DE19818300C1 - Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor - Google Patents

Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor

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Description

Die Erfindung betrifft einen lateralen Hochvolt-Seitenwand­ transistor. Es gibt bereits laterale Hochvolttransistören, bei denen die Drain-Driftstrecke aus einem n-leitenden Be­ reich besteht, in den ein oder mehrere p-leitende Gebiete eingebettet sind (vgl. beispielsweise DE 43 09 764 C2).
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen lateralen Hochvolt-Seitenwandtransistor zu schaffen, der sich bei guter Leitfähigkeit durch eine hohe Spannungsfestigkeit auszeichnet und mit einfachen Mitteln herstellbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor vorgesehen, bei dem einander abwechselnde Halbleiterschichten des einen und des anderen Leitungstyps auf einem schwach dotierten Halbleitersubstrat des anderen Leitungstyps vorgesehen sind, bei dem weiterhin ein Sourcebereich des einen Leitungstyps und ein Drainbereich des einen Leitungstyps sich jeweils durch die Halbleiter­ schichten hindurch bis zu dem Halbleitersubstrat erstrecken, bei dem eine Gateelektrode aus einem mit einer Gateisolier­ schicht versehenen und leitendem Material gefüllten Gate- Trench (bzw. -Graben) sich ebenfalls durch die Halbleiter­ schichten hindurch bis zum Halbleiterkörper erstreckt und an­ grenzend an den Sourcebereich in Richtung auf den Drainbe­ reich angeordnet ist, und bei dem schließlich wenigstens auf einer Seite von Sourcebereich und Gate-Trench ein Halbleiter­ bereich des anderen Leitungstyps vorgesehen ist, der sich bis zum Halbleitersubstrat und unter dem Sourcebereich sowie teilweise unter die Gateelektrode erstreckt.
Je mehr Paare der Halbleiterschichten mit abwechselndem Lei­ tungstyp vorgesehen sind, um so besser wird die Leitfähigkeit dieses Seitenwandtransistors.
Bei dem einen Leitungstyp handelt es sich in bevorzugter Wei­ se um den n-Leitungstyp, so daß der andere Leitungstyp durch den p-Leitungstyp gegeben ist und das Halbleitersubstrat also p--dotiert ist.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen lateralen Hochvolt- Seitenwandtransistors werden zunächst auf ein beispielsweise p--dotiertes Halbleitersubstrat ganzflächig Halbleiterschich­ ten mit abwechselnd entgegengesetztem Leitungstyp aufge­ bracht. Dies kann in bevorzugter Weise durch mehrere epitak­ tische Abscheidungen und anschließende Ionenimplantationen geschehen. Jedoch ist es auch möglich, mit Hilfe der SOI- Technik (SOI = Silizium auf Isolator) als Halbleitersubstrat eine oxidierte Siliziumscheibe heranzuziehen, auf die dann mit Hilfe der Direkt-Wafer-Bond-Technik die einander im Lei­ tungstyp abwechselnden Halbleiterschichten aufgetragen wer­ den. Gegebenenfalls kann hierfür auch die sogenannte Smart Cut Technik mit anschließender epitaktischer Abscheidung an­ gewandt werden, bei der dünne Schichten von einer ersten Halbleiterscheibe durch Direkt-Bonden auf eine zweite Halb­ leiterscheibe übertragen werden.
Die Flächendichte der n-Dotierung, beispielsweise Phosphor, und der p-Dotierung, beispielsweise Bor, in den Halbleiter­ schichten soll bei Verwendung von Silizium als Halbleiterma­ terial etwa 1012 cm-2 nicht überschreiten, also nicht über der "Durchbruchskonzentration" liegen. Wird Siliziumcarbid (SiC) als Halbleitermaterial verwendet, so ist eine Flächendichte der n-Dotierung bzw. der p-Dotierung in den Halbleiterschich­ ten von etwa 1013 cm-2 anzustreben, welche aber nicht über­ schritten werden sollte.
Es wird also zunächst eine Struktur hergestellt, bei der auf einem schwach p--dotierten Halbleiterkörper nacheinander n- dotierte und p-dotierte Halbleiterschichten aufgetragen sind, die eine Flächendichte der Dotierungen in der Größenordnung von 1012 cm-2 für Silizium und 1013 cm-2 für Siliziumcarbid nicht überschreiten.
In die so hergestellten Strukturen werden Trenche (Gräben) für die Source- und Drainbereiche sowie für den "Body"-Be­ reich eingebracht. Aus den Wänden der Trenche für Sourcebe­ reich und Drainbereich wird sodann in das umgebende Halblei­ termaterial ein n-Dotierungsstoff, beispielsweise Phosphor oder Arsen, eindiffundiert. In ähnlicher Weise wird aus den Wänden des Body-Trenchs p-Dotierungsstoff, also beispielswei­ se Bor, zur Diffusion in das umgebende Halbleitermaterial ge­ bracht. Nach dieser Diffusion können die jeweiligen Trenche für Source, Drain und Body mit dotiertem polykristallinem Si­ lizium aufgefüllt werden, um so Zuleitungen zu den einzelnen Ebenen der Halbleiterschichten zu bilden. Diese Zuleitungen können voneinander durch eine Isolierschicht aus beispiels­ weise Siliziumdioxid getrennt werden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, das polykristalline Silizium noch mit einem leitfähigen Material zu verstärken.
Nach der in der obigen Weise vorgenommenen Herstellung des Sourcebereiches, des Drainbereiches und des p-leitenden Halb­ leiterbereiches durch Diffusion aus den jeweiligen Trenchen werden die Gate-Trenches eingebracht und mit einer Isolier­ schicht aus beispielsweise Siliziumdioxid belegt. Sodann wer­ den die Gate-Trenches mit n+-leitendem polykristallinem Sili­ zium aufgefüllt.
Damit sind die n-leitenden Halbleiterschichten entlang der Driftstrecke durch Sourcebereich und Drainbereich kontak­ tiert, also über die jeweiligen Trenche für die Sourceelek­ trode und die Gateelektrode angeschlossen. In ähnlicher Weise sind die p-leitenden Halbleiterschichten der Driftstrecke durch den p-leitenden Halbleiterbereich bzw. den Body-Trench angeschlossen.
Durch die oben angegebene Lage von Sourcebereich und p-lei­ tendem Halbleiterbereich wird erreicht, daß die Sourceberei­ che durch den p-leitenden Halbleiterbereich unterbrochen sind und eine Kanalzone entsteht, in der der Strom an der Trench­ wand des Gate-Trenches entlang bei positiver Gate-Source- Spannung fließen kann.
Der erfindungsgemäße laterale Hochvolt-Seitenwandtransistor kann gegebenenfalls auch mit einer Feldplatte ausgerüstet werden, die stetig oder stufenweise in Richtung von Source zu Drain einen steigenden Abstand zu den Halbleiterschichten hat und in einer Isolierschicht eingebettet ist, die beispiels­ weise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid besteht.
Der Drainbereich ist zweckmäßigerweise im Abstand der Drift­ strecke von dem Sourcebereich umschlossen. Dies gilt nicht für eine Ausführung des lateralen Hochvolt-Seitenwandtran­ sistors in der bereits erwähnten SOI-Technik. Hier sind Sour­ cebereich und Drainbereich vorzugsweise parallel zueinander angeordnet. Die Trenche sind dann bis zum Isolieroxid durch den gesamten epitaktischen Bereich hindurch geätzt.
Bei Verwendung einer Feldplatte sollte in der Driftstrecke die n-Dotierung überwiegen, so daß vorzugsweise zusätzlich zu jeweiligen Paaren von Halbleiterschichten mit einander ab­ wechselndem Leitungstyp noch eine weitere n-leitende Schicht mit einer Flächendotierung im Bereich von 1012 cm-2 ohne zuge­ hörige p-leitende Schicht vorhanden ist.
Obwohl oben davon ausgegangen wurde, daß der eine Leitungstyp der n-Leitungstyp und der andere Leitungstyp der p-Leitungs­ typ ist, können gegebenenfalls auch die umgekehrten Leitungs­ typen vorgesehen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung mit dem Ausgangsmate­ rial zur Herstellung des erfindungsgemäßen lateralen Hochvolt-Seitenwandtransistors,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des fertigen latera­ len Hochvolt-Seitenwandtransistors, und
Fig. 3 einen Schnitt b-b durch Fig. 2, die ihrer­ seits einen Schnitt a-a von Fig. 2 darstellt, wobei Fig. 3 einen anderen Maßstab als Fig. 2 hat.
Obwohl die Fig. 1 und 2 Schnittdarstellungen zeigen, sind hier zur besseren Übersichtlichkeit nicht alle geschnittenen Flächen schraffiert dargestellt.
Fig. 1 zeigt ein p--leitendes Halbleitersubstrat 1 aus Sili­ zium, auf dem eine niedrig dotierte epitaktische Zone 2 auf­ gebracht ist. In diese epitaktische Zone 2 sind p-dotierte Schichten 3 und n-dotierte Schichten 4 eingebracht, so daß im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt drei Schichtpaare 5 vorliegen.
Außerdem ist auf der Oberfläche des p--leitenden Halbleiter­ substrates 1 noch eine zusätzliche n-leitende Schicht 4 vor­ handen.
Die einzelnen Schichten 3, 4 werden in bevorzugter Weise durch mehrere epitaktische Abscheidungen und Ionenimplanta­ tionen hergestellt. Dabei diffundiert der Dotierstoff aus den implantierten Schichten 3, 4 auch in die Bereiche der angren­ zenden niedrig dotierten Epizone 2, so daß insgesamt auf dem p--dotierten Halbleitersubstrat 1 eine Schichtenfolge von sich abwechselnden n-leitenden Schichten und p-leitenden Schichten vorliegt, in welcher die n-Dotierung überwiegt, da insgesamt zu den Schichtpaaren 5 noch die zusätzliche n-lei­ tende Schicht auf der Oberfläche des p--leitenden Halbleiter­ substrates 1 vorhanden ist.
Die Flächendichte der Dotierung in den n-leitenden Schichten 4 und in den p-leitenden Schichten 3 liegt unterhalb der Durchbruchkonzentration, also bei etwa 1012 cm-2 für Silizium (und bei 1013 cm-2 für Siliziumcarbid).
In das in Fig. 1 gezeigte Ausgangsmaterial werden sodann ein Trench 6 für einen Drainbereich, Trenche 7 für Sourcebereiche und Trenche 8 für Body-Bereiche eingebracht (vgl. insbesonde­ re Fig. 3). Aus den Trenchwänden heraus werden sodann der Drainbereich 9 und die Sourcebereiche 10 mit n-leitendem Do­ tierstoff, beispielsweise Phosphor, eindiffundiert. Ebenso wird aus den Body-Trenchen 8 p-leitender Dotierstoff eindif­ fundiert, so daß p-leitende Halbleiterbereiche 11 entstehen.
Nach diesen Diffusionen des n-Dotierstoffes für den Drainbe­ reich 9 bzw. die Sourcebereiche 10 und des p-leitenden Do­ tierstoffes für die Halbleiterbereiche 11 erfolgt die Her­ stellung des Gate-Trenches, dessen Wand mit Isolierstoff 12 aus beispielsweise Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid be­ legt wird.
Die Trenche 6, 7 und 8 für den Drainbereich 9 bzw. die Sour­ cebereiche 10 bzw. den Halbleiterbereich 11 werden beispiels­ weise mit dotiertem polykristallinem Silizium oder mit Metal­ lisierungen 13 gefüllt, die den Drainbereich 9 an eine Drain­ elektrode D und den Sourcebereich 10 an eine Sourceelektrode S anschließen. Der Gate-Trench wird mit n+-leitendem polykri­ stallinem Silizium 14 gefüllt, das ebenfalls an eine Metalli­ sierung 13 für eine Gateelektrode G angeschlossen ist.
Damit sind die n-leitenden Schichten 4 in der Driftstrecke durch die Sourceelektrode S über die Sourcebereiche 10 kon­ taktiert, und die p-leitenden Schichten 3 sind über die Halb­ leiterbereiche 11 bzw. deren in die Trenche 8 eingebrachten Metallisierung (in den Figuren nicht gezeigt) kontaktiert. Die Halbleiterbereiche 8 mit der p-Dotierung sind dabei zwi­ schen den Sourcebereichen 10 so gestaltet, daß deren n-Dotie­ rung im Gatebereich unterbrochen ist und eine Kanalzone ent­ steht, in der Strom an der Trenchwand des Gate-Trenches ent­ lang bei positiver Gate-Source-Spannung fließen kann.
Der erfindungsgemäße laterale Hochvolt-Seitenwandtransistor kann noch mit einer Feldplatte 15 ausgerüstet werden, die so angeordnet ist, daß deren Abstand von den Schichten 3, 4 bei Annäherung an die Drainelektrode D immer größer wird. Diese Feldplatte 15 ist in eine Isolierschicht 16 aus Siliziumdi­ oxid eingebettet. Die Feldplatte 15 kann dabei in Richtung auf Drain stetig (wie in Fig. 2 gezeigt) oder auch stufenwei­ se ansteigen. Zweckmäßigerweise ist die Drainelektrode D von Source umschlossen. Wird eine solche Feldplatte 15 vorgese­ hen, sollte die n-Dotierung in der Driftstrecke überwiegen, weshalb - wie eingangs erläutert wurde - eine zusätzliche n- leitende Schicht 4 auf der Oberfläche des Halbleitersub­ strates 1 in Ergänzung zu den Paaren 5 vorgesehen ist.
Bezugszeichenliste
1
Halbleitersubstrat
2
Epizone
3
p-leitende Halbleiterschicht
4
n-leitende Halbleiterschicht
5
Schichtpaar
6
Drain-Trench
7
Source-Trenche
8
Body-Trenche
9
Drainbereich
10
Sourcebereich
11
Halbleiterbereich
12
Gate-Isolierschicht
13
Metallisierungen
14
n+
-leitendes polykristallines Silizium
15
Feldplatte
16
Isolierschicht
DDrain
GGate
SSource

Claims (11)

1. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor, bei dem einander abwechselnde Halbleiterschichten (4, 3) des einen und des anderen Leitungstyps auf einem schwach dotierten Halblei­ tersubstrat (1) des anderen Leitungstyps vorgesehen sind, bei dem weiterhin ein Sourcebereich (10) des einen Lei­ tungstyps und ein Drainbereich (9) des einen Leitungstyps sich jeweils durch die Halbleiterschichten (4, 3) hin­ durch bis zu dem Halbleitersubstrat (1) erstrecken, bei dem eine Gateelektrode (G) aus einem mit einer Isolier­ schicht (12) versehenen und leitendem Material (14) ge­ füllten Gate-Trench sich ebenfalls durch die Halbleiter­ schichten (4, 3) hindurch bis zum Halbleiterkörper (1) erstreckt und angrenzend an den Sourcebereich (10) in Richtung auf den Drainbereich (9) angeordnet ist, und bei dem wenigstens auf einer Seite von Sourcebereich (10) und Gate-Trench ein Halbleiterbereich (11) des anderen Lei­ tungstyps vorgesehen ist, der sich bis zum Halbleiter­ substrat (1) und unter den Sourcebereich (10) sowie teil­ weise unter die Gate-Isolierschicht (12) erstreckt.
2. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Typ der n-Leitungstyp und der andere Lei­ tungstyp der p-Leitungstyp ist.
3. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächendotierung der Halbleiterschichten (4, 3) kleiner als 1012 cm-2 ist.
4. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sourcebereich (10) und der Drainbereich (9) sowie der Halbleiterbereich (11) des anderen Leitungstyps durch Diffusion aus jeweiligen Trenchwänden erzeugt sind.
5. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sourcebereiche (10) durch die Halbleiterbereiche (11) des anderen Leitungstyps voneinander getrennt sind.
6. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Feldplatte (15) mit in Richtung auf den Drainbereich (9) steigendem Abstand von den Halbleiterschichten (4, 3).
7. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach den Ansprü­ chen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Halbleiterschichten (4, 3) die n-Dotierung überwiegt.
8. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten (4, 3) durch Epitaxie und Io­ nenimplantation hergestellt sind.
9. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten durch Wafer-Bonden mittels einer oxidierten Silizium-Scheibe hergestellt sind.
10. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dadurch gekennzeichnet, daß der Drainbereich (9) von dem Sourcebereich (10) umschlossen ist.
11. Lateraler Hochvolt-Seitenwandtransistor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drainbereich (9) und der Sourcebereich (10) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.
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