DE4011276C2 - Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET) und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET) und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
- Publication number
- DE4011276C2 DE4011276C2 DE4011276A DE4011276A DE4011276C2 DE 4011276 C2 DE4011276 C2 DE 4011276C2 DE 4011276 A DE4011276 A DE 4011276A DE 4011276 A DE4011276 A DE 4011276A DE 4011276 C2 DE4011276 C2 DE 4011276C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- zone
- layer
- gate
- grooves
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
- H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
- H10D30/668—Vertical DMOS [VDMOS] FETs having trench gate electrodes, e.g. UMOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/01—Manufacture or treatment
- H10D12/031—Manufacture or treatment of IGBTs
- H10D12/032—Manufacture or treatment of IGBTs of vertical IGBTs
- H10D12/038—Manufacture or treatment of IGBTs of vertical IGBTs having a recessed gate, e.g. trench-gate IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/411—Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/441—Vertical IGBTs
- H10D12/461—Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions
- H10D12/481—Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions having gate structures on slanted surfaces, on vertical surfaces, or in grooves, e.g. trench gate IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
- H10D62/13—Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
- H10D62/149—Source or drain regions of field-effect devices
- H10D62/151—Source or drain regions of field-effect devices of IGFETs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/20—Electrodes characterised by their shapes, relative sizes or dispositions
- H10D64/27—Electrodes not carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. gates
- H10D64/311—Gate electrodes for field-effect devices
- H10D64/411—Gate electrodes for field-effect devices for FETs
- H10D64/511—Gate electrodes for field-effect devices for FETs for IGFETs
- H10D64/512—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates
- H10D64/513—Disposition of the gate electrodes, e.g. buried gates within recesses in the substrate, e.g. trench gates, groove gates or buried gates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P32/00—Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
- H10P32/10—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
- H10P32/14—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase
- H10P32/1408—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase from or through or into an external applied layer, e.g. photoresist or nitride layers
- H10P32/141—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers within a single semiconductor body or layer in a solid phase; between different semiconductor bodies or layers, both in a solid phase from or through or into an external applied layer, e.g. photoresist or nitride layers the applied layer comprising oxides only
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P32/00—Diffusion of dopants within, into or out of wafers, substrates or parts of devices
- H10P32/10—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers
- H10P32/17—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material
- H10P32/171—Diffusion of dopants within, into or out of semiconductor bodies or layers characterised by the semiconductor material being group IV material
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S148/00—Metal treatment
- Y10S148/126—Power FETs
Landscapes
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feldeffekttran
sistor mit isoliertem Gate, zum Beispiel in Form eines Lei
stungs-MOSFETs und eines Bipolartransistors mit isoliertem
Gate (im folgenden als IGBT bezeichnet) Insbesondere be
trifft die Erfindung einen Feldeffekttransistor mit iso
liertem Gate, der eine Halbleiterstruktur aufweist, in der
eine Drainzone, eine Gatezone und eine Sourcezone vertikal
angeordnet sind. Außerdem betrifft die Erfindung ein Ver
fahren zum Herstellen eines solchen Bauelements.
Ein herkömmlicher n-Kanal-Leistungs-MOSFET hat einen Auf
bau, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Nach Fig. 3 ist der
n-Kanal-Leistungs-MOSFET mit einer stark dotierten n-lei
tenden Drainschicht 1, einer darauf gebildeten n-leitenden
Basisschicht (Drain- und Driftzonen), einem auf der n-lei
tenden Basisschicht über eine Gateoxidschicht 3 gebildeten
Polysilicium-Gate 4, einer durch thermische Diffusion unter
Verwendung des Polysilicium-Gates 4 als Maske gebildeten p
leitenden Basiszone (Thermal-Diffusionszone) 5, einer eine
hohe Konzentration aufweisenden n-leitenden Sourcezone 6,
einer Source-Elektrode 7, die in leitendem Kontakt mit der
Sourcezone 6 steht, einer Zwischenisolierschicht 8 zum Iso
lieren der Source-Elektrode 7 und des Polysilicium-Gates 4,
und einer Drain-Elektrode 9 versehen, die auf der Rückseite
des Substrats ausgebildet ist. In diesem MOSFET fließt ein
Elektronenstrom in Querrichtung von der Sourcezone 6 zu der
n-leitenden Basisschicht durch eine Kanal-Inversions
schicht, die an der Oberfläche der p-leitenden Basis 5 di
rekt unter dem Polysilicium-Gate 4 gebildet ist, und fließt
anschließend in vertikaler Richtung in Richtung auf die
Drain-Elektrode.
Ein IGBT hat den Aufbau des Leistungs-MOSFETs gemäß Fig. 3
mit einer stark dotierten p-leitenden Minoritätsladungsträ
ger- (Löcher-) Injektionsschicht unterhalb der Drainschicht
1. Der Aufbau des MOS-Abschnitts ist der gleiche wie bei
dem Leistungs-MOSFET.
Der Einschaltwiderstand R des Vertikal-MOSFETs wird durch
folgende Formel definiert:
R = Rch + RACC + Rj + Rb (1)
wobei Rch den Kanalwiderstand der Kanal-Inversionsschicht
des MOS-Abschnitts, RACC den Widerstand der Akkumulations
schicht, die direkt unterhalb des Polysilicium-Gates 4,
ausgenommen innerhalb der p-leitenden Basiszone 5, erzeugt
wird, Rj den Widerstand, der durch zwischen Zellen durch
laufenden Elektronen erzeugt wird, und Rb den Widerstand,
der n-leitenden Basisschicht 2 bedeuten. Der Widerstand Rb
der n-leitenden Basisschicht 2 bestimmt sich vornehmlich
durch die Dicke, und da die Dicke im wesentlichen durch die
vorgesehene Durchbruchsspannung bestimmt wird, ist es un
möglich, den Widerstand der n-leitenden Basisschicht 2 her
abzusetzen, während die vorgesehene Durchbruchsspannung
beibehalten wird. Da der Kanalwiderstand Rch über den Ein
schaltwiderstand R dominiert, muß man zur Reduzierung des
Kanalwiderstands Rch die Musterbildung feiner gestalten, um
die Kanalzone zu vergrößern.
Das Verfahren zum Herstellen des Vertikal-Leistungs-MOSFET
wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4(A) bis 4(I) erläu
tert. Die Oberfläche des mit der n-leitenden Basisschicht 2
versehenen Substrats wird zunächst oxidiert, um die Gate
oxidschicht 3 zu bilden, wie in Fig. 4(A) gezeigt ist. Auf
die Gateoxidschicht wird durch Anwendung des CVD-Verfahrens
eine Polysiliciumschicht 4′ aufgebracht, wie in Fig. 4(B)
gezeigt ist. Nach der Bildung des Polysilicium-Gates 4
durch Musterbildung und Atzung gemäß Fig. 4(C) werden durch
Ionenimplantation oder dergleichen gemäß Fig. 4(D) Stör
stellen 10 eingebracht, wodurch die p-leitende Basiszone
gebildet wird. Durch thermische Diffusion wird die p-Basis
zone 5 nach Fig. 4(E) ausgebildet.
Ein Photoresist 11 zum Auswählen und Eingeben von Störstel
len wird auf dem Mittelabschnitt der Öffnung aufgebracht,
und durch Ionenimplantation werden Störstellen 12 einge
bracht, wie in Fig. 4(F) gezeigt ist. Nach dem Beseitigen
des Photoresists 11 wird eine Isolierschicht 13 aufge
bracht, wie in Fig. 4(G) gezeigt ist. Der Öffnungsabschnitt
8a, der sich über zwei benachbarte Sourcezonen 6 erstreckt,
wird durch Musterbildung ausgebildet, und durch Aufsprühen
oder dergleichen wird Aluminium aufgebracht, um die Source-
Elektrode 7 zu bilden, wie in Fig. 4(I) gezeigt ist.
Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, die den oben
beschriebenen MOS-Aufbau besitzen, zeigen folgende Pro
bleme:
Der Abstand a zwischen den zwei benachbarten Polysilicium- Gates 4 beträgt mindestens etwa 10 µm, und eine feinere Ausgestaltung der Muster ist technisch schwierig zu reali sieren, so daß die Ausbeute bei der Bauelementherstellung gering ist. Der Grund dafür ist der, daß innerhalb des ebe nen Abstands a, der auch eine Zelle darstellt, die Muster bildung der Isolierzwischenschicht 8 (Fig. 4(H)) und die Bil dung der Sourcezonen 6 und der Source-Elektrode 7, die mit einander in Kontakt stehen (Fig. 4(H)), durchgeführt werden müssen, wie aus der obigen Erläuterung des Herstel lungsverfahrens hervorgeht, und da die Muster-Abmessungen der Isolierzwischenschicht 8 der Abmessung des Kontakts zwischen der Sourcezone 6 und dem Halbleiter entspricht, so ist, wenn diese Abmessung zu klein ist, der Kontaktwiderstand zu hoch und mithin der Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und dem Source-Metall der Elektrode schlecht oder gar unmöglich.
Der Abstand a zwischen den zwei benachbarten Polysilicium- Gates 4 beträgt mindestens etwa 10 µm, und eine feinere Ausgestaltung der Muster ist technisch schwierig zu reali sieren, so daß die Ausbeute bei der Bauelementherstellung gering ist. Der Grund dafür ist der, daß innerhalb des ebe nen Abstands a, der auch eine Zelle darstellt, die Muster bildung der Isolierzwischenschicht 8 (Fig. 4(H)) und die Bil dung der Sourcezonen 6 und der Source-Elektrode 7, die mit einander in Kontakt stehen (Fig. 4(H)), durchgeführt werden müssen, wie aus der obigen Erläuterung des Herstel lungsverfahrens hervorgeht, und da die Muster-Abmessungen der Isolierzwischenschicht 8 der Abmessung des Kontakts zwischen der Sourcezone 6 und dem Halbleiter entspricht, so ist, wenn diese Abmessung zu klein ist, der Kontaktwiderstand zu hoch und mithin der Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und dem Source-Metall der Elektrode schlecht oder gar unmöglich.
Wenn man weiterhin den Abstand a zu klein macht und die Dif
ferenz zwischen dem Abstand a und den Muster-Abmessungen
reduziert, so gelangt die Sourcezone 6 durch Muster-Unge
nauigkeiten, durch seitliche Ätzungen in der Isolierschicht 8
oder dergleichen in Kontakt mit dem Polysilicium-Gate 4, so
daß eine zu hohe Wahrscheinlichkeit von fehlerhaften Bauele
menten gegeben ist. In anderen Worten: Da verschiedene Formen
durch mehrere Photolithographie-Schritte zwischen benachbar
ten Polysilicium-Gates ausgeführt werden, ist eine feinere
Musterbildung des MOS-Abschnitts begrenzt, so daß es schwie
rig ist, den Kanalwiderstand stark herabzusetzen.
In IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-34, Nr. 4,
April 1987, Seiten 926-930, werden Strukturverkleinerungen in
Feldeffekttransistoren dadurch erreicht, daß bei der Herstel
lung von MOSFETs Nuten in einer Schichtstruktur ausgebildet
werden. Die Schichtstruktur ist aus einem n-leitenden Sub
strat, einer p-leitenden Schicht und einer stark n-leitenden
Schicht, welche später die Sourcezone bildet, aufgebaut. In
die Nuten wird zunächst dotiertes Polysilicium eingebracht,
und nach dem leichten Oxidieren dieser ersten, dotierten
Polysiliciumschicht wird eine zweite, nicht dotierte Polysi
liciumschicht aufgebracht. Durch selektives Ätzen werden die
beiden Polysiliciumschichten in den Noten oben freigelegt. Am
Ende des Herstellungsverfahrens ist die Sourcezone horizontal
als oberste Schicht der die Nuten enthaltenden Schichtstruk
tur ausgebildet. Die erste, dotierte Polysiliciumschicht bil
det die in den Nuten gelegene Gatestruktur.
In "Philips Techn. Rev. 44", Nr. 8/9/10, Seiten 310-320, Mai
1989, wird der Kanalwiderstand dadurch verringert, daß Gra
benstrukturen in den horizontal übereinandergeschichteten n-
und p-Schichten angelegt sind. Die Grabenstrukturen bilden
die Gates und an den oberen Rändern der Grabenstrukturen sind
horizontale n⁺-Schichten als Sourcezonen auf zwischen den
Gräben gelegenen p-Schichten aufgebracht.
Auch bei diesen Verfahren sind mehrere Photolithographie-
Schritte notwendig, um die gewünschten Strukturen zu erhal
ten. Dadurch, und durch die in horizontaler Richtung zwischen
den Grabenstrukturen ausgedehnten MOS-Abschnitte, ist eine
feinere Musterbildung ebenfalls begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Feldeffekttransistor
anzugeben, der eine vergleichsweise geringe horizontale
Abmessung aufweisen kann. Außerdem soll ein Verfahren zum
Herstellen eines solchen Feldeffekttransistors angegeben wer
den.
Dies Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Feldeffekttran
sistor gemäß Patentanspruch 1 bzw. ein Verfahren gemäß
Patentanspruch 2 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen gekennzeichnet.
Bei einem solchen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate
ist die Zone des ersten Leitungstyps (Sourcezone) entlang der
Seitenfläche der Isolierschichten zwischen den Gates vorgese
hen, und die Zone des ersten Leitungstyps ist im oberen
Abschnitt des Gates vertikal orientiert. Daher wird entlang
der Isolierschicht in Dickenrichtung des Gates vertikal eine
Kanal-Inversionsschicht gebildet. Da es nicht notwendig ist,
die Sourcezone zwischen den Gates in Tiefenrichtung des Sub
strats durch Diffusion zu bilden und die Zone des zweiten
Leitungstyps als Kanal-Diffusionszone im wesentlichen exi
stiert, ist eine feinere Musterbildung als im Stand der Tech
nik möglich. Da außerdem die Möglichkeit besteht, den Kon
taktabschnitt von Sourcezone und Source-Elektrode nicht zwi
schen den Gates, sondern einfach auf dem oberen Abschnitt der
Sourcezone vorzusehen, kann man eine feinere Musterbildung
vorsehen als im Stand der Technik.
Wenn bei dem Herstellungsverfahren eine Nut in einem Halblei
tersubstrat des ersten Leitungstyps gebildet wird und die
Oberflächen der Nut oxidiert werden, wird eine Si
liciumoxidschicht gebildet, von der ein Teil eine Gateiso
lierschicht auf den die Innenflächen der Nut einschließenden
Oberflächen bildet. Nachdem ein Gatematerial in den Nuten
eingebettet ist und Störstellen zur Bildung der Zone eines
zweiten Leitungstyps um die Nut herum eindiffundiert sind, um
die Zone des zweiten Leitungstyps fertigzustellen, wird ein
Isolierstoff, der Störstellen zur Bildung einer Zone des
ersten Leitungstyps enthält, in der Nut eingebettet, und die
Störstellen werden eindiffundiert, um die Zone des ersten
Leitungstyps zu erhalten. Als Folge davon werden die Stör
stellen von der Seitenfläche des Isolierstoffs als obere Iso
lierschicht in die zuvor gebildete Zone des zweiten Leitungs
typs und die Zone des ersten Leitungstyps eindiffundiert als
Sourcezone, die sich entlang der Seitenfläche der ersten Iso
lierschicht erstreckt.
Alternativ wird die Zone des zweiten Leitungstyps vor dem
Ausheben der Nut gebildet. Bei diesem Verfahren erhält man
ebenfalls einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate des
oben beschriebenen Aufbaus.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors mit
isoliertem Gate in Anwendung bei einem Leistungs-
MOSFET;
Fig. 2(A) bis 2(I) Vertikalschnittansichten zur Veran
schaulichung des Herstellungsverfahrens des Lei
stungs-MOSFETS nach Fig. 1;
Fig. 3 eine Vertikalschnittansicht des Aufbaus eines her
kömmlichen Vertikal-Leistungs-MOSFETS; und
Fig. 4(A) bis 4(I) Vertikalschnittansichten zur Veran
schaulichung des Herstellungsverfahrens des her
kömmlichen Leistungs-MOSFETS nach Fig. 3.
In Fig. 1 sind für entsprechende Teile wie in Fig. 3 die
gleichen Bezugszeichen vorgesehen. Auf eine nochmalige Be
schreibung der Teile wird verzichtet.
In Fig. 1 sind die Bodenfläche und die Seitenfläche eines
Polysilicium-Gates 24 umgeben von Siliciumoxidschichten 24a
und 24b, die eine Gateisolierschicht bilden. Auf der Ober
seite des Polysilicium-Gates 24 ist eine vergrabene Iso
lierschicht 24c aus Phosphorglas (PSG) laminiert. Eine p
leitende Basiszone 25 ist als Kanal-Diffusionszone zwischen
zwei benachbarten Polysilicium-Gates 24 gebildet. Die PN-
Übergangs-Fläche zwischen der p-leitenden Basiszone 25 und
der n-leitenden Basiszone 2 befindet sich an einer Stelle,
die etwas näher an der Drainschicht 1 liegt als an der Si
liciumoxidschicht 24a auf der Bodenfläche des Polysilicium-
Gates 24. Eine stark dotierte n-leitende Sourcezone 26 ist
entlang der Seitenfläche der eingebetteten Isolierschicht
24c gebildet. Die Sourcezone 26 hat die Form einer vertika
len langgestreckten Zone, die geringfügig von der Seiten
fläche der eingebetteten Isolierschicht 24c aus in die p
leitende Basiszone 25 vorsteht. Die Oberseiten der Source
zone 26 und der p-leitenden Basiszone 25 sind im wesentli
chen flach, und darauf befindet sich eine Source-Elektrode
27.
Während die Größe einer Zelle im Stand der Technik etwa 10
bis 20 µm beträgt, ist die Größe a′ einer Zelle gemäß die
ser Ausführungsform in starkem Maße auf etwa 2 bis 3 µm
verkleinert. Das heißt: Der Integrationsgrad ist um etwa
eine Größenordnung verbessert, und zwar deshalb, weil le
diglich die p-leitende Basiszone 25 zwischen den Poly
silicium-Gates 24 vorhanden ist, und weil die p-leitende
Basiszone 25 eine Kanal-Diffusionszone ist, in der eine Ka
nal-Inversionsschicht 28 zu bilden ist, so daß es nicht
notwendig ist, die Breite der p-leitenden Basiszone 25 so
groß einzustellen, daß ein herkömmlicher Sourcekontaktab
schnitt sichergestellt ist.
In anderen Worten: Die p-leitende Basiszone 25 entbehrt
jeglichen photolithographischen Schritts. Die Drainzone 1,
die Gatezone 24 und die Sourcezone 26 sind im wesentlichen
in vertikaler Richtung angeordnet, und die Kanal-Inver
sionsschicht 28 ist vertikal entlang der Siliciumoxidschicht
24b an der Seitenfläche des Polysilicium-Gates 24 orientiert.
Da die Länge der Kanal-Inversionsschicht 28 im wesentlichen
der Dicke des Polysilicium-Gates 24 entspricht, und die Dicke
des Polysilicium-Gates 24 durch Kleinermachen des Gates 24
relativ reduziert ist, erhält man eine starke Verringerung
des Kanalwiderstands.
Wird dieser Aufbau bei einem IGBT angewendet, so ist es
grundsätzlich möglich, den Kontaktabschnitt der Sourcezone 26
mit der p-leitenden Basiszone 25 dichter an die n-leitende
Basiszone 2 als an die Sourcezone 26 heranzubringen, um auf
diese Weise den Anstieg des elektrischen Potentials der p
leitenden Basiszone zu unterdrücken, welche auch als
Basiszone eine parasitären Transistors fungiert, um einen
Latch-up-Effekt mit zu verhindern.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die p-leitende Ba
siszone 25 tiefer als die eingegrabene Nut, sie kann jedoch
statt dessen auch seichter sein. Speziell im Fall eines
Leistungs-MOSFETs kann eine flache p-leitende Basiszone den
Effekt eines Sperrschicht-FET herabsetzen und so die Kenn
linien eines Vertikal-MOSFETs noch stärker zum Ausdruck
bringen.
Im folgenden wird ein Herstellungsverfahren eines Leistungs-
MOSFETs mit dem oben beschriebenen Aufbau anhand der Fig.
2(A) bis 2(I) beschrieben.
Zunächst werden in ein Substrat, das mit einer n-leitenden
Basisschicht 2 versehen ist, im wesentlichen U-förmige Nuten
31 durch Ätzen eingegraben, wie in Fig. 2(A) gezeigt ist.
Die Oberflächen der Nuten 31 werden durch thermische
Oxidation oxidiert, um auf den Oberflächen, einschließlich
der Innenflächen der Nuten, eine Siliciumoxidschicht 31 zu
bilden- wie in Fig. 2(B) gezeigt ist. Von der Siliciumoxid
schicht 32 sind die Anteile der Schicht 32 innerhalb der
Nuten dazu vorgesehen, Siliciumoxidschichten 24a und 24b
als Gateisolierschichten zu bilden (siehe Fig. 1).
Dann wird als Gatematerial eine Polysiliciumschicht 33 auf
die Oberfläche des Substrats durch Anwendung des CVD-Ver
fahrens aufgebracht, wie in Fig. 2(C) gezeigt ist, und der
obere Schichtanteil der Polysiliciumschicht 33 wird durch
vollkommene Ätzung so weit entfernt, daß das Polysilicium
in den Nuten 31 in Form der Polysilicium-Gates 24 stehen
bleibt, wie in Fig. 2(D) gezeigt ist. Auf diese Weise wird
das Einbetten der Polysilicium-Gates 24 abgeschlossen.
Die vorstehenden Abschnitte zwischen den Nuten 31 werden
dann durch Diffusion von Störstellen zu P-leitenden Basis
zonen 25 ausgeformt (siehe Fig. 2(E)). Dann wird auf die
Oberseite des Substrats und eingebettet in die Nuten 31
eine Phosphorglas-(PSG-)Zone 35 aufgebracht, wie in Fig.
2(F) gezeigt ist. Der obere Schichtanteil wird durch voll
ständiges Ätzen so beseitigt, daß das Phosphorglas inner
halb der Nuten 31 in Form von eingebetteten Isolierschich
ten 24c stehenbleibt, wie in Fig. 2(G) gezeigt ist. In die
sem Stadium ist das Polysilicium-Gate 24 umgeben durch die
Siliciumoxidschichten 24a und 24b und die eingebettete Iso
lierschicht 24c. Das Phosphor in dem Phosphorglas der ein
gebetteten Isolierschicht 24c wird durch Warmbehandlung zur
Diffusion gebracht. Das von der Seitenfläche der eingebet
teten Isolierschicht 24 diffundierende Phosphor tritt in
die p-leitende Basiszone ein und bildet dadurch die verti
kale, längliche Sourcezone 26 entlang der Seitenfläche der
eingebetteten Isolierschicht 24c, wie in Fig. 2(H) gezeigt
ist. Schließlich wird durch Aufstäuben oder dergleichen die
Source-Elektrode 27 gebildet, wie in Fig. 2(I) gezeigt ist.
Dieses Herstellungsverfahren, das es erlaubt, die Sourcezo
nen 26 selbstausrichtend auszubilden, indem die Nuten 31
gebildet werden, eignet sich zur Herstellung eines feiner
und genauer gemusterten MOSFETs. Trotz der Reduzierung der
Zellengröße a′ auf etwa 2 bis 3 µm, treten Probleme wie zum
Beispiel eine Lageabweichung einer Maske nicht auf, da kein
Photolithographie-Schritt außer der bei der Bildung der Nu
ten notwendig ist, so daß die Herstellungskosten insgesamt
herabgesetzt werden.
Die p-leitenden Basiszonen 25 werden gebildet zwischen dem
Schritt des Einbettens der Polysilicium-Gates 24 und dem
Schritt der Ausbildung der eingebetteten Isolierschichten
24c, wie es für diese Ausführungsform oben beschrieben
wurde. Allerdings kann die p-leitende Basiszone 25 auf der
gesamten Oberfläche des Substrats ausgebildet werden, bevor
die Nuten 31 eingegraben werden.
Obschon hier der n-Kanal-MOSFET als Beispiel angegeben
wurde, kann man auch bei einem p-Kanal-MOSFET mit umgekehr
ten Leitungstypen und mit Hilfe von Borglas als Material
für die eingebettete Isolierschicht im oberen Abschnitt des
Gates arbeiten.
Die vorliegende Erfindung ist nicht beschränkt auf einen
Leistungs-MOSFET. Es versteht sich, daß man einen IGBT mit
ähnlichen Vorteilen realisieren kann, indem man unterhalb
der Drainschicht eine Minoritätsladungsträger-Injektions
schicht vorsieht.
Wie aus der obigen Erläuterung hervorgeht, ist der erfin
dungsgemäße Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, bei
dem eine Zone eines ersten Leitungstyps zumindest entlang
der Seitenfläche des oberen Abschnitts einer das Gate umge
benden Isolierschicht ausgebildet ist und eine Zone eines
zweiten Leitungstyps dem Umfang des Gates mit dazwischen
liegender Isolierschicht benachbart ist, in folgenden Punk
ten besonders vorteilhaft:
- (1) Da ein Sourcekontakt-Abschnitt auf der Oberseite der Sourcezone im wesentlichen oberhalb des Gates vorgese hen ist, ohne daß dieser Abschnitt durch Photolithographie in der Zone des zweiten Leitungstyps vorgesehen wird, läßt sich eine wesentlich feinere Musterbildung als im Stand der Technik erzielen, und man erreicht weiterhin eine hohe Stromstärke durch beträchtliche Reduzierung des Kanalwider stands und höhere Integrationsdichte.
- (2) Da die Anzahl von Photolithographie-Schritten verringert ist, verbessert sich die Ausbeute bei der Bau elementherstellung, und die Herstellungskosten sind niedri ger.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eines Feldeffekttransi
stors mit isoliertem Gate gemäß der Erfindung wird die
Sourcezone selbstausrichtend gebildet, nachdem die Nuten
gegraben sind. Dadurch verringern sich die Herstellungsko
sten durch die Bauelement-Ausbeute trotz einer im Vergleich
zum Stand der Technik verfeinerten Herstellung.
Claims (4)
1. Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate, umfassend:
eine Halbleiterschicht (2) eines ersten Leitungstyps; ein
von einer Isolierschicht (24a, 24b, 24c) umgebenes Gate
(24); eine Zone (25) eines zweiten Leitungstyps, dem Umfang
des Gates (24) über eine dazwischenliegende Isolierschicht
(24a, 24b) benachbart; und eine Zone (26) des ersten Lei
tungstyps, die entlang der Seitenfläche der Isolierschicht
(24c) zumindest am oberen Abschnitt des Gates (24) vorge
sehen ist.
2. Verfahren zum Herstellen eines Feldeffekttransistors
mit isoliertem Gate, insbesondere nach Anspruch 1, umfas
send die Schritte: Eingraben von Nuten (31) in einem Halb
leitersubstrat (2) eines ersten Leitungstyps und Oxidieren
der Oberflächen der Nuten (31); Einbetten eines Gate
materials (33) in den Nuten; Bilden einer Zone (25) eines
zweiten Leitungstyps um die Nuten herum; Einbetten eines
Isoliermaterials (35), welches Störstellen enthält, die
eine Zone (26) des ersten Leitungstyps bilden sollen, in
den Nuten; und Diffundieren der Störstellen zur Bildung der
Zone (26) des ersten Leitungstyps.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zone (25) des
zweiten Leitungstyps durch Diffusion gebildet wird, nachdem
die Nuten (31) gebildet wurden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zone (25) des zweiten Leitungstyps in dem Halb
leitersubstrat gebildet wird, bevor die Nuten ausgebildet
werden.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1131085A JP2689606B2 (ja) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | 絶縁ゲート電界効果型トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4011276A1 DE4011276A1 (de) | 1990-11-29 |
| DE4011276C2 true DE4011276C2 (de) | 1996-07-25 |
Family
ID=15049634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4011276A Expired - Fee Related DE4011276C2 (de) | 1989-05-24 | 1990-04-06 | Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET) und Verfahren zu seiner Herstellung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5086007A (de) |
| JP (1) | JP2689606B2 (de) |
| DE (1) | DE4011276C2 (de) |
| FR (1) | FR2647596B1 (de) |
Families Citing this family (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2504862B2 (ja) * | 1990-10-08 | 1996-06-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| JP2582716Y2 (ja) * | 1991-05-28 | 1998-10-08 | 株式会社明電舎 | 電圧制御型スイッチング素子 |
| JP2582724Y2 (ja) * | 1991-10-08 | 1998-10-08 | 株式会社明電舎 | 絶縁ゲート型半導体素子 |
| JP2837014B2 (ja) * | 1992-02-17 | 1998-12-14 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US5310692A (en) * | 1992-05-29 | 1994-05-10 | Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. | Method of forming a MOSFET structure with planar surface |
| US5316959A (en) * | 1992-08-12 | 1994-05-31 | Siliconix, Incorporated | Trenched DMOS transistor fabrication using six masks |
| US5341011A (en) * | 1993-03-15 | 1994-08-23 | Siliconix Incorporated | Short channel trenched DMOS transistor |
| GB9306895D0 (en) * | 1993-04-01 | 1993-05-26 | Philips Electronics Uk Ltd | A method of manufacturing a semiconductor device comprising an insulated gate field effect device |
| US5514604A (en) * | 1993-12-08 | 1996-05-07 | General Electric Company | Vertical channel silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor with self-aligned gate for microwave and power applications, and method of making |
| US6034410A (en) * | 1994-01-14 | 2000-03-07 | Stmicroelectronics, Inc. | MOSFET structure with planar surface |
| JP3481287B2 (ja) * | 1994-02-24 | 2003-12-22 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US5405794A (en) * | 1994-06-14 | 1995-04-11 | Philips Electronics North America Corporation | Method of producing VDMOS device of increased power density |
| EP0698919B1 (de) * | 1994-08-15 | 2002-01-16 | Siliconix Incorporated | Verfahren zum Herstellen eines DMOS-Transistors mit Grabenstruktur unter Verwendung von sieben Masken |
| US5597765A (en) * | 1995-01-10 | 1997-01-28 | Siliconix Incorporated | Method for making termination structure for power MOSFET |
| GB9512089D0 (en) | 1995-06-14 | 1995-08-09 | Evans Jonathan L | Semiconductor device fabrication |
| US5689128A (en) * | 1995-08-21 | 1997-11-18 | Siliconix Incorporated | High density trenched DMOS transistor |
| GB9604764D0 (en) * | 1996-03-06 | 1996-05-08 | Leslie Jonathan L | Semiconductor device fabrication |
| US5904525A (en) * | 1996-05-08 | 1999-05-18 | Siliconix Incorporated | Fabrication of high-density trench DMOS using sidewall spacers |
| US6090716A (en) * | 1996-12-17 | 2000-07-18 | Siliconix Incorporated | Method of fabricating a field effect transistor |
| KR100244271B1 (ko) * | 1997-05-06 | 2000-02-01 | 김영환 | 반도체소자 구조 및 제조방법 |
| JP3164030B2 (ja) * | 1997-09-19 | 2001-05-08 | 日本電気株式会社 | 縦型電界効果トランジスタの製造方法 |
| GB9723468D0 (en) * | 1997-11-07 | 1998-01-07 | Zetex Plc | Method of semiconductor device fabrication |
| GB2347014B (en) | 1999-02-18 | 2003-04-16 | Zetex Plc | Semiconductor device |
| US6351009B1 (en) * | 1999-03-01 | 2002-02-26 | Fairchild Semiconductor Corporation | MOS-gated device having a buried gate and process for forming same |
| US6593620B1 (en) * | 2000-10-06 | 2003-07-15 | General Semiconductor, Inc. | Trench DMOS transistor with embedded trench schottky rectifier |
| JP4970660B2 (ja) * | 2001-04-17 | 2012-07-11 | ローム株式会社 | 半導体装置およびその製法 |
| JP4225711B2 (ja) * | 2001-06-29 | 2009-02-18 | 株式会社東芝 | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2006073971A (ja) * | 2004-08-04 | 2006-03-16 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体素子及び半導体素子の製造方法 |
| JP5198752B2 (ja) * | 2006-09-28 | 2013-05-15 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| KR100761354B1 (ko) * | 2006-10-02 | 2007-09-27 | 주식회사 하이닉스반도체 | 다면채널을 갖는 반도체소자의 듀얼폴리게이트 및 그의형성 방법 |
| JP5135884B2 (ja) * | 2007-05-24 | 2013-02-06 | 富士電機株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US9484451B2 (en) * | 2007-10-05 | 2016-11-01 | Vishay-Siliconix | MOSFET active area and edge termination area charge balance |
| US20110084332A1 (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Vishay General Semiconductor, Llc. | Trench termination structure |
| WO2011148427A1 (en) | 2010-05-27 | 2011-12-01 | Fuji Electric Co., Ltd. | Mos-driven semiconductor device and method for manufacturing mos-driven semiconductor device |
| US9431249B2 (en) | 2011-12-01 | 2016-08-30 | Vishay-Siliconix | Edge termination for super junction MOSFET devices |
| US9614043B2 (en) | 2012-02-09 | 2017-04-04 | Vishay-Siliconix | MOSFET termination trench |
| US9842911B2 (en) | 2012-05-30 | 2017-12-12 | Vishay-Siliconix | Adaptive charge balanced edge termination |
| CN103681819B (zh) * | 2012-09-17 | 2017-04-19 | 中国科学院微电子研究所 | 一种沟槽型的绝缘栅双极性晶体管及其制备方法 |
| US9508596B2 (en) | 2014-06-20 | 2016-11-29 | Vishay-Siliconix | Processes used in fabricating a metal-insulator-semiconductor field effect transistor |
| US9887259B2 (en) | 2014-06-23 | 2018-02-06 | Vishay-Siliconix | Modulated super junction power MOSFET devices |
| WO2016028944A1 (en) | 2014-08-19 | 2016-02-25 | Vishay-Siliconix | Super-junction metal oxide semiconductor field effect transistor |
| CN112885897B (zh) * | 2019-11-29 | 2024-05-14 | 长鑫存储技术有限公司 | 半导体器件及其制作方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL96608C (de) * | 1969-10-03 | |||
| DE3037316C2 (de) * | 1979-10-03 | 1982-12-23 | Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa | Verfahren zur Herstellung von Leistungsthyristoren |
| FR2480501A1 (fr) * | 1980-04-14 | 1981-10-16 | Thomson Csf | Dispositif semi-conducteur a grille profonde accessible par la surface et procede de fabrication |
| JPS5861673A (ja) * | 1981-10-09 | 1983-04-12 | Nec Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US4767722A (en) * | 1986-03-24 | 1988-08-30 | Siliconix Incorporated | Method for making planar vertical channel DMOS structures |
| JP2524370B2 (ja) * | 1986-12-05 | 1996-08-14 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 半導体デバイスの製造方法 |
| JP2570742B2 (ja) * | 1987-05-27 | 1997-01-16 | ソニー株式会社 | 半導体装置 |
| JPH0766968B2 (ja) * | 1987-08-24 | 1995-07-19 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置及びその製造方法 |
| US4853345A (en) * | 1988-08-22 | 1989-08-01 | Delco Electronics Corporation | Process for manufacture of a vertical DMOS transistor |
| JP2941823B2 (ja) * | 1988-11-28 | 1999-08-30 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-05-24 JP JP1131085A patent/JP2689606B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-04-06 DE DE4011276A patent/DE4011276C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-08 US US07/521,230 patent/US5086007A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-05-18 FR FR9006240A patent/FR2647596B1/fr not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02309678A (ja) | 1990-12-25 |
| FR2647596A1 (fr) | 1990-11-30 |
| FR2647596B1 (fr) | 1994-01-21 |
| JP2689606B2 (ja) | 1997-12-10 |
| DE4011276A1 (de) | 1990-11-29 |
| US5086007A (en) | 1992-02-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE4011276C2 (de) | Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET) und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE69315239T2 (de) | VDMOS-Transistor mit verbesserter Durchbruchsspannungscharakteristik | |
| DE10196441B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines MOSFET | |
| DE19949364B4 (de) | Halbleiterbauteil mit MOS-Gate-Steuerung und Grabenstruktur sowie Verfahren zur Herstellung | |
| DE69224740T2 (de) | Vertikale halbleiteranordnung mit isoliertem gate und verfahren zu ihrer herstellung | |
| DE10052149B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements | |
| DE3853778T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements. | |
| DE19807745B4 (de) | Halbleitereinrichtung und Herstellungsverfahren einer Halbleitereinrichtung | |
| DE102009053158B4 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Leistungshalbleitervorrichtung mit Grabengate | |
| DE3587231T2 (de) | Verfahren zum herstellen einer dmos-halbleiteranordnung. | |
| DE68925116T2 (de) | In gemischter Technologie hergestellte integrierte Schaltung mit CMOS-Strukturen und leistungsfähigen lateralen Bipolartransistoren mit erhöhter Early-Spannung und Herstellungsverfahren dafür | |
| DE3650248T2 (de) | Verfahren zur Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen mit einem bipolaren Transistor und einem Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode. | |
| DE19535140A1 (de) | Lateraler MOSFET mit hoher Stehspannung und einem Graben sowie Verfahren zu dessen Herstellung | |
| DE3334337A1 (de) | Verfahren zur herstellung einer integrierten halbleitereinrichtung | |
| DE3110477A1 (de) | Verfahren zur herstellung von cmos-bauelementen | |
| EP1204992B1 (de) | Verfahren zum herstellen eines trench-mos-leistungstransistors | |
| DE3932621A1 (de) | Halbleitervorrichtung und verfahren zur herstellung derselben | |
| DE10296970B4 (de) | Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben | |
| DE10220359A1 (de) | Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren | |
| EP1181712B1 (de) | Niederohmiges vdmos-halbleiterbauelement | |
| DE102004041622A1 (de) | Halbleiterbauteil | |
| DE3437512A1 (de) | Integrierte halbleiterschaltung und verfahren zu ihrer herstellung | |
| DE3686490T2 (de) | Halbleiterstruktur. | |
| DE3709708A1 (de) | Feldeffekttransistor mit gering dotierter drainanordnung und verfahren zur herstellung desselben | |
| DE2420239A1 (de) | Verfahren zur herstellung doppelt diffundierter lateraler transistoren |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: HOFFMANN, E., DIPL.-ING., PAT.-ANW., 82166 GRAEFEL |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |