DE10354421A1 - Gate contact structure, produced by forming a trench in a substrate, precipitating a gate dielectric, precipitating a field oxide, and polyrecess etching - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Hochleistungstransistoren insbesondere Hochleistungstransistoren mit einer neuen Gatekontaktstruktur.The The invention relates to high-power transistors, in particular high-power transistors with a new gate contact structure.
In der Leistungselektronik wird für Transistoren generell eine Verkleinerung von deren flächenspezifischem Einschaltwiderstand angestrebt. Mit einer Verkleinerung der Strukturgrößen und Erhöhung der Zelldichte kann das Ziel eines kleineren Einschaltwiderstandes über eine Vergrößerung der flächenspezifischen Kanalweite eines Leistungstransistors erreicht werden. Je mehr Zellen pro Flächeneinheit integriert werden können, desto größer ist die Kanalweite und desto kleiner ist der Einschaltwiderstand.In the power electronics is for Transistors generally a reduction of their area-specific On resistance wanted. With a reduction of structure sizes and Increase the Cell density can be the goal of a smaller on-resistance over one Magnification of the area specific Channel width of a power transistor can be achieved. The more cells per unit area can be integrated the bigger the channel width and the smaller the on-resistance.
Die Verkleinerung der Strukturgrößen erreicht ihre Grenze bei der minimalen Strukturgröße, die im Wesentlichen durch die Genauigkeit bei der Strukturierung durch die Fototechnik festgelegt wird. Bei modernen Leistungstransistoren und speziell bei Niedervolt-Devices liegen die lithographischen Anforderungen bereits in der Nähe der Anforderungen an moderne DRAM Technologien. Justiergenauigkeit um 50nm und Strukturbreiten von 250nm werden jedoch notwendig sein, um mit den derzeitigen Prozesskonzepten Leistungstransistoren der nächsten Generation zu entwickeln.The Reduction of structure sizes achieved their limit at the minimum feature size, which is essentially through the accuracy of structuring by the photo technique set becomes. For modern power transistors and especially for low-voltage devices the lithographic requirements are already close to the requirements to modern DRAM technologies. Adjustment accuracy by 50nm and structure widths By 250nm, however, will be necessary to comply with the current process concepts Next-generation power transistors to develop.
Die zu erzielende Genauigkeit bei der Strukturierung einzelner Halbleiterzonen durch Maskenschritte wird durch die Dejustage der jeweiligen Fotoebenen zur Bildung dieser Halbleiterzonen relativ zu bereits im Halbleiterkörper ausgebildeten Strukturen, Lackeigenschaften des bei der Belichtung verwendeten Fotolacks sowie Abbildungsfehler begrenzt. Mit Hilfe der neuesten Belichtungstechniken kann zwar die Genauigkeit, mit der kleinste Strukturen relativ zueinander erzeugt werden können, weiter verbessert werden. Der Aufwand hierfür ist aber äußerst groß und kostenintensiv.The accuracy to be achieved in the structuring of individual semiconductor zones through mask steps is by the misalignment of the respective photo levels for forming these semiconductor zones relative to already formed in the semiconductor body Structures, paint properties of the used in the exposure Photoresist and aberrations limited. With the help of the latest Although exposure techniques can be accurate, with the smallest Structures relative to each other can be further improved. The effort for this but is extremely large and expensive.
Bei der Herstellung von Trench-Hochleistungstransistoren, werden mit Hilfe einer üblichen Fotolack- und Ätztechnik sowie einer Hartmaske aus beispielsweise einer Siliziumdioxidschicht Trenches eingebracht. Die Breite eines Trenches kann beispielsweise im Bereich von 200 nm bis mehrere μm liegen. Sie kann aber auch kleiner oder ggf. auch größer sein. Der Abstand zwischen den Trenches beträgt zwischen 250 nm bis mehrere μm und kann auch kleiner sein. Anstelle der Siliziumdioxidschicht kann auch eine andere geeignete Maskierschicht zur Bildung der Trenches verwendet werden.at the manufacture of trench high-power transistors are with Help of a usual photoresist and etching technology and a hard mask of, for example, a silicon dioxide layer Trenches introduced. The width of a trench can be, for example ranging from 200 nm to several microns. She can, too smaller or possibly larger. The distance between the trenches is between 250 nm to several microns and can also be smaller. Instead of the silicon dioxide layer may also be a other suitable masking layer is used to form the trenches become.
Nach dem Entfernen der Siliziumdioxidschicht wird durch Abscheidung auf den Innenwänden der Trenches ein Gate-Dielektrikum aus beispielsweise ebenfalls Siliziumdioxid abgeschieden. In den Trench hinein und auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird polykristallines Silizium abgeschieden.To the removal of the silicon dioxide layer is by deposition the inner walls the trenches a gate dielectric for example, also deposited silicon dioxide. In the Trench in and on the surface of the semiconductor body polycrystalline silicon is deposited.
Es schließt sich eine Polyrecessätzung an, bei der das polykristalline Silizium im oberen Bereich des Trenches und auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wieder entfernt wird.It includes a Polyrecessätzung in which the polycrystalline silicon in the upper region of the trench and on the surface of the semiconductor body is removed again.
Die Gatekontaktierung wird entweder dadurch erreicht, dass das Gatematerial, in den meisten Fällen Polysilizium (Gatepoly),
- – am Chiprand aus dem Trench ausgeführt wird und dann konventionell kontaktiert oder
- – unmaskiert zurückgeätzt und über einen elektrisch inaktiven Trench, der mit Feldoxid ausgekleidet ist, kontaktiert wird.
- - Is performed on the chip edge of the trench and then conventionally contacted or
- - etched back unmasked and contacted via an electrically inactive trench lined with field oxide.
Der Nachteil der ersten Methode ist, dass zum einen eine eigene Lithographieebene notwendig ist, um das Gatepoly zu strukturieren, und zum anderen ergibt sich durch die Strukturierung des Gatepoly auch Topographie, die sich in den Folgeebenen, wie beispielsweise der Kontaktebene, sehr störend auswirken kann. Nach den derzeitigen Prozessen ist daher notwendig, das Polysilizium (Poly) nach der Abscheidung von 950nm auf 400nm rückzudünnen, da die Kontaktstrukturierung mit der hohen Stufe nicht zuverlässig zu bewerkstelligen ist. Es ist bei dem Design auch sicherzustellen, dass keine Kontakte in der Nähe der Polystufe vorhanden sind, was mehr Aufwand bedeutet.Of the Disadvantage of the first method is that on the one hand, a separate lithography level is necessary to structure the gate poly, and the other results from the structuring of the gate poly also topography, in the subsequent levels, such as the contact level, very disturbing can affect. Therefore, according to the current processes, it is necessary to the polysilicon (poly) after deposition from 950nm to 400nm thinning, as the Contact structuring with the high level not reliable too accomplish is. It is also to ensure the design that no contacts in the vicinity the polystep are present, which means more effort.
Der Nachteil der zweiten Methode ist, dass diese Methode nur für relativ dicke Feldoxidschichten anwendbar ist. Diese Methode kann für Trench-Transistoren, die nur 20V oder noch weniger sperren müssen, und daher das Feldoxid im Bereich von 200nm Dicke (oder noch weniger) und das Poly mit einer Breite im Feldoxid-Trench von ebenfalls nur ca. 200nm aufweisen, nicht angewandt werden. Um einen justierten Kontakt auf den inaktiven Trench setzen zu können, ist eine Lithographie notwendig, die 200nm auflösen kann, und das bei sehr hohen Anforderungen an Strukturbreiten und Justagegenauigkeit.Of the Disadvantage of the second method is that this method is only for relative thick field oxide layers is applicable. This method can be used for trench transistors, which only need to lock 20V or even less, and therefore the field oxide in the range of 200nm thickness (or even less) and the poly with one Also have a width in the field oxide trench of only about 200 nm, not be applied. To get an adjusted contact on the inactive To be able to put Trench it is necessary to have a lithograph that can resolve 200nm, and that at very high demands on structure widths and adjustment accuracy.
Es wurde deshalb vorgeschlagen, den elektrisch inaktiven Trench genau an der Stelle des Kontakts breiter zu gestalten, um genügend Platz für den Kontakt zu haben. Der Nachteil ist, dass die Dicke des Polysiliziums auf den breitesten Trench ausgelegt werden muss, damit dieser auch vollständig verfüllt wird. Das führt aber zu mehr Kosten bei der Abscheidung und Rückätzung. Breitere Trenches sind nicht in allen Layoutkonstruktionen möglich, da die schmalere Silizium Mesa die elektrische Funktion beeinträchtigt. Der Trenchätzprozess ist für breitere Trenches auch nicht so leicht zu beherrschen, da die verschiedenen Trenchbreiten im Layout im Hinblick auf black-silicon sehr riskant sind.It has therefore been proposed to make the electrically inactive trench wider at the exact location of the contact in order to have enough space for contact. The disadvantage is that the thickness of the polysilicon must be designed on the widest trench, so that it is also completely filled. However, this leads to more costs in the deposition and etching back. Broader trenches are not possible in all layout constructions because the narrower silicon mesa has the electrical function impaired. The trench etch process is also not as easy to master for wider trenches because the different trench widths in the layout are very risky in terms of black-silicon.
Es besteht daher Bedarf an Hochleistungstransistoren mit einer Gatekontaktstruktur, die einfach herzustellen ist, keine Topographie auf der Polyeben aufweist, nicht von der Dicke des Feldoxides abhängt und im Design eine einheitliche Trenchbreite ermöglicht.It There is therefore a need for high-performance transistors with a gate contact structure, which is easy to make, no topography on the Polyeben does not depend on the thickness of the field oxide and has a uniform design Trench width allows.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The The object is achieved by the Characteristics of claim 1 solved.
Der Kern der Erfindung ist die Prozessierung eines selbstjustierenden Gatekontakts auf Trenchpoly mittels einer Liner-Stoppschicht.Of the The core of the invention is the processing of a self-aligning Gate contact on Trenchpoly by means of a liner stop layer.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass nach der Recessätzung des Gatematerials eine Schicht (Liner) auf die Substratoberfläche im Wesentlichen konform abgeschieden wird, wobei diese Linerschicht zwischen dem Substrat und dem Zwischenoxid angeordnet ist. Das Zwischenoxid und der Liner sollen allerdings selektiv zueinander geätzt werden können.The The object of the invention is achieved in that after the Recessätzung the Gatematerials a layer (liner) on the substrate surface substantially is conformally deposited, this liner layer between the Substrate and the intermediate oxide is arranged. The intermediate oxide and however, the liners should be etched selectively to each other can.
Durch die Abscheidung der Linerschicht kann auf die Poly-Lithographie verzichtet werden, was die Folgeebene flexibler macht. Die Prozessierung kann nach der Abscheidung der Linerschicht wie üblich fortgesetzt werden, zum Beispiel durch die Abscheidung des üblichen Zwischenoxids (USG/BPSG- Stack). Über den Fototechnikebene-Kontakt wird das Zwischenoxid strukturiert, wobei die Ätzung selektiv zum Liner erfolgt, so dass die Tiefe der Polyrecess keine Rolle spielt.By the deposition of the liner layer can be dispensed with the poly-lithography which makes the subsequent level more flexible. The processing can continue after the deposition of the liner as usual, for Example by the deposition of the usual intermediate oxide (USG / BPSG stack). On the Photographic level contact, the intermediate oxide is patterned, with the etching selectively to the liner, so the depth of the polyrecess does not matter plays.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass der Gatepoly-Kontakt selbstjustierend geätzt wird, so dass die Lithographieanforderungen hinsichtlich der Strukturbreite und Justage seht entspannt sind.One An essential advantage of the invention is that the gatepoly contact self-aligning is etched, so that the lithography requirements in terms of structure width and adjustment are relaxed.
Durch die erfindungsgemäße Linerschicht ist es sogar möglich großflächige Bereiche inaktiver Trenches bei der Kontaktätzung zu öffnen, d.h. das BPSG zwischen den Trenches wegzuätzen.By the liner layer according to the invention it is even possible large areas inactive trenches in the contact etch, i. the BPSG between wegzuätzen the trenches.
Der weitere Prozess kann in herkömmlicher Weise durchgeführt werden. Die Kontakte können zum Beispiel mit dotiertem Polysilizium oder Wolfram aufgefüllt werden, bevor Aluminium aufgebraucht wird. Die Metallisierung kann direkt nach Linerentfernung gesputtert werden, wenn das durch die Kontaktgeometrie möglich ist. Es ist auch anzumerken, dass – falls gewünscht – Siliziumgräben geätzt werden können.Of the Another process can be done in a conventional way carried out become. The contacts can be used for Example filled with doped polysilicon or tungsten, before aluminum is used up. The metallization can be direct sputtered after liner removal, if that by the contact geometry possible is. It should also be noted that, if desired, silicon trenches may be etched.
Da kein Poly an die Oberfläche geführt wird, müssen aber die Stellen, die bisher als Polybahn realisiert waren als kontaktierte Feldoxidtrenches konstruiert werden.There no poly on the surface guided will have to but the places that were previously realized as Polybahn than contacted Field oxide trenches are constructed.
Der Liner kann aus beliebigem Material bestehen. Als Beispiel können Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid verwendet werden.Of the Liner can be made of any material. As an example, silicon nitride or silicon oxynitride.
Die einzige Anforderung an den Liner ist, dass der Liner und das Zwischenoxid selektiv zueinander geätzt werden können.The only requirement of the liner is that the liner and the intermediate oxide etched selectively to each other can be.
In einer besonderen Ausführungsform besteht der Liner aus Siliziumoxinitrid. Das hat den Vorteil, dass die Wasserstoffdurchlässigkeit besser ist als bei einem Liner aus z.B. Siliziumnitrid. Die Wasserstoffdurchlässigkeit ist erwünscht, da in den nachfolgenden Schritten die Struktur mit einem Formiergas aus H2, gegebenenfalls mit N2, behandelt wird, um die etwaigen offenen Bindungen an die Grenzfläche des Gateoxids abzusättigen. Die Wasserstoffdurchlässigkeit ist insoweit wichtig, da der Liner außer in den Kontakten im Hochleistungstransistor erhalten bleibt.In a particular embodiment the liner is made of silicon oxynitride. This has the advantage that the hydrogen permeability better than a liner of e.g. Silicon nitride. The hydrogen permeability is desired because in the subsequent steps the structure with a forming gas from H2, possibly with N2, is treated to any open Bonds to the interface saturate the gate oxide. The hydrogen permeability is important in that respect, since the liner except in the contacts in the high-power transistor preserved.
Das bevorzugte Gatematerial ist Polysilizium auch wenn die anderen Materialen. wie zum Beispiel verschiedene Silizide (z. B. WSix) verwendet werden können.The preferred gate material is polysilicon, even if the other materials. such as different silicides (eg WSi x ) can be used.
Erfindungsgemäß kann die Linerschicht sowohl für das Zellenfeld als auch für die Feldoxidtrenches verwendet werden.According to the invention, the Liner layer for both the cell field as well the field oxide trenches are used.
Es wird erfindungsgemäß auch ein Hochleistungstransistor bereitgestellt, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1.It is also a invention High power transistor provided by the method of the invention according to claim 1.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Wie
aus der
Wie
in der
Die
Wie
die
- 11
- Gate-DielektrikumGate dielectric
- 22
- Feldoxidfield oxide
- 33
- Gatematerialgate material
- 44
- Linerliner
- 55
- Zwischenoxidintermediate oxide
- 66
- Ätzfrontetching front
- 77
- SourcepolySourcepoly
- 88th
- PolyplugPolyplug
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