench-MOS-Leistungstransistoren wird durch die Anordnung einer Feldelektrode im Trench erzielt. Gate-Elektrode und Feldelektrode sind dabei im Trench so angeordnet, dass die Gate-Elektrode der Kanalzone und die Feldelektrode im Wesentlichen einer an die Kanalzone anschließenden Driftstrecke gegenüberliegen. Die Feldelektrode schirmt die Gate-Elektrode gegen die Drainzone ab, wodurch die Gate-Drain-Kapazität stark verringert bzw., bei einem Anschluss der Feldelektrode an das Source-Potential, in eine weniger kritische Gate-Source-Kapazität umgewandelt wird.A further improvement of the properties of trench MOS power transistors is achieved by the arrangement of a field electrode in the trench. Gate electrode and field electrode are arranged in the trench, that the gate electrode of the channel region and the field electrode substantially one adjoining the channel zone Opposite drift path. The field electrode shields the gate electrode against the drain zone , whereby the gate-drain capacitance greatly reduced or, at a connection of the field electrode to the source potential, in a less critical Gate-source capacitance is converted.
Die
Die
Gräben
Der
in der
Bei
dem in
Bei der Optimierung der Ausprägung von Trench-MOS-Leistungstransistoren sind neben einer geringen Gate-Drain-Kapazität ein möglichst niederohmiger Anschluss der Gate-Elektroden, eine gleichmäßige Dicke der Gate-Dielektrikumsschicht sowie stetige Übergänge dielektrischer Schichten, insbesondere an Ecken und Kanten des Reliefs, von Bedeutung.at the optimization of the expression of trench MOS power transistors are in addition to a low gate-drain capacitance as possible Low-resistance connection of the gate electrodes, a uniform thickness the gate dielectric layer and continuous transitions of dielectric layers, in particular on corners and edges of the relief, of importance.
Ein
Verfahren zur Herstellung einer Trench-Transistoranordnung mit zwei
Gate-Polysiliziumbereichen ist in der
Aus
der
Die
Aus
der
In
der
Ein
weiteres bekanntes Verfahren zur Herstellung eines UMOS-Trench-Transistors
ist aus der
Die
Wie
in
In
zwei aufeinanderfolgenden Schritten werden dann jeweils mit Hilfe
von Implantationsmasken ausgehend von einer dem Grundsubstrat
Es
ergeben sich jeweils eine horizontal zur Substratoberfläche
Anschließend wird
auf der Substratoberfläche
Im
darauffolgenden Verfahrensschritt wird die epitaktische Schicht
Das
Ergebnis dieses Verfahrensschritts ist in
Daraufhin
wird auf die so gebildete Struktur dotiertes polykristallines Silizium
(Polysilizium) abgeschieden. Die Dicke der abgeschiedenen Schicht
ist dabei mindestens so groß wie
die halbe offene Grabenweite. Danach wird das Polysilizium soweit
zurückgeätzt, dass
es die Gräben
Es
folgt ein Ätzen
der Oxidschicht
An
den freigestellten Abschnitten der Grabenwandungen wird nun beispielsweise
erneut durch thermische Oxidation eine zweite dielektrische Schicht
Wie
in
Anschließend wird
die Hartmaske
Wie
in
Im
weiteren Verlauf kann nun auf der Oberseite des Halbleiterkörpers eine
Source-Anschlussmetallisierung
Die
Nachteilig an den bekannten Verfahren zur Herstellung eines Trench-MOS-Leistungstransistors mit in Gräben angeordneten Gate- und Feldelektroden ist unter anderem der Umstand, dass durch die frühzeitige Dotierung von Kanal- und Sourcezonen nachfolgende Prozessschritte die Ausbildung der dotierten Zonen beeinflussen und die Variabilität nachfolgender Prozessschritte zugunsten der Stabilität der Struktur von Kanal- und Sourcezonen eingeschränkt wird. So weisen etwa Transistoranordnungen, die für niedrige Betriebsspannungen konzipiert sind, sehr geringe Kanallängen und einen entsprechend kleinen Einschaltwiderstand RDS(on) auf. Bei solchen Transistoranordnungen führen bereits geringfügige nachträgliche Beeinflussungen der Ausprägung der Kanalzone zu einer nachteiligen Vergrößerung des Einschaltwiderstands RDS(on). Ein zulässiges thermische Budget für nach der Ausprägung der Kanalzone auszuführende Fertigungsschritte ist dann sehr klein.A disadvantage of the known methods for producing a trench MOS power transistor with gate and field electrodes arranged in trenches is, inter alia, the circumstance that subsequent process steps influence the formation of the doped zones as a result of the early doping of channel and source zones and the variability of subsequent process steps in favor of the stability of the structure of channel and source zones. Thus, for example, have transistor arrangements that are designed for low operating voltages, very small channel lengths and a correspondingly small on-resistance R DS (on) on. With such transistor arrangements, even minor retroactive influences on the characteristic of the channel zone lead to a disadvantageous increase in the on-resistance R DS (on) . A permissible thermal budget for production steps to be carried out according to the characteristics of the sewer zone is then very small.
Weiterhin ergeben sich etwa bei der Ausbildung des Gateoxids durch thermische Oxidation an den Grabeninnenflächen bei gleichzeitig auf der Substratoberfläche aufliegender Hartmaske aufgrund unterschiedlicher Ausdehnungskoeffizienten des oder der Materialien der Hartmaske und des Substrats thermomechanische Spannungen in zur Hartmaske benachbarten Bereichen des Substrats. Diese resultieren in einer Verdünnung des durch thermische Oxidation erzeugten Gateoxids in den zur Hartmaske benachbarten Bereichen und damit in einer Reduzierung der Spannungsfestigkeit des Gateoxids in den an die Hartmaske anschließenden Bereichen des Gateoxids. Ohne weitere Maßnahmen ist in der Folge ein Vorbeiführen der Gate-Elektrode über die Substratoberfläche an den Bereichen verminderter Spannungsfestigkeit zur Source-Zone ohne Einbußen in der Spezifikation für die Spannungsfestigkeit der Transistoranordnung nicht realisierbar.Farther arise approximately in the formation of the gate oxide by thermal Oxidation at the trench inner surfaces at the same time resting on the substrate surface hard mask due to different expansion coefficients of or Hardmask and substrate materials thermomechanical stresses in areas of the substrate adjacent to the hard mask. These result in a dilution of the gate oxide generated by thermal oxidation in the hard mask adjacent areas and thus in a reduction of the dielectric strength of the gate oxide in the areas of the gate oxide adjoining the hard mask. Without further action is in the sequence a pass the gate electrode over the substrate surface at the areas of reduced withstand voltage to the source zone without loss in the specification for the dielectric strength of the transistor arrangement can not be realized.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Transistoranordnung mit mindestens einer Trench-Transistorzelle mit in Gräben angeordneten Gate- und Feldelektroden zur Verfügung zu stellen, bei dem die Variabilität der zur Verfügung stehenden Prozessschritte gegenüber bekannten Verfahren erhöht und/oder die Ausbildung von Kanal- und Sourcezonen weitgehend unabhängig von nachfolgenden Prozessschritten ist; dabei soll ein Herausführen der Gate-Elektrode und/oder der Feldelektrode aus den Gräben über die Substratoberfläche ohne Einbußen in der Spannungsfestigkeit der Transistoranordnung möglich sein, und es sollen eine Trench-Transistorzelle und eine Transistoranordnung mit niedriger Gate-Source-Kapazität und hoher Gate-Source-Durchbruchspannung zur Verfügung gestellt werden.It is therefore an object of the invention to provide a method for producing a transistor arrangement having at least one trench transistor cell with trench-arranged gate and field electrodes available, in which increases the variability of the available process steps over known methods and / or training of channel and source zones is largely independent of subsequent process steps; In this case, it should be possible to lead the gate electrode and / or the field electrode out of the trenches over the substrate surface without sacrificing the dielectric strength of the transistor arrangement, and to provide a trench transistor cell and a transistor arrangement with a low gate-source capacitance and high gate resistance. Source breakdown voltage for Will be provided.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den nachgeordneten Unteransprüchen.These Task is in a method of the type mentioned by solved specified in claim 1 features. Advantageous developments the method according to the invention emerge from the subordinate claims.
Gemäß dem Verfahren wird mindestens die Sourcezone oder die Kanalzone von Trench-Transistorzellen einer Transistoranordnung frühestens nach einem Einbringen von Gräben in ein Halbleitersubstrat mittels Implantation und Aktivierung oder Diffusion ausgebildet. Damit unterbleibt eine Beeinflussung der Source- und Kanalstrukturen durch die vorangegangenen Prozessschritte. Die thermische Belastung, der die dotierte Source- bzw. Kanalzone ausgesetzt ist, wird deutlich reduziert. Die Variabilität der dem Ausprägen der Source- bzw. Kanalzonen vorangegangenen Prozessschritte ist erhöht, da die durch sie implizierte thermische Belastung nicht mehr durch eine Berücksichtigung der dotierten Strukturen beschränkt wird. Da weiterhin alle Prozessschritte bis zur Ausbildung der dotierten Zonen nicht in deren thermische Budget eingehen, erhöht sich der zulässige Anteil nachfolgender Prozessschritte am zulässigen thermischen Budget der dotierten Strukturen und damit wiederum die Variabilität nachfolgender Prozessschritte.According to the procedure becomes at least the source zone or channel region of trench transistor cells a transistor arrangement at the earliest after the introduction of trenches in a semiconductor substrate by implantation and activation or Diffusion formed. This prevents influencing the Source and channel structures through the previous process steps. The thermal stress on the doped source or channel zone is exposed, is significantly reduced. The variability of the mint the source or channel zones previous process steps elevated, because the thermal load implied by them is no longer a consideration limited to the doped structures becomes. As all process steps continue until the formation of the doped Zones do not enter into their thermal budget, increases the permissible Proportion of subsequent process steps at the permissible thermal budget of the doped structures and thus in turn the variability of subsequent Process steps.
Das Verfahren umfasst demnach ein Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, bestehend aus einem hochdotierten Grundsubstrat, das zugleich eine Drainzone ausbildet, sowie einer auf dem Grundsubstrat angeordneten Prozessschicht, deren dem Grundsubstrat gegenüberliegende Oberfläche eine Sub stratoberfläche ausbildet. Nachfolgend werden in der Prozessschicht von der Substratoberfläche her Gräben eingebracht. Darauf folgend werden die Gräben mit einer ersten dielektrischen Schicht ausgekleidet, die mindestens abschnittsweise auf den zur Grabeninnenseite orientierten Innenflächen (Grabenwandung) angeordnet wird. Dabei wird der Graben von einem Grabenboden bis zu einer Bodyhöhe ausgekleidet, an der im fertig ausgebildeten Halbleitersubstrat ein Übergang Driftzone/Kanalzone vorgesehen ist. Neben dieser wannenartigen Gestaltung der ersten dielektrischen Schicht im unteren Grabenbereich ist an dieser Stelle des Verfahrens auch eine komplette Auskleidung der Gräben mit der ersten dielektrischen Schicht oder auch eine Anordnung der ersten dielektrischen Schicht mindestens in Abschnitten auf der Substratoberfläche möglich. In einem weiteren Verfahrensschritt wird im unteren Grabenbereich, der sich vom Grund eines Grabens bis zur Bodyhöhe erstreckt, eine Feldelektrode aus einem elektrisch leitfähigem Material angeordnet. Ist das leitfähige Material der Feldelektrode beispielsweise hochdotiertes Polysilizium, so erfolgt die Anordnung der Feldelektrode durch Abscheiden von Polysilizium in den Gräben und auf der Substratoberfläche in einer Schichtdicke, die größer ist als die halbe offene Grabenweite. Daraufhin wird das Material in einem Ätzschritt zurückgebildet. Der Ätzschritt wird abgebrochen, sobald das leitfähige Material die Gräben nur noch bis etwa zur Bodyhöhe, also dem späteren Übergang Driftzone/Kanalzone, füllt. Nachfolgend wird in den nicht vom leitfähigen Material der Feldelektrode gefüllten Bereichen der Gräben an den Grabenwandungen eine Gate-Dielektrikumsschicht erzeugt, die im fertigen Halbleitersubstrat die im Graben angeordnete Gate-Elektrode von der im Halbleitersubstrat angeordneten Kanalzone elektrisch isoliert.The Method therefore comprises providing a semiconductor substrate, consisting of a heavily doped base substrate, which is also a drain zone forms, as well as arranged on the base substrate process layer, their opposite to the base substrate surface a sub stratoberfläche formed. Subsequently, trenches are introduced in the process layer from the substrate surface. Following that are the trenches lined with a first dielectric layer, the at least in sections on the inside of the trench oriented inner surfaces (trench wall) is arranged. In doing so, the ditch will rise up from a ditch bottom to a body height lined on the finished in the trained semiconductor substrate a transition Drift zone / channel zone is provided. In addition to this trough-like design the first dielectric layer in the lower trench region is on This section of the procedure also includes a complete lining of the trenches with the first dielectric layer or an arrangement of the first dielectric layer at least in sections on the substrate surface possible. In a further process step is in the lower trench area, which extends from the bottom of a trench to the height of the body, a field electrode from an electrically conductive Material arranged. Is the conductive material of the field electrode For example, highly doped polysilicon, so the arrangement the field electrode by depositing polysilicon in the trenches and on the substrate surface in a layer thickness that is larger as half the open trench width. Then the material is in an etching step regressed. The etching step will be canceled once the conductive material the trenches only until about body height, So the later transition Drift zone / channel zone, fills. Hereinafter, in the non-conductive material of the field electrode filled Areas of the trenches generates a gate dielectric layer on the trench walls, the in the finished semiconductor substrate arranged in the trench gate electrode of the in the semiconductor substrate arranged channel zone electrically isolated.
Die Dotierung der Prozessschicht ist schwach gegenüber der des Grundsubstrats. Eine solche schwach- oder niedrigdotierte Schicht ist beispielsweise in bekannter Weise durch ein epitaktisches Verfahren herstellbar. Im Folgenden wird die niedrigdotierte Prozessschicht unabhängig von deren Herstellungsverfahren auch als epitaktische Schicht bezeichnet, wie es im Zusammenhang mit Leistungstransistoren gemeinhin üblich ist. Damit soll aber im folgenden ein Prozess zur Herstellung der Prozessschicht keineswegs auf epitaktische Verfahren eingeschränkt sein.The Doping of the process layer is weak compared to that of the base substrate. Such a weak or low doped layer is for example produced in a known manner by an epitaxial process. In the following, the low-doped process layer is independent of their production process also referred to as epitaxial layer, as is common in the context of power transistors. But this is supposed to be a process for producing the process layer in the following by no means limited to epitaxial procedures.
Ist an den Grabenwandungen des sich zwischen der Bodyhöhe und der Substratoberfläche (Siliziumkante) erstreckenden oberen Grabenbereiches noch die erste dielektrische Schicht angeordnet, deren Dicke gegenüber der Dicke der Gate-Dielektrikumsschicht in der Regel deutlich größer ist, so kann die Gate-Dielektrikumsschicht durch Rückätzen dieser ersten dielektrischen Schicht ausgeprägt werden.is at the ditch walls of the between the body height and the substrate surface (Silicon edge) extending upper trench area still the first arranged dielectric layer whose thickness compared to the Thickness of the gate dielectric layer is usually much larger, so can the gate dielectric layer by re-etching this first dielectric layer are pronounced.
Wird die erste dielektrische Schicht im oberen Grabenbereich vollständig entfernt, so kann an der Grabenwandung im oberen Grabenbereich die Gate-Dielektrikumsschicht per thermische Oxidation oder durch Abscheidung vorgesehen werden (im Folgenden Gateoxid). In der Regel gleichzeitig mit der Bildung des Gateoxids wird auch eine weitere dielektrische Schicht als Oxidschicht auf der Oberfläche der Feldelektrode ausgeprägt.Becomes completely removes the first dielectric layer in the upper trench region, Thus, the gate dielectric layer can be formed on the trench wall in the upper trench region be provided by thermal oxidation or by deposition (hereinafter gate oxide). As a rule, at the same time as education The gate oxide is also a further dielectric layer as an oxide layer on the surface of the Field electrode pronounced.
Insbesondere bei Transistoranordnungen mit Trench-Transistorzellen, bei denen die Feldelektrode mit dem Source-Potential verbunden wird, gewinnt die Ausgestaltung der dielektrischen Schicht, die die Feldelektrode von der darüber und/oder daneben angeordneten Gate-Elektrode elektrisch isoliert, an Bedeutung. Die aus der Gate-Elektrode, der Feldelektrode und der dazwischen liegenden dielektrischen Schicht gebildete Anordnung bestimmt die Gate-Source-Kapazität der Transistoranordnung. Durch die deutliche Reduzierung der Gate-Drain-Kapazität CGD gewinnt eine Reduzierung der Gate-Source-Kapazität an Bedeutung, soll das Produkt aus Gateladung und spezifischem Einschaltwiderstand der Transistoranordnung (Figure of Merit, FOM) weiter reduziert werden. Weiterhin muss die dielektrische Isolation zwischen der Gate-Elektrode und der Feldelektrode mindestens eine Qualität aufweisen, die einen Durchbruch zwischen der Gate-Elektrode und einer mit dem Source-Potential verbundenen Feldelektrode weniger wahrscheinlich werden lässt als einen Durchbruch zwischen der Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode.Particularly in the case of transistor arrangements with trench transistor cells in which the field electrode is connected to the source potential, the design of the dielectric layer which electrically isolates the field electrode from the gate electrode disposed above and / or adjacent thereto becomes more important. The arrangement formed by the gate electrode, the field electrode and the intervening dielectric layer determines the gate-source capacitance of the transistor arrangement. Due to the significant reduction in the gate-drain capacitance C GD , a reduction in the gate-source capacitance becomes more important if the product is to be used Gate charge and specific on-resistance of the transistor assembly (Figure of Merit, FOM) are further reduced. Furthermore, the dielectric isolation between the gate electrode and the field electrode must have at least one quality which makes a breakdown between the gate electrode and a field electrode connected to the source potential less likely than a breakdown between the gate electrode and the drain -Electrode.
Die zweite dielektrische Schicht und die Gate-Dielektrikumsschicht werden jeweils als Oxidschichten vorgesehen. Dabei umfasst die Ausprägung der beiden Oxidschichten mindestens einen Prozessschritt, während dem die beiden Oxidschichten zeitgleich aber mit unterschiedlichen Raten aufwachsen, so dass die so erzeugte zweite dielektrische Schicht auf der Feldelektrode (zweite Oxidschicht) an ihrer dünnsten Stelle eine um etwa mindestens 5% höhere Schichtdicke aufweist als die dünnste Stelle der erzeugten Gate-Dielektrikumsschicht (Gateoxid).The second dielectric layer and the gate dielectric layer are respectively provided as oxide layers. The expression of the two oxide layers at least one process step during the the two oxide layers at the same time but with different rates grow up so that the second dielectric layer thus produced on the field electrode (second oxide layer) at its thinnest point one at least 5% higher Layer thickness than the thinnest Position of the generated gate dielectric layer (Gate oxide).
Ein solcher Unterschied in der Schichtdicke von Gateoxid und Oxidschicht auf der Feldelektrode lässt sich beispielsweise durch einen Oxidationsprozess herbeiführen, bei dem die Zuführung von Sauerstoff gegenüber üblichen Oxidationsverfahren reduziert und die Oxidationsdauer bei einer Endtemperatur des Oxidationsprozesses verlängert wird.One such difference in the layer thickness of gate oxide and oxide layer on the field electrode leaves For example, bring about by an oxidation process, at the feeder of oxygen compared to usual Oxidation reduced and the oxidation time at a End temperature of the oxidation process is extended.
Eine Reduzierung der Gate-Source-Kapazität erfordert eine höhere Schichtdicke der dielektrischen Schicht zwischen der Gate-Elektrode und der an Source-Potential angeschlossenen Feldelektrode. Andererseits ist die Schichtdicke der Gate-Dielektrikumsschicht aber funktionell vorgegeben, kann also nicht beliebig erhöht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es auf einfache Weise, zum Beispiel ohne zusätzliche Maskierungsschritte, die Gate-Dielektrikumsschicht und die dielektrische Schicht auf der Feldelektrode zeitgleich in einem gemeinsamen Prozessschritt auszubilden und dabei die bezüglich der Schichtdicke gegensätzlichen Anforderungen an beide Schichten zu erfüllen.A Reduction of the gate-source capacitance requires a higher layer thickness the dielectric layer between the gate electrode and the Source potential connected field electrode. On the other hand the layer thickness of the gate dielectric layer but given functionally, so can not be increased arbitrarily. The inventive method allows in a simple way, for example without additional masking steps, the gate dielectric layer and the dielectric layer the field electrode at the same time in a common process step train while doing the respect the layer thickness opposite Requirements to meet both layers.
Das Gateoxid und die Oxidschicht auf der Feldelektrode werden beispielsweise mittels eines HDP (high density plasma)-Prozesses abgeschieden. Eine solche Abscheidung findet weitaus überwiegend auf planaren Flächen statt. Damit lässt sich selektiv gegenüber der Grabenwandung eine Oxidschicht auf der Feldelektrode und der die Feldelektrode umgebenden ersten dielektrischen Schicht abscheiden, wodurch in besonders einfacher Weise ein ausgeprägter Unterschied zwischen der Schichtdicke des Gateoxids und der Schichtdicke der Oxidschicht auf der Feldelektrode erzeugt werden kann.The Gate oxide and the oxide layer on the field electrode become, for example deposited by means of an HDP (high density plasma) process. Such Deposition is far more prevalent on planar surfaces instead of. Leave it selectively opposed the Grabenwandung an oxide layer on the field electrode and the depositing the first dielectric layer surrounding the field electrode, whereby in a particularly simple manner, a marked difference between the Layer thickness of the gate oxide and the layer thickness of the oxide layer the field electrode can be generated.
Das Gateoxid und die zweite Oxidschicht können beispielsweise auf der Feldelektrode durch eine diffusionslimitierte Abscheidung von Siliziumoxid mittels Tetraethylorthosilan (TEOS) ausgebildet werden. Bei einer diffusionslimitierten Abscheidung wächst Siliziumoxid bevorzugt auf horizontalen Flächen auf. Auf den vertikalen Grabenwänden wächst das Siliziumoxid mit gegen den Grabengrund abnehmender Rate auf, so dass die Schichtdicke eines so erzeugten Gateoxids in Richtung Grabengrund abnimmt. Es ergibt sich zwar kein Unterschied in der Schichtdicke des Gateoxids gegenüber der Schichtdicke der Oxidschicht auf der Feldelektrode. Jedoch wird auf diese Weise sichergestellt, dass die dünnste Stelle der Oxidschicht auf der Feldelektrode nicht dünner ist als die dünnste Stelle des Gateoxids. Mit der Verwendung von TEOS lassen sich gleiche Schichtdicken im Bereich des Gateoxids und der Oxidschicht auf der Feldelektrode mit nur einem gemeinsamen, unmaskierten Prozessschritt erzielen.The Gate oxide and the second oxide layer can, for example, on the Field electrode by a diffusion-limited deposition of silicon oxide be formed by means of tetraethylorthosilane (TEOS). At a With diffusion-limited deposition, silicon oxide grows preferentially on horizontal surfaces on. On the vertical trench walls that grows Silicon oxide with decreasing rate against the trench bottom, so the layer thickness of a gate oxide produced in this way in the direction of the trench bottom decreases. There is no difference in the layer thickness of the gate oxide the layer thickness of the oxide layer on the field electrode. However, it will This ensures that the thinnest point of the oxide layer not thinner on the field electrode is considered the thinnest Location of the gate oxide. With the use of TEOS can be equal layer thicknesses in the region of the gate oxide and the oxide layer on the field electrode achieve with only one common, unmasked process step.
Erfindungsgemäß erfolgt eine sowohl auf die Grabenwandung als auch auf die Oberfläche der Feldelektrode bezogene Feuchtoxidation. Zur Feuchtoxidation werden während des Oxidationsprozesses sowohl Sauerstoff als auch Wasserstoff zugeführt. Die Anwesenheit von Wasserstoff führt zu deutlich unterschiedlichen Oxidationsraten auf dem hochdotierten Polysilizium der Feldelektrode einerseits und etwa einem kristallinem Silizium der die Grabenwandung bildenden Kanalzone des Halbleitersubstrats andererseits. Dabei wird der Wasserstoffanteil so bemessen, dass ein deutlicher Schichtdickenunterschied zwischen dem Gateoxid und der Oxidschicht auf der Feldelektrode erzielt wird. Da die Anwesenheit von Wasserstoff den Oxidationsprozess allgemein beschleunigt, erfolgt die Feuchtoxidation bei einer gegenüber einer üblichen Trockenoxidation verringerten Temperatur zwischen 500 Grad Celsius und 1000 Grad Celsius. Durch die verringerte Oxidationstemperatur wird ein Anwachsen der Oxidationsschichten soweit verlangsamt, dass die Schichtdicke des Gateoxids sicher innerhalb der spezifizierten Toleranzbreite realisiert werden kann. Auf diese Weise lassen sich vorteilhafterweise Schichtdickenunterschiede zwischen dem Gateoxid und der Oxidschicht auf der Feldelektrode um etwa 100% erzielen. Die Feuchtoxi dation ist auch mit einem vorangehenden HDP-Prozess kombinierbar.According to the invention one on both the trench wall and the surface of the field electrode related wet oxidation. For wet oxidation during the Oxidation process fed both oxygen and hydrogen. The Presence of hydrogen leads at significantly different oxidation rates on the heavily doped Polysilicon the field electrode on the one hand and about a crystalline Silicon of the trench wall forming channel region of the semiconductor substrate on the other hand. The hydrogen content is calculated so that a significant layer thickness difference between the gate oxide and the oxide layer is achieved on the field electrode. Because the presence hydrogen generally accelerates the oxidation process takes place the wet oxidation at one compared to a conventional dry oxidation reduced Temperature between 500 degrees Celsius and 1000 degrees Celsius. By the reduced oxidation temperature becomes an increase of the oxidation layers so far slowed down that the layer thickness of the gate oxide safely inside the specified tolerance width can be realized. To this Way can be advantageously layer thickness differences between the gate oxide and the oxide layer on the field electrode by about 100% achieve. The moisture oxidation is also with a previous HDP process combined.
Ein weiterer Vorteil der Feuchtoxidation ist die reduzierte Ausprägung von Oxiddünnstellen an den Rändern der gebildeten Oxidschichten. Oxiddünnstellen entstehen, wenn sich in Folge unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten zweier benachbarter Materialien im Bereich deren Grenzflächen mechanische Spannungen in den Materialien aufbauen. Die mechanischen Spannungen reduzieren lokal die Oxidationsrate, so dass an solchen Stellen Dünnungen in dort aufwachsenden Schichten auftreten.Another advantage of wet oxidation is the reduced extent of oxide thin spots at the edges of the oxide layers formed. Oxide thin points are formed when, as a result of different thermal expansion coefficients of two adjacent materials in the region of their interfaces, mechanical stresses build up in the materials. The mechanical stresses locally reduce the oxidation rate, so that thinning in such places grows in there Layers occur.
Dem Prozess, bei dem das Gateoxid und die Oxidschicht auf der Feldelektrode in unterschiedlichen Dicken ausgeprägt werden, folgt ein Trockenoxidationsprozess. Dieser Trockenoxidationsprozess erfolgt bei einer Prozesstemperatur, bei der die gebildeten Oxidschichten beginnen, viskos zu verfließen, wodurch Oxiddünnstellen an Ecken und Kanten verdickt bzw. ausgeglichen werden. Die erforderliche Prozesstemperatur ist abhängig von weiteren Prozessparametern und beträgt üblicherweise mehr als 1000 Grad Celsius. Folgt ein solcher Trockenoxidationsprozess einem Feuchtoxidationsprozess, so werden beispielsweise 75% der Gateoxiddicke feucht und die restlichen 25% trocken aufgewachsen. Darüber hinaus verbessert der Trockenoxidationsprozess die Qualität der Silizium/Siliziumoxidgrenzfläche, etwa indem der Einbau von Ladungsträgern oder das Entstehen offener Siliziumbindungen vermindert wird. Durch die genannte Kombination aus Feuchtoxidation und nachfolgender Trockenoxidation folgt also in besonders vorteilhafter Weise eine gleichzeitige Ausbildung von Gateoxid und Oxidschicht auf der Feldelektrode in unterschiedlichen Schichtdicken und mit verdickten Oxiddünnstellen. Weiterhin ermöglicht der Prozess eine weitere Opti mierung bezüglich der Gate-Source-Kapazität und der Gate-Drain-Kapazität der Transistoranordnung, da alternative Ausprägungen der ersten dielektrischen Schicht (Feldplatte), die sich in Winkel und Herstellungsprozess unterscheiden, ohne Qualitätseinbußen des Gateoxids realisierbar werden.the Process in which the gate oxide and the oxide layer on the field electrode are pronounced in different thicknesses, followed by a dry oxidation process. This dry oxidation process occurs at a process temperature, in which the oxide layers formed start to flow viscously, whereby Oxiddünnstellen Thickened or evened out at corners and edges. The required process temperature depends on of further process parameters and is usually more than 1000 Centigrade. If such a dry oxidation process follows a wet oxidation process, For example, 75% of the gate oxide thickness becomes wet and the remainder Grown 25% dry. About that In addition, the dry oxidation process improves the quality of the silicon / silicon oxide interface, such as by the incorporation of charge carriers or the emergence of open silicon bonds is reduced. By the said combination of wet oxidation and subsequent dry oxidation So follows in a particularly advantageous manner, a simultaneous training of gate oxide and oxide layer on the field electrode in different Layer thicknesses and thickened oxide thin points. Furthermore, the Process further optimization with respect to the gate-source capacitance and the gate-drain capacitance of the transistor arrangement, because alternative forms the first dielectric layer (field plate), which is in angle and manufacturing process, without sacrificing quality Gate oxide can be realized.
Die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform zur Ausbildung eines Gateoxids und einer Oxidschicht auf der Feldelektrode lässt sich einfach in ein Verfahren zur Herstellung einer Transistoranordnung mit Trench-Transistorzellen mit Feldelektrode integrieren, da die Ausbildung der Kanal- und Sourcezonen durch Dotieren erst später erfolgt und durch eine thermische Beaufschlagung im Zuge der Gateoxidausbildung nicht negativ beeinflusst werden kann.The Embodiment of the invention described above to form a Gate oxide and an oxide layer on the field electrode can be simply in a method of manufacturing a transistor arrangement with trench transistor cells integrate with field electrode, since the formation of the channel and Source zones by doping takes place later and by a thermal loading in the course of the gate oxide formation is not negative can be influenced.
In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Gräben die Gate-Elektroden angeordnet, die durch die zweite dielektrische Schicht von der darunter angeordneten Feldelektrode und durch die Gate-Dielektrikumsschicht vom umgebenden Halbleitersubstrat elektrisch isoliert sind.In a further step of the method according to the invention are in the trenches the gate electrodes arranged through the second dielectric Layer of the underlying field electrode and through the Gate dielectric layer from the surrounding semiconductor substrate electrically are isolated.
Sowohl die Kanal- als auch die Sourcezone werden nach dem Einbringen der Gräben in das Halbleitersubstrat ausgebildet, da dann beide dotierten Bereiche unabhängig von den vorausgegangenen Prozessschritten sind.Either the channel as well as the source zone after the introduction of the trenches formed in the semiconductor substrate, since then both doped regions independently from the previous process steps.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Kanal- oder die Sourcezone oder beide nach der Anordnung der Gate-Elektroden in den Gräben ausgebildet. Damit reduziert sich insbesondere die thermische Belastung der dotierten Strukturen um einen Betrag, der von den Prozessschritten zwischen dem Einbringen der Gräben und dem Anordnen der Gate-Elektrode aufgebracht wird.To a particularly preferred embodiment the method according to the invention become the channel or the source zone or both after the arrangement the gate electrodes formed in the trenches. This reduces in particular the thermal load of the doped Structures by an amount different from the process steps between the Introduction of the trenches and placing the gate electrode.
Ein Einbringen der Dotierungen nach Ausprägen der Gate-Elektroden ist auch deshalb von Vorteil, da ein Dotieren des Halbleitersubstrats über die Grabenwandung unterdrückt wird. Daraus ergeben sich eine homogene Dotierung und eine bessere Steuerbarkeit des Implantationsvorgangs.One Introduction of the dopants after stamping out of the gate electrodes also advantageous because doping of the semiconductor substrate over the Trench wall suppressed becomes. This results in a homogeneous doping and better controllability of the implantation process.
Nach einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die erste dielektrische Schicht nach dem Einbringen der Gräben in einer Schichtdicke aufgebracht, die mindestens um den Faktor zwei größer ist als die des Gateoxids. Nachfolgend werden die Gräben nahezu vollständig mit dem Material der Feldelektrode gefüllt. Sind die Trench-Transistorzellen und damit die Gräben streifenförmig ausgeprägt, so ergibt sich in einer Draufsicht auf den mit dem Material der Feldelektrode und der ersten dielektrischen Schicht gefüllten Graben eine streifenförmige Anordnung der Feldelektrode in der Grabenmitte sowie der ersten dielektrischen Schicht beidseits der Feldelektrode.To Another particularly preferred embodiment of the invention the first dielectric layer after the introduction of the trenches in one Layer thickness applied, which is greater by at least a factor of two as that of the gate oxide. Subsequently, the trenches are almost complete with filled the material of the field electrode. Are the trench transistor cells and with it the trenches in strips pronounced, this results in a plan view of the material with the Field electrode and the first dielectric layer filled trench one strip Arrangement of the field electrode in the trench center and the first dielectric layer on both sides of the field electrode.
In einem folgenden Prozessschritt wird die dielektrische Schicht im Zwischenraum zwischen der epitaktischen Schicht und der Feldelektrode bis zu einer Grabentiefe, definiert durch den später ausgeprägten Übergang Kanalzone/Driftzone (Bodyhöhe), entfernt. In den durch das Rückätzen der ersten dielektrischen Schicht entstandenen Zwischenräumen wird nun jeweils mindestens an den freigestellten Abschnitten der Grabenwandung und den freigestellten Oberflächen der Feldelektrode eine zweite dielektrische Schicht ausgebildet, die an den Grabenwandungen das Gateoxid bildet. Erfolgt das Aufbringen der zweiten dielektrischen Schicht durch thermische Oxidation, so entsteht die dielektrische Schicht ausschließlich an den Grabenwandungen und an den freigestellten Oberflächenabschnitten der Feldelektrode.In In a following process step, the dielectric layer is in Space between the epitaxial layer and the field electrode to a trench depth, defined by the later pronounced transition channel zone / drift zone (Body height), removed. In the by the back etching of the first dielectric layer resulting gaps now at least at the freed sections of the trench wall and the freed surfaces the field electrode formed a second dielectric layer, which forms the gate oxide at the trench walls. If the application of the second dielectric layer by thermal oxidation, so arises the dielectric layer only at the trench walls and on the exposed surface sections the field electrode.
Bei einer Anordnung der zweiten dielektrischen Schicht durch Abscheidung erstreckt sich die zweite dielektrische Schicht über die Grabenwandung, die freigestellten Oberflächenabschnitte der Feldelektrode und über die zurückgeätzten Oberflächen der ersten dielektrischen Schichten.at an arrangement of the second dielectric layer by deposition the second dielectric layer extends over the trench wall, the isolated surface sections the field electrode and over the etched back surfaces of the first dielectric layers.
In die bei streifenförmiger Ausprägung der Gräben mit den dielektrischen Schichten ausgekleideten Zwischenräume zwischen der Feldelektrode und dem Halbleitersubstrat wird anschließend das Material der Gate-Elektrode eingebracht. Mit diesem Verfahren wird eine Ausbildung der in der Trench-Transistorzelle angeordneten Gate- und Feldelektroden erzielt, bei der in einem oberen Grabenbereich oberhalb der Bodyhöhe eine in Grabenmitte angeordnete Feldelektrode von Abschnitten der Gate-Elektrode umgeben ist.The interspaces between the field electrode and the semiconductor substrate, which are lined with the dielectric layers when the trenches are in the form of a strip, is then replaced by the interstices between the field electrode and the semiconductor substrate Material of the gate electrode introduced. With this method, formation of the gate and field electrodes arranged in the trench transistor cell is achieved, in which, in an upper trench region above the body height, a field electrode arranged in the trench center is surrounded by sections of the gate electrode.
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst das abschnittsweise Auskleiden der Gräben mit einer ersten dielektrischen
Schicht folgende Schritte:
In einem ersten Schritt wird die
erste dielektrische Schicht maskiert mindestens auf die Grabenwandungen
oder unmaskiert auf die gesamte Prozessfläche einschließlich der
Grabenwandungen aufgebracht und maskiert wieder entfernt.According to a further preferred embodiment of the method according to the invention, the section-wise lining of the trenches with a first dielectric layer comprises the following steps:
In a first step, the first dielectric layer is masked at least on the trench walls or unmasked applied to the entire process surface including the trench walls and masked removed.
Nachfolgend wird auf der ersten dielektrischen Schicht eine erste Hilfsschicht aufgebracht, wobei das Material der ersten Hilfsschicht die Gräben vollständig füllt.following On the first dielectric layer, a first auxiliary layer is formed applied, wherein the material of the first auxiliary layer completely fills the trenches.
Anschließend werden Teile der ersten Hilfsschicht wieder entfernt, wobei die Gräben bis zur Bodyhöhe durch remanente Abschnitte der ersten Hilfsschicht gefüllt bleiben. In der Folge wird die dielektrische Schicht in den nicht von den remanenten Abschnitten der ersten Hilfsschicht abgedeckten Abschnitten entweder entfernt oder in ihrer Schichtdicke reduziert, wobei durch Reduzierung der Schichtdicke der ersten dielektrischen Schicht das Gateoxid hervorgeht. In nachfolgenden Schritten werden die zunächst remanenten Abschnitte der ersten Hilfsschicht wieder entfernt.Then be Parts of the first auxiliary layer removed again, with the trenches up to the height of the body remain filled by remanent sections of the first auxiliary layer. As a result, the dielectric layer does not become the one of the remanent sections of the first auxiliary layer covered sections either removed or reduced in thickness, through Reducing the layer thickness of the first dielectric layer the Gate oxide emerges. In subsequent steps, the remanent ones are first Removed sections of the first auxiliary layer again.
Da die erste Hilfsschicht nach der Ausprägung der ersten dielektrischen Schicht bzw. der ersten dielektrischen Schicht und des Gateoxids wieder vollständig entfernt wird, kann das Material der Ätzschicht allein unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten gewählt werden. Durch eine geeignete Wahl des Materials der ersten Hilfsschicht können in besonders vorteilhafter Weise graduelle Übergänge zwischen der ersten dielektrischen Schicht und dem Gateoxid erzeugt werden. Bei einer Realisierung der ersten Hilfsschicht aus einem Material, dessen Ätzeigenschaften eine präzise Steuerung des Ätzvorgangs zulassen, kann der Übergang der ersten dielektrischen Schicht zum Gateoxid im Graben in besonders vorteilhafter Weise mit dem Übergang Driftzone/Kanalzone im Halbleitersubstrat in Übereinstimmung gebracht werden.There the first auxiliary layer according to the expression of the first dielectric Layer or the first dielectric layer and the gate oxide completely again is removed, the material of the etching layer alone under manufacturing technology Chosen points of view become. By a suitable choice of the material of the first auxiliary layer can in a particularly advantageous manner gradual transitions between the first dielectric Layer and the gate oxide are generated. In a realization the first auxiliary layer of a material whose etching properties a precise one Control of the etching process allow the transition the first dielectric layer to the gate oxide in the trench in particular advantageously with the transition Drift zone / channel zone in the semiconductor substrate to be matched.
In bevorzugter Weise wird vor der Reduktion bzw. der Entfernung der ersten dielektrischen Schicht in nicht von der ersten Hilfsschicht abgedeckten Abschnitten eine zweite Hilfsschicht in Randbereichen von Gräben angeordnet, in denen im Weiteren eine der beiden in den Gräben angeordneten Elektroden über die Substratoberfläche geführt wird. Die zweite Hilfsschicht füllt die Gräben in Randbereichen über der Body höhe und bedeckt an die Randbereiche der Gräben anschließende Abschnitte der Substratoberfläche.In Preferably, before the reduction or the removal of first dielectric layer in not of the first auxiliary layer Covered sections a second auxiliary layer in edge areas of trenches arranged in which further arranged one of the two in the trenches Electrodes over the substrate surface guided becomes. The second auxiliary layer fills the trenches in marginal areas above the Body height and covers sections adjacent to the margins of the trenches the substrate surface.
Bei einem folgenden Entfernen bzw. Reduzieren der ersten dielektrischen Schicht bleibt die erste dielektrische Schicht in den von der zweiten Hilfsschicht abgedeckten Bereichen in der ursprünglichen Schichtdicke erhalten. Dies ermöglicht in der Folge ein Herausführen der Gate-Elektrode und/oder der Feldelektrode aus solcherart während des Entfernens bzw. des Reduzierens der ersten dielektrischen Schicht abgedeckten Gräben über die Substratoberfläche ohne Einbußen in der Spannungsfestigkeit der Transistoranordnung.at a subsequent removal or reduction of the first dielectric Layer remains the first dielectric layer in the second of the Auxiliary layer covered areas obtained in the original layer thickness. this makes possible in the consequence a lead out the gate electrode and / or the field electrode such during the Removing or reducing the first dielectric layer covered trenches over the substrate surface without loss in the dielectric strength of the transistor arrangement.
Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nach dem Entfernen der remanenten Abschnitte der Hilfsschicht die Gräben vollständig mit der ersten dielektrischen Schicht ausgekleidet, wobei die erste dielektrische Schicht in einem oberen, der Substratoberfläche zugewandten Bereich des Grabens eine Schichtdicke do und in einem unteren Bereich des Grabens eine Schichtdicke du aufweist, die größer ist als do.In a further embodiment of the method according to the invention, after removing the remanent portions of the auxiliary layer, the trenches are completely lined with the first dielectric layer, the first dielectric layer having a layer thickness d o in an upper region of the trench facing the substrate surface and a lower region in an upper region of the trench has a layer thickness d u , which is greater than d o .
Das Einbringen der Feldelektrode erfolgt nun durch konformes Abscheiden des Materials der Feldelektrode in einer Schichtdicke dA die mindestens halb so groß ist wie die Weite eines von der ersten dielektrischen Schicht im unteren Grabenbereich bis zur Bodyhöhe eingefassten Zwischenraumes. Durch das gleichmäßige Anwachsen des Materials der Feldelektrode bei konformer Abscheidung wird der Zwischenraum im unteren Grabenbereich komplett gefüllt und von einer Schicht des Materials der Feldelektrode definierter Dicke abgedeckt. Durch ein nachfolgendes isotropes Rückätzen des Materials der Feldelektrode kann nun das Material der Feldelektrode auf präzise und dadurch vorteilhafte Weise gerade vollständig aus dem oberen Bereich des Grabens entfernt werden.The introduction of the field electrode is now carried out by conformal deposition of the material of the field electrode in a layer thickness d A which is at least half as large as the width of a space enclosed by the first dielectric layer in the lower trench region to the body height gap. As a result of the uniform growth of the material of the field electrode in the case of conformal deposition, the gap in the lower trench region is completely filled and covered by a layer of the material of the field electrode of defined thickness. By subsequent isotropic etching back of the material of the field electrode, the material of the field electrode can now be removed in a precise and thus advantageous manner just completely from the upper region of the trench.
In vorteilhafter Weise ist das Material der Hilfsschicht ein Fotolack, der vor einem abschnittsweisen Rückbilden der ersten dielektrischen Schicht einem Postbake-Prozess unterzogen wird.In Advantageously, the material of the auxiliary layer is a photoresist, the one before a partial regressive the first dielectric layer subjected to a post-bake process becomes.
Weiterhin wird in vorteilhafter Weise vor dem Aufbringen der Hilfsschicht ein Haftvermittler für das Material der Hilfsschicht vorgesehen, der nach dem Einbringen der Feldelektrode wieder entfernt wird.Farther is advantageously before the application of the auxiliary layer a bonding agent for provided the material of the auxiliary layer, after insertion the field electrode is removed again.
Das Ausprägen der Gate-Dielektrikumsschicht an Abschnitten im oberen Bereich der Grabenwandung kann durch Abscheidung oder Oxidation des Siliziums des Halbleitersubstrats erfolgen.The mint the gate dielectric layer at portions in the upper region of the Trench wall can be formed by deposition or oxidation of silicon of the semiconductor substrate.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung geht die Gate-Dielektrikumsschicht durch Reduzierung der Schichtdicke dds der in diesen Bereichen angeordneten ersten dielektrischen Schicht auf eine Schichtdicke dGD hervor. Dabei erfolgt die Reduzierung der Schichtdicke in weder durch die Hilfsschicht noch durch die Feldelektrode bedeckten Abschnitten der Grabenwandung. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schließt ein zusätzliches Aufbringen einer weiteren dielektrischen Schicht auf der Feldelektrode ein.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the gate dielectric layer is produced by reducing the layer thickness d ds of the first dielectric layer arranged in these regions to a layer thickness d GD . In this case, the reduction of the layer thickness takes place in neither by the auxiliary layer nor by the field electrode covered portions of the trench wall. This embodiment of the method according to the invention includes an additional application of a further dielectric layer on the field electrode.
Die weitere dielektrische Schicht auf der Feldelektrode kann alternativ dazu in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus einem Prozess hervorgehen, bei dem das Material der weiteren dielektrischen Schicht auch über die reduzierte erste dielektrische Schicht im oberen Grabenbereich oberhalb der Bodyhöhe angeordnet wird. Auf diese Weise entsteht ein mehrschichtiges Gateoxid.The another dielectric layer on the field electrode may alternatively to do so in a further preferred embodiment of the invention result in a process in which the material of the further dielectric Layer also over the reduced first dielectric layer in the upper trench region above the body height is arranged. In this way, a multilayer gate oxide is formed.
Alternativ zu den beiden vorangegangenen Ausführungsformen der Erfindung wird die erste dielektrische Schicht in weder durch eine Hilfsschicht noch durch die Feldelektrode bedeckten Abschnitten der Grabeninnenfläche vollständig entfernt, so dass die Gate-Dielektrikumsschicht ausschließlich durch Abschnitte einer in einem folgenden Prozess aufgebrachten zweiten dielektrischen Schicht gebildet wird.alternative to the two previous embodiments of the invention the first dielectric layer is not covered by either an auxiliary layer completely removed by the field electrode covered portions of the trench inner surface, such that the gate dielectric layer is formed exclusively by sections of a applied in a subsequent process second dielectric Layer is formed.
Die erste und die zweite dielektrische Schicht sind dabei jeweils als thermisches Oxid, als abgeschiedenes Oxid, als Nitrid, als Oxidnitrid oder als eine Mehrschichtstruktur realisierbar.The first and second dielectric layers are each as thermal oxide, as deposited oxide, as nitride, as oxide nitride or as a multi-layer structure feasible.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach einer Reduzierung der Schichtdicke ddS der ersten dielektrischen Schicht bzw. nach dem Entfernen der ersten dielektrischen Schicht in nicht von der Feldelektrode abgedeckten Abschnitten in einem zusätzlichen Schritt die Feldelektrode weiter zurückgeätzt.According to a further preferred embodiment of the invention, after a reduction of the layer thickness d dS of the first dielectric layer or after the removal of the first dielectric layer in sections not covered by the field electrode, the field electrode is further etched back in an additional step.
Insbesondere nach dem Entfernen der ersten dielektrischen Schicht aus dem oberen Bereich wird, bedingt durch die Ätzeigenschaften des Materials der ersten dielektrischen Schicht, diese auch im Zwischenraum zwischen der Feldelektrode und dem Halbleitersubstrat zurückgeätzt. Dadurch wird in der Mitte des Grabens die Feldelektrode freigelegt. Bei einer nachfolgenden Anordnung der Gate-Elektrode wird ein oberer Abschnitt der Feldelektrode in einem Übergangsbereich zwischen oberem und unterem Bereich des Grabens von der Gate-Elektrode umgeben.Especially after removing the first dielectric layer from the upper one Range is due to the etching properties the material of the first dielectric layer, this also in the intermediate space etched back between the field electrode and the semiconductor substrate. Thereby In the middle of the trench, the field electrode is exposed. At a subsequent arrangement of the gate electrode becomes an upper portion the field electrode in a transition region between upper and lower regions of the trench from the gate electrode surround.
Dies resultiert in einer erhöhten Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Feldelektrode, die durch den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt auf einfache und vorteilhafte Weise reduziert wird.This results in an increased Capacity between the gate electrode and the field electrode, by the method step according to the invention on simple and advantageous way is reduced.
Das Material der Gate-Elektrode bzw. der Feldelektrode ist üblicherweise ein leitfähiges Polysilizium. Leitfähiges Polysilizium weist in der Regel einen relativ hohen spezifischen ohmschen Widerstand auf.The Material of the gate electrode or the field electrode is customary a conductive one Polysilicon. conductive Polysilicon usually has a relatively high specificity ohmic resistance.
Der Widerstand der Gate-Elektrode bzw. der Feldelektrode kann durch Vorsehen eines zweiten Materialbestandteils der Gate-Elektrode bzw. Feldelektrode verringert werden. Vorteilhafter Weise ist der weitere Bestandteil des Materials der Gate- und/oder Feldelektrode ein Metallsilizid, dass vorzugsweise durch Silizidierung des Polysiliziums erzeugt wird.Of the Resistance of the gate electrode or the field electrode can by Providing a second material component of the gate electrode or field electrode be reduced. Advantageously, the further component the material of the gate and / or field electrode a metal silicide, preferably by silicidation of the polysilicon is produced.
Eine
erfindungsgemäße Trench-Transistorzelle
ist in einem Halbleitersubstrat angeordnet, in dem jeweils aufeinander
folgend und im Wesentlichen horizontal geschichtet eine Drainzone,
eine Driftzone, eine Kanalzone und eine Source-Zone ausgeprägt sind. Weiter ist im Halbleitersubstrat
ein Graben vorgesehen der bis im Wesentlichen zu einer Bodyhöhe, die
dem Übergang
zwischen Driftzone und Kanalzone im Halbleitersubstrat gegenüberliegt, mit
einer ersten dielektrischen Schicht und zwischen der Bodyhöhe und der
Substratoberfläche
mit einem Gateoxid ausgekleidet ist. Im Wesentlichen vom Grabenboden
bis zur Oberkante der ersten dielektrischen Schicht reicht eine
Feldelektrode, auf die sich zwischen etwa der Bodyhöhe und der
Substratoberfläche
(
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Trench-Transistorzelle sind im Vorausgegangenen im Zusammenhang mit n-Kanal MOS-Transistoren dargestellt. Jedoch lassen sich das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Trench-Transistorzelle auch ohne Weiteres auf p-Kanal MOS-Transistoren oder IGBTs übertragen.The inventive method and the trench transistor cell according to the invention are in advance related to n-channel MOS transistors shown. However, the inventive method can be as well as the trench transistor cell according to the invention also readily transferred to p-channel MOS transistors or IGBTs.
Auch eine Integration in einen IC-Prozess nach bekannter Art, etwa durch einen leitfähigen Sinker im Halbleitersubstrat, ist in einer dem Fachmann naheliegende Weise ausführbar.Also an integration into an IC process in a known manner, such as by a conductive Sinker in the semiconductor substrate is in a obvious to those skilled Way executable.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert, wobei für einander entsprechende Komponenten identische Bezugszeichen verwendet werden.The invention will be explained in more detail with reference to the figures, wherein for corresponding components identical reference numerals be used.
Es zeigen:It demonstrate:
In
den Teilfiguren
Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel des
erfindungsgemäßen Verfahrens
wird also auf einem n+-dotiertem Grundsubstrat
Anschließend wird
die Hartmaske
Anschließend werden
Gräben
In
Im
folgenden Verfahrensschritt wird auf der durch die Gräben
In
Es
folgt in einem nächsten
Verfahrensschritt ein Abscheiden von polykristallinen Silizium (Polysilizium).
Das Abscheiden erfolgt mit einer Schichtdicke, die größer ist
als die halbe Grabenweite. Dann ist sichergestellt, dass die Gräben
In
An
den nicht durch remanente Abschnitte des Photolacks
In
Im
nächsten
Verfahrensschritt wird die dielektrische Schicht
Nach
dem Ätzschritt
ergibt sich die in
Darauf
wird die Gate-Dielektrikumsschicht
In
Es
folgt das Abscheiden einer zweiten Schicht
In
der
Anschließend wird
das Gate-Polysilizium
Eine
erste Variante des durch die
In
Im
nächsten
Verfahrensschritt wird die Implantation der Sourcezone
Wie
in der
Alternativ
erfolgt die Implantation auch durch das relativ dünne Gateoxid
Im
folgenden Verfahrensschritt wird eine weitere dielektrische Schicht
In
der
Weiter
wird über
der Anordnung eine strukturierte Metallisierung aufgebracht, die
eine Source-Anschlussmetallisierungen
Alternativ
dazu wird das Feld-Polysilizium
Die
Die
beiden
Dieser
Verfahrensschritt schließt
sich nach der Ausformung einer Feldelektrode
Diese
bereits erläuterten
Verfahrensschritte führen
zu einer in der
Nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird nun in einem zusätzlichen
Verfahrensschritt der freigelegte obere Bereich der Feldelektrode
In
den
Die
in der
In
einem folgenden Verfahrensschritt wird die Fotolackschicht
In
der
Im
Randbereich erfolgt eine zusätzliche
Abdeckung des oberen Grabenbereichs und der angrenzenden Substratoberfläche
Eine
Bodyhöhe
In
einem folgenden Verfahrensschritt wird die erste dielektrische Schicht
Das
Ergebnis dieses Verfahrensschrittes ist in der
Nachfolgend
wird das Feld-Polysilizium abgeschieden und bis zum Kragen der von
der ersten dielektrischen Schicht
In
einer Variante dieses Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird ein Verfahrensschritt eingefügt, der die erste dielektrische
Schicht
Aus
diesem Verfahren geht die in der
In
den
Gemäß der
Mit
der Fotolackschicht
Im
folgenden Verfahrensschritt wird ein Feld-Polysilizium
Im
folgenden Verfahrensschritt wird nun das Feld-Polysilizium um einen
Betrag zurückgeätzt, der der
zuvor abgeschiedenen Schichtdicke, ergänzt um eine geringfügige Überätzung (Overetch),
entspricht. Das Feld-Polysilizium wird im Wesentlichen bis zum Übergang
der ersten dielektrischen Schicht
In
den
Dabei
wird, wie aus der
Nachfolgend
wird die erste dielektrische Schicht
In
den sich auf diese Weise zwischen der Feldelektrode
In
die nun mit dem Gateoxid
In
den
Die
In
der
Die
In
der
Die
Beispiele:Examples:
Bei allen nachfolgenden Beispielen kann die Reihenfolge einiger Schritte, zum Beispiel der Implantationsvorgänge, variieren. Die Gate-Elektrode kann aus mehreren Schichten bestehen oder abschnittsweise mit einem hochleitfähigem Material verstärkt sein. Im Bereich des Grabens kann die Gate-Elektrode auch über die Siliziumoberfläche hinausragen. Auch p-Kanal Transistoren und IGBTs sind möglich. Die Prozessfolge kann in einen IC-Prozess eingesetzt werden, in dem die Drainzone über einen n-Sinker auf die Substratoberfläche geführt wird.at In all the examples below, the order of some steps, for example, the implantation procedures, vary. The gate electrode can consist of several layers or be reinforced in sections with a highly conductive material. In the region of the trench, the gate electrode can also over the silicon surface protrude. Also p-channel transistors and IGBTs are possible. The Process sequence can be used in an IC process in which the drain zone over an n-sinker is guided onto the substrate surface.
Beispiel A:Example A:
- a) Bereitstellen eines hochdotierten n+-Substrat als Ausgangsmaterial.a) providing a highly doped n + substrate as a starting material.
- b) Abscheiden einer n-epitaktischen Schicht mit einer Dotierstoffkonzentration von 1 × 1014 cm–3 bis 1 × 1018 cm–3.b) depositing an n-epitaxial layer with a dopant concentration of 1 × 10 14 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
- c) Ätzen der Gräben mit einer strukturierten Trenchmaske (Oxid, TEOS 400 nm, Fotolack). Entfernen der Trenchmaske. Ausprägen des Trenches als Streifen oder als Gitter für eine Zellenstruktur.c) etching the trenches with a structured trench mask (oxide, TEOS 400 nm, photoresist). Remove the trench mask. mint of the trench as a strip or as a grid for a cell structure.
- d) Aufbringen einer Isolationsschicht von wenigen nm bis einige μm Dicke. Die Isolationsschicht kann dabei auch ein Mehrschichtsystem (thermisches Oxid, abgeschiedenes Oxid, Nitrid) sein.d) applying an insulating layer of a few nm to a few microns thick. The insulation layer can also be a multilayer system (thermal Oxide, deposited oxide, nitride).
- e) Abscheiden einer Feldelektrode, wobei das Material der Feldelektrode dotiertes Polysilizium, Silizide (Wolframsilizid) und andere leitfähige Materialien enthalten kann. Ein Polysilizium wird dabei mit einer Schichtdicke abgeschieden, die mindestens der halben Trenchweite, vermindert um die Dicke der Isolationsschicht, beträgt.e) depositing a field electrode, wherein the material of the field electrode doped polysilicon, silicides (tungsten silicide) and other conductive Ma may contain materials. A polysilicon is deposited with a layer thickness that is at least half the trench width, reduced by the thickness of the insulating layer.
- f) Maskiertes oder unmaskiertes Rückätzen der Feldelektrode bis deutlich unter die Substratoberfläche der epitaktischen Schicht.f) masked or unmasked back etching of the field electrode until clearly below the substrate surface of the epitaxial layer.
- g) Optional Maskieren eines Teils der Isolationsschicht, etwa durch Fotolack.g) optionally masking a portion of the insulation layer, such as through photoresist.
- h) Teilweises oder vollständiges Entfernen der Isolationsschicht in nicht von der Feldelektrode oder Fotolack bedeckten Bereichen. Aufwachsen des Gateoxids in einer Dicke von wenigen nm bis über 100 nm entsprechend den Anforderungen an eine Einsatzspannung.h) Partial or complete Remove the insulation layer in not from the field electrode or Photoresist covered areas. Growing the gate oxide in one Thickness from a few nm to over 100 nm according to the requirements of a threshold voltage.
- i) Abscheiden der Gate-Elektrode (dotiertes Polysilizium, Silizid, Wolframsilizid).i) depositing the gate electrode (doped polysilicon, silicide, Tungsten).
- j) Maskiertes oder unmaskiertes Zurückätzen des Materials der Gate-Elektrode bis unter die Substratoberfläche (Siliziumoberkante).j) Masked or unmasked etching back of the material of the gate electrode to below the substrate surface (Silicon top edge).
- k) Optional Aufbringen einer hoch leitfähigen Schicht (Silizidschicht, Wolframsilizid) auf das Material der Gateelektrode zur Erhöhung deren Leitfähigkeit.k) optionally applying a highly conductive layer (silicide layer, Tungsten silicide) on the material of the gate electrode to increase their conductivity.
- l) Optional Versiegelung des Gatematerials mit einer Oxidschicht (abgeschiedenes Oxid, Nitrid, Mehrschichtsystem) zur Vermeidung einer Ausdiffusion von Dotierstoffen.l) Optional sealing of the gate material with an oxide layer (deposited oxide, nitride, multi-layer system) to avoid an outdiffusion of dopants.
- m) Implantation, unmaskiert oder durch Feldoxid oder eine eigene Fototechnik maskiert, und anschließende Ausdiffusion der Kanalzone.m) implantation, unmasked or by field oxide or its own Photographic technique masked, and subsequent outdiffusion of the channel zone.
- n) Implantation der Sourcezone unmaskiert oder durch Feldoxid oder eine eigene Fototechnik maskiert und Aktivierung oder Ausdiffusion.n) implantation of the source zone unmasked or by field oxide or masking your own photographic technique and activation or outdiffusion.
- o) Abscheiden eines Dielektrikums zur Isolation von Gate- und Sourcemetallisierung.o) deposition of a dielectric to isolate gate and source metallization.
- p) Ätzen der Kontaktlöcher. Dabei kann die Ätzung auf der Substratoberfläche stoppen oder alternativ die Sourcezone vollständig oder fast vollständig durchätzen.p) etching the contact holes. In this case, the etching on the substrate surface stop or alternatively etch through the source zone completely or almost completely.
- q) Maskierte Implantation des p++ Bodykontakts entweder in jeder Zelle oder bei streifenartiger Ausprägung der Zellen nur stückweise. Dabei wird bei einer nachfolgenden Metallabscheidung sowohl die Sourcezone als auch das Bodykontaktgebiet in jeder Zelle bzw. in jedem Streifen angeschlossen. Bei einer Ätzung des Kontaktlochs in das Silizium erfolgt optional die Implantation unmaskiert, sofern die Sourcezone an den Grabenwandungen nicht umdotiert wird.q) Masked implantation of the p ++ body contact either in each cell or in stripe-like form of the cells only piecemeal. In the case of a subsequent metal deposition, both the source zone and the body contact region are connected in each cell or in each strip. When the contact hole is etched into the silicon, the implantation is optionally unmasked, provided that the source zone is not re-doped at the trench walls.
- r) Abscheiden und Strukturieren der Metallisierung.r) deposition and structuring of the metallization.
- s) Optional Abscheiden und Strukturieren der Passivierung.s) Optional deposition and structuring of the passivation.
Beispiel B:Example B:
Wie Beispiel A, jedoch wird nach dem Zurückätzen der Feldelektrode und einem teilweisen oder vollständigen Entfernen der ersten dielektrischen Schicht die Feldelektrode ein weiteres Mal zurückgeätzt, um die Gate-Source-Kapazität zu reduzieren. Optional ist dabei eine Nitridschicht Bestandteil der ersten dielektrischen Schicht. Die Nitridschicht wird strukturiert und nach der Rückätzung der Feldelektrode als Ätzmaske zur Ätzung der ersten dielektrischen Schicht genutzt.As Example A, however, after etching back the field electrode and a partial or complete Removing the first dielectric layer, the field electrode etched back to the gate-source capacitance to reduce. Optionally, a nitride layer is part of this the first dielectric layer. The nitride layer is structured and after etching back the field electrode as an etching mask to the etching the first dielectric layer used.
Beispiel C:Example C:
- a) Bereitstellen eines hochdotierten n+-Grundsubstrats.a) Provision of a highly doped n + base substrate.
- b) Abscheiden einer n-epitaktischen Schicht mit einer Dotierstoffkonzentration von 1 × 1014 cm–3 bis 1 × 1018 cm–3 b) depositing an n-epitaxial layer with a dopant concentration of 1 × 10 14 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3
- c) Ätzen der Gräben mittels einer strukturierten Trenchmaske (Oxid, zum Beispiel TEOS 400 nm, Fotolack). Entfernen der Trenchmaske. Dabei können die Gräben streifenförmig oder als Gitter für eine Zellenstruktur ausge führt.c) etching the trenches by means of a structured trench mask (oxide, for example TEOS 400 nm, photoresist). Remove the trench mask. The can trenches in strips or as a grid for a cell structure leads out.
- d) Aufbringen einer ersten dielektrischen Schicht von wenigen nm bis einigen μm Dicke. Die erste dielektrische Schicht kann auch ein Mehrschichtsystem sein.d) Applying a first dielectric layer of a few nm to a few μm Thickness. The first dielectric layer may also be a multilayer system be.
- e) Optional Aufbringen eines Haftvermittlers (zum Beispiel Nitride).e) optionally applying an adhesion promoter (for example nitrides).
- f) Optional Aufbringen einer Hilfsschicht bis über die Siliziumkante und Rückätzen derselben bis in den Bereich der Unterkante der Kanalzone (p-Wanne). Ist das Material der Hilfsschicht ein Fotolack, so erfolgt ein Postback.f) optionally applying an auxiliary layer over the Silicon edge and etch back the same into the area of the lower edge of the channel zone (p-well). Is this Material of the auxiliary layer of a photoresist, so there is a postback.
- g) Optional zusätzliches Maskieren einer Randkonstruktion.g) Optional additional Masking a border construction.
- h) Optional Ätzung des Oxids.h) Optional etching of the oxide.
- i) Optional Entfernen der Hilfsschicht.i) Optional removal of the auxiliary layer.
- j) Optional Anwachsen eines Hilfsoxids.j) Optional growth of an auxiliary oxide.
- k) Optional Entfernen des Haftvermittlers.k) Optional removal of the bonding agent.
- l) Abscheiden und maskiertes Rückätzen des Materials der Feldelektrode.l) depositing and masking back etching of the material of the field electrode.
- m) Optional Entfernen der nicht durch die Feldelektrode maskierten Abschnitte der ersten dielektrischen Schicht und Aufwachsen des Gateoxids in einer Dicke von wenigen nm bis über 100 nm gemäß der Einsatzspannung.m) Optional removal of those not masked by the field electrode Sections of the first dielectric layer and growing the Gate oxide in a thickness of a few nm to over 100 nm according to the threshold voltage.
- n) Abscheiden und Dotieren des Materials der Gate-Elektrode.n) depositing and doping the material of the gate electrode.
- o) Maskiertes oder unmaskiertes Zurückätzen des Materials der Gate-Elektrode bis unter die Siliziumoberkante.o) Masked or unmasked etching back of the material of the gate electrode to below the silicon top edge.
- p) Optional Versiegelung der Gate-Elektrode mit einer Diffussionsbarriere (abgeschiedenes Oxid, Nitrid, Mehrschichtsystem) zum Vermeiden eines Ausdiffundieren von Dotierstoffen.p) Optional sealing of the gate electrode with a diffusion barrier (deposited oxide, nitride, multi-layer system) to avoid outdiffusion of dopants.
- q) Implantation und Ausdiffusion bzw. Ausheilen der Kanal- und Sourcezone, jeweils unmaskiert oder durch Feldoxid, Polysilizium oder eine eigene Fototechnik maskiert.q) implantation and outdiffusion or annealing of the channel and source zone, each unmasked or by field oxide, polysilicon or their own Photographic technique masked.
- r) Abscheiden eines Dielektrikums zur Isolation von Gate- und Sourcemetallisierung.r) deposition of a dielectric to isolate gate and source metallization.
- s) Ätzen der Kontaktlöcher.s) etching the contact holes.
- t) Abscheiden und Strukturieren der Metallisierung.t) deposition and patterning of the metallization.
- u) Optional Abscheiden und Strukturieren der Passivierung.u) Optional deposition and structuring of the passivation.
Beispiel D:Example D:
- a) Bereitstellen eines n+-Grundsubstratsa) providing an n + base substrate
- b) Abscheiden einer n-epitaktischen Schicht mit einer Dotierstoffkonzentration vom 1 × 1014 cm–3 bis 1 × 1018 cm–3.b) depositing an n-epitaxial layer having a dopant concentration of 1 × 10 14 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
- c) Ätzen der Gräben mit einer strukturierten Trenchmaske (Oxid, zum Beispiel TEOS 400 nm, Fotolack), Entfernen der Trenchmaske. Ausführung der Gräben als Streifen oder als Gitter einer Zellenstruktur.c) etching the trenches with a structured trench mask (oxide, for example TEOS 400 nm, photoresist), removing the trench mask. Execution of the trenches as Strip or as a grid of a cell structure.
- d) Aufbringen einer ersten dielektrischen Schicht von wenigen nm bis einigen μm Dicke. Die erste dielektrische Schicht kann auch ein Mehrschichtsystem sein.d) Applying a first dielectric layer of a few nm to a few μm Thickness. The first dielectric layer may also be a multilayer system be.
- e) Aufbringen einer Hilfsschicht (zum Beispiel Fotolack) bis über die Siliziumkante und Rückätzen derselben bis unter die Unterkante der Kanalzone (p-Wanne); ist das Material der Hilfsschicht ein Fotolack, so erfolgt ein Postback.e) applying an auxiliary layer (for example photoresist) over the Silicon edge and etch back the same to below the lower edge of the channel zone (p-well); is the material the auxiliary layer is a photoresist, so there is a postback.
- f) Optional zusätzliches Maskieren einer Randkonstruktion.f) Optional additional Masking a border construction.
- g) Teilweises oder vollständiges Ätzen der ersten dielektrischen Schicht.g) Partial or complete etching of the first dielectric layer.
- h) Entfernen der Hilfsschicht.h) removing the auxiliary layer.
- i) Optional Anwachsen eines Hilfsoxids bzw. einer Hilfsschicht.i) optionally growing an auxiliary oxide or an auxiliary layer.
- j) Konformes Abscheiden der Feldelektrode (Polysilizium, Silizid) wobei die Schichtdicke der Abscheidung dicker ist als (Grabenweite/2 – Dicke der ersten dielektrischen Schicht im unteren Teil) und dünner als (Grabenweite/2 – Dicke der ersten dielektrischen Schicht im oberen Teil). Maskiertes isotropes Rückätzen, wobei das Material der Feldelektrode durch eine isotrope Rückätzung aus dem oberen Teil entfernt wird und im unteren Teil verbleibt.j) conformal deposition of the field electrode (polysilicon, silicide) wherein the layer thickness of the deposit is thicker than (trench width / 2 thickness of the first dielectric layer in the lower part) and thinner than (Trench width / 2 - thickness the first dielectric layer in the upper part). Masked isotropic Etchback, where the material of the field electrode by an isotropic etching back from the upper part is removed and remains in the lower part.
- k) Optional Entfernen der nicht durch die Feldelektrode maskierten ersten dielektrischen Schicht und Aufwachsen des Gateoxids gemäß der Einsatzspannung von wenigen nm bis über 100 nm.k) Optional removal of the masked by the field electrode first dielectric layer and growth of the gate oxide according to the threshold voltage from a few nm to over 100 nm.
- l) Abscheiden und Dotieren des Materials der Gate-Elektrode (typischerweise Polysilizium).l) depositing and doping the material of the gate electrode (typically polysilicon).
- m) Maskiertes oder unmaskiertes Zurückätzen des Materials der Gate-Elektrode bis unter die Siliziumoberkante.m) Masked or unmasked etching back of the material of the gate electrode to below the silicon top edge.
- n) Optional Versiegelung des Gatematerials mit einer Diffusionsbarriere (abgeschiedenes Oxid, Nitrid, Mehrschichtsystem).n) Optional sealing of the gate material with a diffusion barrier (deposited oxide, nitride, multilayer system).
- o) Implantation und Ausdiffusion bzw. Ausheilen der Kanalzone und der Sourcezone, jeweils unmaskiert oder durch Feldoxid, Polysilizium oder eine eigene Fototechnik maskiert.o) implantation and outdiffusion or healing of the canal zone and the source zone, either unmasked or by field oxide, polysilicon or masking your own photographic technique.
- p) Abscheiden eines Dielektrikums zur Isolation von Gate- und Sourcemetallisierung.p) deposition of a dielectric to isolate gate and source metallization.
- q) Ätzen der Kontaktlöcher.q) etching the contact holes.
- r) Abscheiden und Strukturieren der Metallisierungen.r) depositing and structuring of the metallizations.
- s) Optional Abschalten und Strukturieren der Passivierung.s) Optional switching off and structuring the passivation.
Beispiel E:Example E:
Wie Ausführungsbeispiel 1, jedoch wird die Feldelektrode nur wenig in den Graben zurückgeätzt. Die anschließende isotrope Oxidentfernung unterätzt das Oxid deutlich. Anwachsen eines Oxids im Zwischenraum zwischen Feldelektrode und epitaktischer Schicht. Einfüllen des Materials der Gate-Elektrode. Die Gate-Elektrode wird dabei abschnittsweise neben der Feldelektrode angeordnet.As embodiment 1, however, the field electrode is only slightly etched back into the trench. The subsequent isotropic oxide removal undercuts the Oxide clearly. Growth of an oxide in the space between the field electrode and epitaxial layer. pour in of the material of the gate electrode. The gate electrode is thereby arranged in sections next to the field electrode.
Beispiel F: Teilschritt zum Füllen eines Grabens und Ausbildung einer dielektrischen Schicht (Oxidschicht) auf der Feldelektrode bei gleichzeitiger Ausprägung eines Gateoxids.Example F: Sub-step to fill a Trenching and formation of a dielectric layer (oxide layer) on the field electrode with simultaneous expression of a gate oxide.
- a) Abscheidung des Materials der Feldelektrode (Phosphordotiertes Polysilizium)a) deposition of the material of the field electrode (phosphorus doped polysilicon)
- b) Rückätzen des Materials der Feldelektrode in den Graben hinein bis etwa zu einer Bodyhöhe.b) Refraining of the Material of the field electrode in the trench into about one Body height.
- c) Feuchtchemisches Ätzen der ersten dielektrischen Schicht (Feldplatte).c) wet chemical etching the first dielectric layer (field plate).
- d) Reinigung (HF-B, Standard clean).d) Cleaning (HF-B, standard clean).
- e) Oxidation von Gateoxid und Oxidschicht auf der Feldelektrode.e) Oxidation of gate oxide and oxide layer on the field electrode.
- f) Abscheidung des Materials der Gate-Elektrode in den Graben.f) deposition of the material of the gate electrode in the trench.
- g) Rückätzen des Materials der Gate-Elektrode (Polysilizium) bis unter die Grabenkante.g) Refraining of the Material of the gate electrode (polysilicon) to below the trench edge.
- 11
- Grundsubstratbase substrate
- 1010
- Drainzonedrain region
- 22
- Prozessschicht (epitaktische Schicht)process layer (epitaxial layer)
- 2020
- Substratoberfläche (Siliziumkante)Substrate surface (silicon edge)
- 201201
- Body-DrainübergangBody-drain junction
- 2121
- Driftzonedrift region
- 2222
- Kanalzonecanal zone
- 221221
- Kanalchannel
- 2323
- Sourcezonesource zone
- 2424
- BodyverstärkungszoneBody reinforcement zone
- 3030
- Hartmaskehard mask
- 301301
- Oxidschichtoxide
- 302302
- Oxidationsbarriereoxidation barrier
- 3232
- strukturierte erste dielektrische Schichtstructured first dielectric layer
- 321321
- erste dielektrische Schichtfirst dielectric layer
- 322, 322'322 322 '
- zweite dielektrische Schichtsecond dielectric layer
- 323323
- dritte dielektrische Schichtthird dielectric layer
- 3333
- Gateoxidgate oxide
- 331331
- Gate-DielektrikumsschichtGate dielectric layer
- 3434
- Feldoxidfield oxide
- 3535
- Zwischenoxidintermediate oxide
- 3636
- Oxidschicht auf der Feldelektrodeoxide on the field electrode
- 4141
- Hochleitfähige SchichtHighly conductive layer
- 4242
- Diffusionsbarrierediffusion barrier
- 4343
- erste Photolackschichtfirst Photoresist layer
- 4444
- zweite Photolackschichtsecond Photoresist layer
- 4545
- dritte Photolackschichtthird Photoresist layer
- 4646
- erste Hilfsschicht (Photolack)first Auxiliary layer (photoresist)
- 4747
- zweite Hilfsschicht (Photolack)second Auxiliary layer (photoresist)
- 5151
- Drain-AnschlussmetallisierungDrain contact metallization
- 5252
- Gate-AnschlussmetallisierungGate connecting metallization
- 5353
- Source-AnschlussmetallisierungSource contact metallization
- 521521
- Kontaktlochcontact hole
- 531531
- Kontaktlochcontact hole
- 532532
- Kontaktlochcontact hole
- 6, 6', 6''6 6 ', 6' '
- Graben (Trench)dig (Trench)
- 6060
- Trench-TransistorzelleTrench transistor cell
- 6161
- Öffnungopening
- 6262
- Gate-ElektrodeGate electrode
- 621621
- abgeschiedenes Gate-Polysiliziumsecluded Gate polysilicon
- 622622
- Gate-RandstrukturGate-edge structure
- 6363
- Feldelektrodefield electrode
- 63'63 '
- reduzierte Feldelektrodereduced field electrode
- 631631
- abgeschiedenes Feld-Polysiliziumsecluded Field polysilicon
- 632632
- Feld-RandstrukturField-edge structure
- 77
- HalbleitersubstratSemiconductor substrate
- 7171
- Übergang Kanalzone/Driftzonecrossing Canal Zone / drift region
- 7272
- BodyhöheBody height
- bb
- Abstanddistance
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