Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
vertikalen Transistorbauelements, insbesondere eines MOS-Transistorbauelements.The
The present invention relates to a process for producing a
vertical transistor device, in particular of a MOS transistor device.
Vertikale
MOS-Transistoren sind hinlänglich bekannt
und beispielsweise in Stengl/Tihanyi: ”Leistungs-MOSFET-Praxis”, Pflaum
Verlag, München, 1994,
Seiten 29 bis 40, beschrieben. Bei geeigneter Ansteuerung verläuft bei
derartigen vertikalen Bauelementen ein stromführender Pfad zwischen einer Drain-Zone und einer Source-Zone
in einer vertikalen Richtung senkrecht zu einer Vorderseite und
einer Rückseite
eines Halbleitekörpers/Halbleiterchips,
in dem das Bauelement integriert ist. Die Ansteuerung erfolgt über eine
Gate-Elektrode, die isoliert gegenüber dem Halbleiterkörper und
benachbart zu einer zwischen Source und Drain liegenden Body-Zone angeordnet
ist.vertical
MOS transistors are well known
and, for example, in Stengl / Tihanyi: "Power MOSFET Practice", Pflaum
Verlag, Munich, 1994,
Pages 29 to 40, described. With suitable control runs at
such vertical components, a current-carrying path between a drain zone and a source zone
in a vertical direction perpendicular to a front and
a back
a half-body / semiconductor chip,
in which the component is integrated. The control is via a
Gate electrode, which is insulated from the semiconductor body and
disposed adjacent to a lying between the source and drain body zone
is.
Bei
sogenannten Graben-Transistoren ist die Gate-Elektrode in einem
Graben angeordnet, der sich ausgehend von einer der Seiten in den
Halbleiterkörper
hinein erstreckt. Die Source-Zone
befindet sich bei diesen Graben-Transistoren üblicherweise im Bereich der
Vorderseite des Halbleiterkörpers, ausgehend
von der sich der Graben in den Halbleiterkörper hinein erstreckt. Die
Drain-Zone befindet sich üblicherweise
im Bereich der der Vorderseite abgewandten Rückseite, wobei bei Leistungstransistoren zwischen
der Drain-Zone und der Body-Zone üblicherweise
eine schwächer
als die Drain-Zone dotierte Driftzone angeordnet ist.at
So-called trench transistors, the gate electrode in one
Trench arranged, starting from one of the sides in the
Semiconductor body
extends into it. The source zone
is located in these trench transistors usually in the range of
Front of the semiconductor body, starting
from which the trench extends into the semiconductor body. The
Drain zone is usually located
in the area of the rear side facing away from the front, wherein in power transistors between
the drain zone and the body zone usually
a weaker one
is arranged as the drain zone doped drift zone.
Vertikale
MOS-Transistoren finden als Leistungstransistoren Anwendung in unterschiedlichsten Bereichen.
Ein Anwendungsbereich sind Schaltwandler, bei denen getaktet angesteuerte Leistungstransistoren
zur Regelung der Leistungsaufnahme des Schaltwandlers, und damit
zur Regelung der Ausgangsspannung eingesetzt werden.vertical
MOS transistors are used as power transistors in a wide variety of applications.
Areas of application are switching converters in which clocked, controlled power transistors
for regulating the power consumption of the switching converter, and thus
be used to control the output voltage.
Eine
maßgebliche
Betriebsgröße solcher MOS-Leistungstransistoren
ist deren Einschaltwiderstand (Ron), der den elektrischen Widerstand
zwischen Drain und Source bei leitend angesteuertem Bauelement bezeichnet,
und deren Gate-Drain-Kapazität (CGD), die die parasitäre Kapazität zwischen der Gate-Elektrode
und der Drain-Zone bzw. der sich an die Drain-Zone anschließenden Driftzone des Bauelements
bezeichnet.A significant operating variable of such MOS power transistors is their on-resistance (Ron), which designates the electrical resistance between the drain and source in the case of the on-state-driven component, and their gate-drain capacitance (C GD ), which determines the parasitic capacitance between the gate electrode and the drain zone or the subsequent to the drain zone drift zone of the device.
Eine
Verringerung des Einschaltwiderstandes kann bei derartigen Bauelementen
durch das Vorsehen sogenannter Feldplatten erreicht werden, die
auf Gate-Potential liegen. Bei Grabentransistoren ist dabei beispielsweise
eine Feldplatte, die einstückig
mit der Gate-Elektrode ausgebildet sein kann, in dem Graben unterhalb
der Gate-Elektrode und benachbart zu der Driftzone angeordnet. Ein
solches Bauelement ist beispielsweise in der US 4,941,026 oder der US 5,973,360 A beschrieben.A reduction of the on-resistance can be achieved in such devices by the provision of so-called field plates, which are at gate potential. In the case of trench transistors, a field plate, for example, which may be formed in one piece with the gate electrode, is arranged in the trench below the gate electrode and adjacent to the drift zone. Such a device is for example in the US 4,941,026 or the US 5,973,360 A described.
Das
Vorsehen einer auf Gate-Potential liegenden Feldelektrode erhöht die Gate-Drain-Kapazität, so dass
in der US 5,283,201 oder
der US 2003/0073287
A1 vorgeschlagen ist, eine zu der Gate-Elektrode separate
Feldelektrode vorzusehen, die auf einem zu dem Gate-Potential verschiedenen Potential,
beispielsweise Source-Potential liegt.The provision of a gate potential lying at the field electrode increases the gate-drain capacitance, so that in the US 5,283,201 or the US 2003/0073287 A1 it is proposed to provide a separate to the gate electrode field electrode which is at a different potential to the gate potential, for example source potential.
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung
eines MOS-Transistorbauelements in Grabentechnologie (Trench-Technologie)
zur Verfügung
zu stellen, das eine verringerte Gate-Drain-Kapazität aufweist,
und ein vertikales Transistorbauelement mit verringerter Gate-Drain-Kapazität zur Verfügung zu
stellen.task
The present invention is a process for the preparation
of a MOS transistor device in trench technology (trench technology)
to disposal
having a reduced gate-drain capacitance,
and a vertical transistor device with reduced gate-to-drain capacitance
put.
Diese
Aufgabe wird durch Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 18 und durch ein
vertikales Transistorbauelement nach An spruch 26 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.These
The object is achieved by methods according to claims 1 and 18 and by a
vertical transistor device according to claim 26 solved. advantageous
Embodiments are the subject of the dependent claims.
Der
Grundgedanke der erfindungsgemäßen Verfahren
besteht darin, die Body-Zone des Transistorbauelements selbstjustiert
zu dem Graben, in dem die Gate-Elektrode angeordnet ist, herzustellen.Of the
Basic idea of the inventive method
consists in self-adjusting the body zone of the transistor device
to the trench in which the gate electrode is arranged to produce.
Hierzu
ist bei einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, ein Halbleitersubstrat bereitzustellen, eine Hilfsschicht
auf dieses Halbleitersubstrat aufzubringen und die Hilfsschicht
zu strukturieren, um wenigstens einen in der Hilfsschicht ausgebildeten
Graben herzustellen, der sich bis an das Halbleitersubstrat erstreckt
und der gegenüberliegende
Seitenwände
aufweist.For this
is in one embodiment
the method according to the invention
provided to provide a semiconductor substrate, an auxiliary layer
to apply to this semiconductor substrate and the auxiliary layer
to structure at least one formed in the auxiliary layer
Trench to produce, which extends to the semiconductor substrate
and the opposite
side walls
having.
Die
Hilfsschicht besteht dabei vorzugsweise aus einem Material, das
selektiv gegenüber
dem Halbleitersubstrat ätzbar
ist. Geeignete Materialien für
die Hilfsschicht sind Oxide, insbesondere abscheidbare Oxide, wie
beispielsweise TEOS (Tetraethoxysilan), oder thermische Oxide.The
Auxiliary layer is preferably made of a material that
selectively opposite
the etchable semiconductor substrate
is. Suitable materials for
the auxiliary layer are oxides, in particular depositable oxides, such as
For example, TEOS (tetraethoxysilane), or thermal oxides.
Unter
dem Begriff Halbleitersubstrat ist nachfolgend entweder ein homogen
dotierter Halbleiterkörper
zu verstehen oder eine Anordnung mit einem Halbleiterkörper auf
den bereits wenigstens eine weitere Halbleiterschicht – beispielsweise
mittels eines Epitaxieverfahrens – aufgebracht ist.Under
The term semiconductor substrate is hereinafter either a homogeneous
doped semiconductor body
to understand or an arrangement with a semiconductor body
already at least one further semiconductor layer - for example
by means of an epitaxy process - is applied.
An
wenigstens einer der Seitenwände
des Grabens der Hilfsschicht wird anschließend eine einkristalline Halbleiterschicht
hergestellt, die abschnittsweise die spätere Body-Zone des Bauelements bildet. Das Herstellen
dieser einkristallinen Halbleiterschicht, kann durch Abscheiden
einer zunächst
amorphen Halbleiterschicht bzw. einer polykristallinen Halbleiterschicht
und anschließendes Kristallisieren
Halbleiterschicht erfolgen. Die Kristallisation der amorphen Halbleiterschicht
erfolgt beispielsweise durch einen Temperschritt, bei dem die Halbleiterschicht
für eine
vorgegebene Zeitdauer, z. B. 6 Std. bis 10 Std., auf eine vorgegebene
Temperatur, z. B. ca. 590°C,
aufgeheizt wird.Subsequently, a monocrystalline semiconductor layer is produced on at least one of the sidewalls of the trench of the auxiliary layer, which partially forms the later body zone of the component. The manufacture of these monocrystalline Semiconductor layer can be made by depositing an initially amorphous semiconductor layer or a polycrystalline semiconductor layer and then crystallizing semiconductor layer. The crystallization of the amorphous semiconductor layer is effected for example by an annealing step, in which the semiconductor layer for a predetermined period of time, for. B. 6 hours to 10 hours., To a predetermined temperature, for. B. about 590 ° C, is heated.
Des
weiteren wird eine gegenüber
der einkristallinen Halbleiterschicht und dem am Boden des Grabens
freiliegenden Halbleitersubstrat isolierte Elektrode hergestellt,
die die spätere
Gate-Elektrode des Bauelements bildet.Of
another one is opposite
the monocrystalline semiconductor layer and at the bottom of the trench
exposed semiconductor substrate made of insulated electrode,
the later
Gate electrode of the device forms.
Bei
dem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellten Bauelements ist die Body-Zone in der einkristallinen
Halbleiterschicht angeordnet, die an der Seitenwand des Grabens
der Hilfsschicht hergestellt wurde. Die Dotierung dieser einkristallinen,
in vertikaler Richtung verlaufenden Halbleiterschicht wird dabei
abhängig
von den gewünschten
Eigenschaften des Bauelements gewählt.at
the means of the method according to the invention
manufactured component is the body zone in the monocrystalline
Semiconductor layer arranged on the side wall of the trench
the auxiliary layer was prepared. The doping of these monocrystalline,
in the vertical direction extending semiconductor layer is doing
dependent
from the desired ones
Properties of the device selected.
Bei
einem selbstsperrenden MOSFET ist diese Halbleiterschicht komplementär zu dem
Halbleitersubstrat dotiert und weist an einem dem Substrat abgewandten
Ende eine Halbleiterzone vom gleichen Leitungstyp wie das Substrat
auf, die die Source-Zone
des Bauelements bildet. Gegebenenfalls wird an dem dem Substrat
zugewandten Ende der einkristallinen Halbleiterschicht ebenfalls
eine Halbleiterzone vom gleichen Leitungstyp wie das Substrat erzeugt,
die zum Anschließen
der Body-Zone an
das Substrat dient, welches die Driftzone bzw. die Drain-Zone des
Bauelements bildet.at
a self-blocking MOSFET, this semiconductor layer is complementary to the
Semiconductor substrate doped and has on a side facing away from the substrate
End of a semiconductor zone of the same conductivity type as the substrate
on that the source zone
of the component forms. Optionally, at which the substrate
facing end of the monocrystalline semiconductor layer also
generates a semiconductor region of the same conductivity type as the substrate,
the to connect
the body zone
the substrate is used, which is the drift zone or the drain zone of the
Component forms.
Bei
einem selbstleitenden MOSFET, bei dem die Gate-Elektrode dazu dient,
einen leitenden Kanal in der Body-Zone ”abzuschnüren” ist die Body-Zone vom gleichen
Leitungstyp wie das Halbleitersubstrat, wobei an einem dem Substrat
abgewandten Ende der Halbleiterschicht vorzugsweise eine stärker als die
Body-Zone dotierte Halbleiterzone vorhanden ist, die die Source-Zone
des Bauelements bildet.at
a normally-on MOSFET in which the gate electrode serves to
to "cut off" a conductive channel in the body zone is the body zone of the same
Conduction type as the semiconductor substrate, wherein on a the substrate
opposite end of the semiconductor layer, preferably one stronger than the
Body zone doped semiconductor zone is present, which is the source zone
of the component forms.
Die
Dotierung der einkristallinen Halbleiterschicht zur Einstellung
der Bauelementeigenschaften kann in herkömmlicher Weise durch Implantation
von Dotierstoffatomen und anschließendes Aktivieren der Dotierstoffatome
mittels eines Tem perschrittes erfolgen. Die zur Herstellung der
einkristallinen Halbleiterschicht abgeschiedene amorphe Halbleiterschicht kann
undotiert sein oder kann bereits in-situ mit Dotierstoffatomen eines
Leitungstyps dotiert sein. Die Herstellung der gegebenenfalls erforderlichen
Halbleiterzone des selben Leitungstyps wie das Substrat an dem dem
Substrat zugewandten Ende der einkristallinen Halbleiterschicht
erfolgt beispielsweise durch einen Temperschritt, dessen Temperatur
und Dauer so gewählt
sind, dass Dotierstoffatome aus dem Substrat in die einkristalline
Halbleiterschicht diffundieren.The
Doping of the monocrystalline semiconductor layer for adjustment
The device properties can be achieved in a conventional manner by implantation
of dopant atoms and then activating the dopant atoms
take place by means of a Tem perstep. The for the production of
single crystal semiconductor layer deposited amorphous semiconductor layer can
be undoped or may already in situ with dopant atoms of a
Be doped line type. The preparation of any necessary
Semiconductor zone of the same conductivity type as the substrate on the
Substrate-facing end of the monocrystalline semiconductor layer
takes place, for example, by an annealing step whose temperature
and duration so chosen
are that dopant atoms from the substrate into the monocrystalline
Diffuse semiconductor layer.
Die
Abmessungen der einkristallinen Halbleiterschicht in vertikaler
Richtung der Anordnung, die maßgeblich
die Abmessungen der Body-Zone des Bauelements, und damit die Kanallänge bestimmen sind
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über die Höhe der zu
Beginn des Verfahrens abgeschiedenen Hilfsschicht einstellbar.The
Dimensions of the monocrystalline semiconductor layer in vertical
Direction of the arrangement, which is relevant
the dimensions of the body zone of the device, and thus determine the channel length
in the inventive method over the height of the
Beginning of the process deposited auxiliary layer adjustable.
Der
benachbart zu dem Graben der Hilfsschicht angeordnete säulenförmige Abschnitt
der Hilfsschicht, der zur Herstellung der einkristallinen Halbleiterschicht
dient, wird nach dem Herstellen der einkristallinen Halbleiterschicht
vorzugsweise entfernt. Der dadurch entstehende, bis an das Substrat reichende
Graben kann beispielsweise dazu genutzt werden, eine Diode zu realisieren,
die als sogenannte Rückwärtsdiode
des MOSFET dient. Hierzu wird das Substrat am Boden des durch Entfernen
der Hilfsschicht entstehenden Grabens komplementär zu den übrigen Abschnitten des Substrats
dotiert, wobei anschließend
eine Anschlusselektrode dieser Diode in dem Graben hergestellt wird.
Diese Anschlusselektrode kann so hergestellt werden, dass sie gleichzeitig
die einkristalline Halbleiterschicht kontaktiert, um bei einem selbstsperrenden
MOSFET in bekannter Weise Source-Zone und die Body-Zone kurzzuschließen. Darüber hinaus
kann die Anschlusselektrode auch so hergestellt werden, dass sie
durch eine Abstandsschicht (Spacer) von der einkristallinen Halbleiterschicht
getrennt ist.Of the
arranged columnar portion adjacent to the trench of the auxiliary layer
the auxiliary layer used for producing the monocrystalline semiconductor layer
is used after the production of the monocrystalline semiconductor layer
preferably removed. The resulting, reaching to the substrate
For example, digging can be used to make a diode
as a so-called reverse diode
the MOSFET is used. This is done by removing the substrate at the bottom of the substrate
the auxiliary layer resulting trench complementary to the remaining portions of the substrate
doped, followed by
a terminal electrode of this diode is produced in the trench.
This terminal electrode can be made to be simultaneously
contacted the single crystal semiconductor layer to a self-blocking
MOSFET short in a known manner source zone and the body zone. Furthermore
The connection electrode can also be made so that they
by a spacer layer (spacer) of the monocrystalline semiconductor layer
is disconnected.
Bei
einem Verfahren gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines MOS-Transistorbauelements
in Grabentechnologie ist vorgesehen, ein Halbleitersubstrat zur
Verfügung
zu stellen, eine Hilfsschicht auf das Halbleitersubstrat aufzubringen und
diese zu strukturieren, um wenigstens einen Graben herzustellen,
der sich bis an das Halbleitersubstrat erstreckt.at
a method according to a
another embodiment
the method according to the invention
for producing a MOS transistor device
In grave technology is provided, a semiconductor substrate for
disposal
to provide an auxiliary layer on the semiconductor substrate and
to structure them to make at least one trench,
which extends to the semiconductor substrate.
In
diesem wenigstens einen Graben der Hilfsschicht wird anschließend eine
einkristalline Halbleiterzone hergestellt, die abschnittweise die spätere Body-Zone
des Bauelements bildet. Die Herstellung dieser einkristallinen Halbleiterzone
erfolgt beispielsweise mittels eines selektiven Epitaxieverfahrens,
bei welchem die Halbleiterzone einkristallin auf dem Substrat aufwächst. Ein
derartiges selektives Epitaxieverfahren ist beispielsweise beschrieben in
Liu et al.: ”A
Novel 3-D BiCMOS
Technology Using Selective Epitaxy Growth (SEG) and Lateral Solid Phase
Epitaxial (LSPE)”,
Electron Device Letters IEEE, Vol. 23, 2002. Die mittels selektiver
Epitaxie hergestellten Halbleiterzone kann dabei bereits bei der
Herstellung in-situ mit Dotierstoffatomen eines gewünschten
Leistungstyps dotiert sein.In this at least one trench of the auxiliary layer, a monocrystalline semiconductor zone is subsequently produced, which forms in sections the later body zone of the component. The production of this monocrystalline semiconductor zone takes place, for example, by means of a selective epitaxy process in which the semiconductor zone grows monocrystalline on the substrate. Such a selective epitaxy method is described, for example, in Liu et al .: "A Novel 3-D BiCMOS Technology Using Selective Epitaxy Growth (SEG) and Lateral Solid Phase Epitaxial (LSPE)", Electron Device Letters IEEE, Vol. 23, 2002 Already produced by selective epitaxy semiconductor zone can at in-situ doped with dopant atoms of a desired power type.
Nach
dem Herstellen der einkristallinen Halbleiterzone wird die Hilfsschicht
entfernt, wodurch jeweils ein Graben zwischen zwei benachbarten
einkristallinen Halbleiterzonen entsteht. In diesem Graben wird
anschließend
eine gegenüber
der einkristallinen Halbleiterzone und dem Halbleitersubstrat isolierten
Elektrode hergestellt wird, die die spätere Gate-Elektrode es Bauelements bildet.To
the production of the monocrystalline semiconductor region becomes the auxiliary layer
away, creating a ditch between two adjacent ones
monocrystalline semiconductor zones is formed. In this ditch will be
subsequently
one opposite
the single-crystal semiconductor region and the semiconductor substrate isolated
Electrode is made, which forms the later gate of this device.
Auch
mittels dieses Verfahrens lassen sich abhängig von der Dotierung der
einkristallinen Halbleiterzone sowohl selbstsperrende als auch selbstleitende
MOSFET herstellen.Also
By means of this method, depending on the doping of the
single-crystal semiconductor zone both self-blocking and self-conducting
Produce MOSFET.
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The
The present invention will be explained in more detail below with reference to figures.
1 veranschaulicht ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines vertikalen MOS-Transistorbauelements anhand
von Darstellungen des Bauelements während verschiedener Verfahrensschritte. 1 illustrates an inventive method for producing a vertical MOS transistor device based on representations of the device during various process steps.
2 veranschaulicht
eine Abwandlung des Verfahrens nach 1. 2 illustrates a modification of the method according to 1 ,
3 veranschaulicht die Vorgehensweise zur
Kontaktierung der Gate-Elektrode bei einem nach dem Verfahren gemäß der 1 oder 2 hergestellten
Bauelement. 3 illustrates the procedure for contacting the gate electrode in a according to the method according to the 1 or 2 manufactured component.
4 veranschaulicht ein weiteres erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines vertikalen MOS-Transistorbauelements anhand von Darstellungen
des Bauelements während
verschiedener Verfahrensschritte. 4 illustrates another inventive method for producing a vertical MOS transistor device based on representations of the device during various process steps.
5 veranschaulicht eine Abwandlung des Verfahrens
nach 4, bei dem neben einer Gate-Elektrode
zusätzlich
eine Feldelektrode in einem Graben hergestellt wird. 5 illustrates a modification of the method according to 4 in which, in addition to a gate electrode, a field electrode is additionally produced in a trench.
In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile und Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.In
denote the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals
same parts and component areas with the same meaning.
Ein
erstes erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines MOS-Transistorbauelements mit kleiner Gate-Drain-Kapazität wird nachfolgend
anhand von 1 erläutert.A first inventive method for producing a MOS transistor device with a small gate-drain capacitance is described below with reference to 1 explained.
Ausgangspunkt
des Verfahrens bildet die Bereitstellung eines Halbleitersubstrats 100.
Dieses Halbleitersubstrat 100 kann dabei homogen dotiert sein
oder kann unterschiedlich dotierte Abschnitte 102, 104 aufweisen,
was in 1a gestrichelt dargestellt ist.
Ein stärker
dotierter Abschnitt 104 im Bereich einer Rückseite
des Substrats kann dabei die spätere
Drain-Zone des Bauelements bilden, während eine schwächer dotierte
Halbleiterschicht 102, die beispielsweise durch Epitaxie
auf der stärker
dotierten Halbleiterschicht 104 hergestellt ist, die spätere Driftzone
des Bauelements bilden kann. Sofern keine Driftzone – die zur
Erhöhung
der Spannungsfestigkeit des Bauelements dient – hergestellt werden soll,
ist das Halbleitersubstrat 100 vorzugsweise stark dotiert
und bildet die spätere
Drain-Zone des Bauelements.The starting point of the method is the provision of a semiconductor substrate 100 , This semiconductor substrate 100 can be homogeneously doped or differently doped sections 102 . 104 show what's in 1a is shown in dashed lines. A more heavily doped section 104 In the region of a rear side of the substrate can thereby form the later drain zone of the device, while a weakly doped semiconductor layer 102 , for example, by epitaxy on the more heavily doped semiconductor layer 104 is manufactured, which can form later drift zone of the device. If no drift zone - which serves to increase the dielectric strength of the component - is to be produced, is the semiconductor substrate 100 preferably heavily doped and forms the later drain zone of the device.
Auf
das Halbleitersubstrat 100 wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eine Hilfsschicht 110 aufgebracht, die vorzugsweise selektiv
gegenüber dem
Halbleitersubstrat 100 ätzbar
ist. Diese Hilfsschicht besteht beispielsweise aus einem abgeschiedenen
Oxid, wie beispielsweise TEOS oder einem aufgewachsenen thermischen
Oxid.On the semiconductor substrate 100 becomes in the inventive method an auxiliary layer 110 applied, which is preferably selective with respect to the semiconductor substrate 100 is etchable. This auxiliary layer consists for example of a deposited oxide, such as TEOS or a grown thermal oxide.
Diese
Hilfsschicht 110 wird anschließend strukturiert, um wenigstens
einen bis an das Halbleitersubstrat 100 reichenden Graben 114 zu
erzeugen. Bezug nehmend auf 1b wird
hierzu eine strukturierte Maske 300, beispielsweise eine
Hartmaske, auf der Oberfläche
der Hilfsschicht 110 erzeugt, deren Struktur die Abmessungen
des späteren
Grabens in lateraler Richtung vorgibt. Anschließend wird die Hilfsschicht 110 in
den durch die Maske 300 freigelassenen Bereichen mittels
eines Ätzverfahrens entfernt,
um einen bis an das Halbleitersubstrat 100 reichenden Graben 114 zu
erzeugen.This auxiliary layer 110 is then patterned to at least one to the semiconductor substrate 100 reaching ditch 114 to create. Referring to 1b becomes a structured mask 300 For example, a hard mask on the surface of the auxiliary layer 110 whose structure specifies the dimensions of the later trench in the lateral direction. Subsequently, the auxiliary layer 110 in through the mask 300 released areas by means of an etching process to one to the semiconductor substrate 100 reaching ditch 114 to create.
1c zeigt
die Anordnung nach diesem Ätzschritt
zur Herstellung des Grabens 114 und nach Entfernen der
Maskenschicht 300. Das Ätzverfahren zur
Herstellung des Grabens 114 ist vorzugsweise ein anisotropes Ätzverfahren,
durch welches die Hilfsschicht 110 im wesentlichen senkrecht
zu der durch die Maske 300 freigelassenen Oberfläche der Hilfsschicht 110 ge ätzt wird
und wodurch im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der
Hilfsschicht 110 und senkrecht zu der nach dem Ätzen freiliegenden
Oberfläche 101 des
Halbleitersubstrats 100 verlaufende Seitenwände 115 des
Grabens 114 erzeugt werden. Mit dem Bezugszeichen 112 sind
in 1c säulenförmige Abschnitte 112 der
Hilfsschicht bezeichnet, die zwischen zwei benachbarten Gräben 114 angeordnet
sind. 1c shows the arrangement after this etching step for the preparation of the trench 114 and after removing the mask layer 300 , The etching process for the production of the trench 114 is preferably an anisotropic etching process, by which the auxiliary layer 110 substantially perpendicular to that through the mask 300 released surface of the auxiliary layer 110 is etched and thereby substantially perpendicular to the surface of the auxiliary layer 110 and perpendicular to the exposed surface after etching 101 of the semiconductor substrate 100 running side walls 115 of the trench 114 be generated. With the reference number 112 are in 1c columnar sections 112 the auxiliary layer, between two adjacent trenches 114 are arranged.
Während weiterer
Verfahrensschritte wird an den Seitenwänden 115 des Grabens,
die gleichzeitig die Seitenwände
der säulenförmigen Abschnitte 112 der
Hilfsschicht sind, eine einkristalline Halbleiterschicht 130 hergestellt,
die die spätere
Body-Zone des MOS-Transistors bildet. Bezug nehmend auf 1d kann
hierzu eine zunächst
amorphe Halbleiterschicht 130, beispielsweise eine amorphe
Siliziumschicht, ganzflächig
auf die Anordnung mit dem Substrat 100 und den säulenförmigen Abschnitten 112 der
Hilfsschicht abgeschieden werden. Eine Dicke d1 dieser amorphen
Halbleiterschicht 130 beträgt zwischen 50 nm und 250 nm,
vorzugsweise etwa 100 nm.During further process steps will be on the side walls 115 the trench, which at the same time the side walls of the columnar sections 112 the auxiliary layer are, a monocrystalline semiconductor layer 130 made, which forms the later body zone of the MOS transistor. Referring to 1d For this purpose, an initially amorphous semiconductor layer 130 , For example, an amorphous silicon layer, over the entire surface of the arrangement with the substrate 100 and the columnar sections 112 the auxiliary layer are deposited. A thickness d1 of this amorphous semiconductor layer 130 is between 50 nm and 250 nm, preferably about 100 nm.
Diese
amorphe Halbleiterschicht 130 wird anschließend durch
einen Temperschritt kristallisiert, so dass eine einkristalline
Halbleiterschicht 130 entsteht. Bei diesem Temperschritt
wird die Anordnung für
eine vorgegebene Zeitdauer auf eine Kristallisationstemperatur des
Halbleitermaterials aufgeheizt. Diese Kristallisationstemperatur
beträgt
bei Verwendung von amorphem Silizium als Halbleitermaterial etwa
590°C, die
Dauer des Temperschrittes beträgt bei
Silizium zwischen 6 Stunden und 10 Stunden. Die Durchführung des
Temperschrittes erfolgt in hinlänglich
bekannter Weise beispielsweise in einem hierzu geeigneten Ofen.This amorphous semiconductor layer 130 is subsequently crystallized by an annealing step, so that a monocrystalline semiconductor layer 130 arises. In this annealing step, the arrangement is heated for a predetermined period of time to a crystallization temperature of the semiconductor material. This crystallization temperature is when using amorphous silicon as the semiconductor material about 590 ° C, the duration of the annealing step is in silicon between 6 hours and 10 hours. The execution of the annealing step takes place in a well-known manner, for example in a suitable oven.
Um
die einkristalline Halbleiterschicht 130 lediglich an den
Seitenwänden 115 des
Grabens 114 bzw. der säulenförmigen Hilfsschichtabschnitte 112 zu
erhalten, muss die einkristalline Halbleiterschicht 130 vom
Boden des Grabens 114, d. h. von der Oberfläche 101 des
Substrats 100 und von der Oberset te der säulenförmigen Hilfsschichtabschnitte 112 entfernt
werden. Dies kann mittels eines anisotropen Ätzverfahrens erfolgen, durch
welches Material der einkristallinen Schicht 130 nur in
Richtung senkrecht zu der Oberfläche 101 des
Substrats 130 entfernt wird.Around the monocrystalline semiconductor layer 130 only on the side walls 115 of the trench 114 or the columnar auxiliary layer sections 112 To obtain, the monocrystalline semiconductor layer must 130 from the bottom of the trench 114 ie from the surface 101 of the substrate 100 and from the top set of the auxiliary columnar layer portions 112 be removed. This can be done by means of an anisotropic etching process, by which material of the monocrystalline layer 130 only in the direction perpendicular to the surface 101 of the substrate 130 Will get removed.
Da
ein Ätzen
der an den Seitenwänden 115 des
Grabens 114 aufgebrachten einkristallinen Halbleiterschicht 130 bei
einem solchen Ätzverfahren üblicherweise
nicht vollständig
vermieden werden kann, wird vorzugsweise eine Schutzschicht auf
den an den Seitenwänden 115 des
Grabens 114 angeordneten Abschnitte der einkristallinen
Halbleiterschicht 130 erzeugt. Hierzu wird Bezug nehmend
auf 1d zunächst
ganzflächig
eine Schutzschicht 140, beispielsweise ein Oxid, abgeschieden.
Diese Schutzschicht 140 wird anschließend mittels eines anisotropen Ätzverfahrens
im Bodenbereich des Grabens 114 und von der Oberseite der
säulenförmigen Hilfsschichtabschnitte 112 entfernt,
um im Bodenbereich des Grabens und auf der Oberseite der Hilfsschichtsäulen 112 die
einkristalline Halbleiterschicht 130 freizulegen. Diese
Halbleiterschicht 130 wird anschließend mittels eines weiteren Ätzverfahrens
in den freigelegten Bereichen entfernt. Ein Ätzen des Substrates 100 am
Boden des Grabens 114 wird durch eine sog. ”Endpunktüberwachung” verhindert, bei
der die Gaszusammensetzung der beim Ätzen entstehenden Gase überwacht
wird. Da sich die Gaszusammensetzung ändert, kann der Ätzprozess
gezielt gestoppt werden, sobald beim Ätzen die Oberfläche 101 des
Substrates 100 erreicht ist.As an etching on the side walls 115 of the trench 114 applied monocrystalline semiconductor layer 130 In such an etching process usually can not be completely avoided, preferably a protective layer on the on the side walls 115 of the trench 114 arranged portions of the monocrystalline semiconductor layer 130 generated. For this, reference is made to 1d initially a full surface of a protective layer 140 , For example, an oxide, deposited. This protective layer 140 is then by means of an anisotropic etching process in the bottom region of the trench 114 and from the top of the auxiliary columnar layer portions 112 removed to the bottom of the trench and on top of the auxiliary layer columns 112 the monocrystalline semiconductor layer 130 expose. This semiconductor layer 130 is then removed by means of a further etching process in the exposed areas. An etching of the substrate 100 at the bottom of the ditch 114 is prevented by a so-called "end point monitoring", in which the gas composition of the gases produced during the etching is monitored. Since the gas composition changes, the etching process can be stopped selectively as soon as the surface is etched 101 of the substrate 100 is reached.
1e zeigt
die Anordnung nach Durchführung
dieser Verfahrensschritte, d. h. nach Entfernen der Schutzschicht 140 vom
Boden des Grabens 114 und von der Oberseite der Säulen 112 sowie
nach Entfernen der kristallinen Halbleiterschicht 130 in
diesen Bereichen. Mit dem Bezugszeichen 132 sind in 1e die
an den Seitenwänden 115 des
Grabens 114 verbliebenen Abschnitte der nach dem Temperschritt
einkristallinen Halb leiterschicht 130/132 und mit
dem Bezugszeichen 142 sind die verbliebenen Abschnitte
der Schutzschicht 140 bezeichnet. 1e shows the arrangement after performing these steps, ie after removing the protective layer 140 from the bottom of the trench 114 and from the top of the pillars 112 and after removing the crystalline semiconductor layer 130 in these areas. With the reference number 132 are in 1e the on the side walls 115 of the trench 114 remaining portions of the monocrystalline after the heat treatment step semiconductor layer 130 / 132 and with the reference numeral 142 are the remaining portions of the protective layer 140 designated.
Anschließend werden
die verbliebenen Abschnitte 142 der Schutzschicht entfernt,
was im Ergebnis in 1f dargestellt ist. Das Entfernen
der Schutzschicht 142 erfolgt beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens,
das die Schutzschicht 142 selektiv gegenüber dem
Halbleitermaterial des Substrats 100 und der Halbleiterschicht 132 ätzt. Vorzugsweise wird
hierbei auch der säulenförmige Abschnitt 112 der
Hilfsschicht in vertikaler Richtung etwas zurückgeätzt, wodurch die sich im wesentlichen
in vertikaler Richtung erstreckende Halbleiterschicht 132 die Oberfläche der
Hilfsschicht 112 nach oben hin etwas überragt. Sofern sowohl die
Schutzschicht 142 als auch die Hilfsschicht 112 aus
einem Oxid bestehen, kann das Zurückätzen der Hilfsschicht 112 und
das Entfernen der Schutzschicht 142 in einem gemeinsamen
Verfahrensschritt erfolgen. Andernfalls sind zwei separate Verfahrensschritte
zum Entfernen der Schutzschicht 142 und zum Zurückätzen der
Hilfsschicht 112 erforderlich.Subsequently, the remaining sections 142 the protective layer removed, resulting in 1f is shown. Removing the protective layer 142 For example, by means of an etching process, the protective layer 142 selective to the semiconductor material of the substrate 100 and the semiconductor layer 132 etched. Preferably, in this case, the columnar portion 112 the auxiliary layer etched back slightly in the vertical direction, whereby the semiconductor layer extending substantially in the vertical direction 132 the surface of the auxiliary layer 112 towering slightly above. Provided both the protective layer 142 as well as the auxiliary layer 112 consist of an oxide, the etching back of the auxiliary layer 112 and removing the protective layer 142 take place in a common process step. Otherwise, there are two separate process steps for removing the protective layer 142 and etching back the auxiliary layer 112 required.
Wie
bereits erläutert,
bildet die einkristalline Halbleiterschicht 132 die spätere Body-Zone
des MOS-Transistors. Zur Steuerung eines leitenden Kanals ist eine
Gate-Elektrode erforderlich, die isoliert gegenüber der Body-Zone und den übrigen Halbleiterbereichen
des Bauelements und benachbart zu der Body-Zone angeordnet ist.
Ein mögliches
Verfahren zur Herstellung dieser Gate-Elektrode in dem Graben 114 wird
nachfolgend anhand der 1g und 1h erläutert.As already explained, forms the monocrystalline semiconductor layer 132 the later body zone of the MOS transistor. To control a conductive channel, a gate electrode is required that is isolated from the body zone and the remaining semiconductor regions of the device and adjacent to the body zone. A possible method of making this gate electrode in the trench 114 is described below on the basis of 1g and 1h explained.
Zunächst wird
auf den freiliegenden Halbleiterbereichen in dem Graben 114,
d. h. auf der einkristallinen Halbleiterschicht 132 an
den Grabenseitenwänden
und auf dem Halbleitersubstrat 100 am Boden des Grabens
eine Isolationsschicht 160, beispielsweise ein Oxid, hergestellt,
wobei Abschnitte 162 dieser Isolationsschicht, die auf
der einkristallinen Halbleiterschicht 132 angeordnet sind,
die eigentliche Gate- Isolation
bzw. das eigentliche Gate-Oxid bilden. Die Isolationsschicht 160 besteht beispielsweise
aus einem thermischen Oxid, das durch einen Temperschritt, bei dem
die Anordnung für
eine vorgegebene Zeitdauer auf eine Oxidationstemperatur aufgeheizt
wird, hergestellt wird. Vorzugsweise wird dabei am Boden des Grabens 114 eine
dickere Isolationsschicht auf dem Halbleitersubstrat 100 als
auf der einkristallinen Halbleiterschicht 132 an den Grabenseitenwänden erzeugt.
Die Herstellung dieser dicken Isolationsschicht erfolgt beispielsweise
durch Implantation von Argon-Ionen in das Halbleitersubstrat 100 vor
Durchführung
des Oxidationsschrittes.First, on the exposed semiconductor regions in the trench 114 ie on the monocrystalline semiconductor layer 132 at the trench sidewalls and on the semiconductor substrate 100 an insulation layer at the bottom of the trench 160 , for example an oxide, made with sections 162 this insulating layer, on the monocrystalline semiconductor layer 132 are arranged to form the actual gate insulation or the actual gate oxide. The insulation layer 160 For example, it is made of a thermal oxide prepared by an annealing step in which the assembly is heated to an oxidation temperature for a predetermined period of time. Preferably, at the bottom of the trench 114 a thicker insulation layer on the semiconductor substrate 100 as on the monocrystalline semiconductor layer 132 generated at the trench sidewalls. The production of this thick insulation layer is effected, for example, by implantation of argon ions in the semiconductor substrate 100 before carrying out the oxidation step.
Davon
ausgehend, dass die Hilfsschicht 112 aus einem Oxid besteht,
wächst
die Oxidschicht während
des Oxidationsschrittes sowohl auf den Halbleiterbereichen als auch
auf der Hilfsschicht 112 auf. Die gestrichelte Linie in 1g zeigt
schematisch die Oberkante der Hilfsschicht 112 vor Durchführung des Oxidationsschrittes.Assuming that the auxiliary layer 112 is an oxide, the oxide layer grows on both the semiconductor regions and the auxiliary layer during the oxidation step 112 on. The dashed line in 1g schematically shows the upper edge of the auxiliary layer 112 before carrying out the oxidation step.
Nach
Herstellen der Oxidschicht 160 wird die Gate-Elektrode 140 hergestellt.
Hierzu wird beispielsweise eine Schicht aus Elektrodenmaterial auf die
Anordnung abgeschieden, um insbesondere die Gräben 114 mit Elektrodenmaterial
aufzufüllen.
Anschließend
wird das Elektrodenmaterial, beispielsweise hochdotiertes Polysilizium,
zurückgeätzt, um
in den Gräben 114 angeordnete
Gate-Elektroden 140 zu erhalten, was im Ergebnis in 1g dargestellt ist.After making the oxide layer 160 becomes the gate electrode 140 produced. For this purpose, for example, a layer of electrode material is deposited on the arrangement, in particular the trenches 114 filled with electrode material. Subsequently, the electrode material, for example highly doped polysilicon, is etched back to be in the trenches 114 arranged gate electrodes 140 to get what is in result in 1g is shown.
Die
Gate-Elektrode 140 wurde dabei so hergestellt, dass deren
dem Substrat 100 abgewandte Oberseite unterhalb des dem
Substrat 100 abgewandten Endes der Halbleiterschicht 132 endet,
d. h. die Halbleiterschicht 132 ragt nach oben über die Gate-Elektrode 140 hinaus.The gate electrode 140 was made so that the substrate 100 opposite upper side below the substrate 100 remote end of the semiconductor layer 132 ends, ie the semiconductor layer 132 protrudes upwards over the gate electrode 140 out.
Abschließend wird
die Isolationsschicht 160 teilweise von der Halbleiterschicht 132 entfernt,
so dass die verbleibenden Abschnitte der Isolierschicht 160 ausschließlich zwischen
der Gate-Elektrode 140 und der Halbleiterschicht 132 bzw.
zwischen der Gate-Elektrode 140 und dem Halbleitersubstrat 100 angeordnet
sind. Die Isolationsschicht 160 wird dabei zwischen der
Gate-Elektrode 140 und der Halbleiterschicht 132 vorzugsweise
etwas zurückgeätzt, so dass
die Oberkante der Isolationsschicht 162 unterhalb der Oberkante
der kristallinen Halbleiterschicht 132 liegt. Die Anordnung
nach Durchführung
dieser Verfahrensschritte zur teilweisen Entfernung der Isolationsschicht
ist in 1h dargestellt.Finally, the insulation layer 160 partly from the semiconductor layer 132 removed, leaving the remaining portions of the insulating layer 160 exclusively between the gate electrode 140 and the semiconductor layer 132 or between the gate electrode 140 and the semiconductor substrate 100 are arranged. The insulation layer 160 is doing between the gate electrode 140 and the semiconductor layer 132 preferably etched back slightly so that the top edge of the insulation layer 162 below the upper edge of the crystalline semiconductor layer 132 lies. The arrangement after performing these method steps for the partial removal of the insulating layer is in 1h shown.
Bezug
nehmend auf 1i wird eine weitere, beispielsweise
aus Nitrid gebildete Schutzschicht 150, auf die Anordnung
abgeschieden, die als Schutzschicht für die Gate-Elektrode 140 während weiterer
Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens dient. Die Dicke
dieser abgeschiedenen Schutzschicht 150 ist vorzugsweise
größer als
die Hälfte
des Abstandes zwischen gegenüberliegenden einkristallinen
Halbleiterschichten 132 an gegenüberliegenden Seitenwänden 115 des
Grabens 114. Da die Halbleiterschicht 132, auf
deren Seitenflächen
die Schutzschicht 150 ebenfalls gleichmäßig abgeschieden wird, nach
oben über
die Gate-Elektrode 140 hinausragt, resultiert hieraus eine
Dicke der Schutzschicht 150 oberhalb der Gate-Elektrode 140,
die mehr als doppelt so groß ist,
wie die Dicke der Schutzschicht an einer planaren, keine Erhebung aufweisenden
Fläche.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Breite des
Grabens 114 geringer ist als die Breite des zwischen zwei
Gräben verbleibenden
säulenförmigen Abschnittes 112 der Hilfsschicht,
wodurch oberhalb des säulenförmigen Hilfsschichtabschnittes 112 ein
dünnerer
Abschnitt 154 der Schutzschicht 150 resultiert,
als oberhalb der Gate-Elektrode 140. Die Schutzschicht 150 wird
anschließend
isotrop zurückgeätzt, wodurch
die Schutzschicht 150 oberhalb der säulenförmigen Abschnitte 112 der
Hilfsschicht vollständig
entfernt wird, und wodurch ein Bereich 152 der Schutzschicht
oberhalb der Gate-Elektrode 140 verbleibt, was im Ergebnis
in 1k dargestellt ist.Referring to 1i becomes another, for example, nitrile formed protective layer 150 , deposited on the arrangement, serving as a protective layer for the gate electrode 140 during further process steps of the method according to the invention. The thickness of this deposited protective layer 150 is preferably greater than half the distance between opposed monocrystalline semiconductor layers 132 on opposite side walls 115 of the trench 114 , As the semiconductor layer 132 on whose side surfaces the protective layer 150 is also deposited evenly, up over the gate electrode 140 protrudes, resulting in a thickness of the protective layer 150 above the gate electrode 140 which is more than twice the thickness of the protective layer on a planar, non-protrusive surface. In this context, it should be noted that the width of the trench 114 is less than the width of the remaining between two trenches columnar portion 112 the auxiliary layer, whereby above the columnar auxiliary layer section 112 a thinner section 154 the protective layer 150 results than above the gate electrode 140 , The protective layer 150 is then etched back isotropically, whereby the protective layer 150 above the columnar sections 112 the auxiliary layer is completely removed and creating an area 152 the protective layer above the gate electrode 140 remains in the result in 1k is shown.
Die
in 1k dargestellte Bauelementstruktur eignet sich
sowohl zur Realisierung selbstsperrender MOSFET als auch zur Realisierung
selbstleitender MOSFET. Die weiteren Verfahrensschritte zur Herstellung
des Bauelementes werden dabei zunächst für die Herstellung eines selbstsperrenden MOSFET
erläutert,
der eine Body-Zone aufweist, die komplementär zu dessen Source-Zone und Drain-Zone
dotiert ist.In the 1k shown component structure is suitable both for the realization of self-blocking MOSFET and to implement self-conducting MOSFET. The further method steps for the production of the component are first explained for the production of a self-blocking MOSFET, which has a body zone which is doped complementary to its source zone and drain zone.
Wie
bereits erläutert
wurde, bildet das Halbleitersubstrat 100 einen Teil der
Drain-Zone bzw. der Driftzone des Bauelementes. Wie aus 1k ersichtlicht
ist, ist die Gate-Elektrode 140 in
vertikaler Richtung des Bauelementes beabstandet zu dem Halbleitersubstrat 100 angeordnet.
Bei geeigneter Ansteuerung der Gate-Elektrode 140 kann
sich in der einkristallinen Halbleiterschicht 132 eine
Anreicherungszone im wesentlichen in dem Bereich ausbilden, der
sich in vertikaler Richtung entlang der Gate-Elektrode 140 erstreckt.
In einem Abschnitt 134 der Halbleiterschicht 132,
der in vertikaler Richtung zwischen der Unterkante der Gate-Elektrode 140 und dem
Halbleitersubstrat 100 liegt, kann sich bei geeigneter
Ansteuerung der Gate-Elektrode nur in geringem Maß eine solche
Anreicherungszone ausbilden. Vorteilhafterweise wird dieser Abschnitt 134 der Halbleiterschicht 132 zwischen
dem Substrat 100 und der Unterkante der Gate-Elektrode 140 daher
mit Dotierstoffatomen desselben Leitfähigkeitstyps wie das Halbleitersubstrat 100 dotiert.
Zur Herstellung dieser Halbleiterzone 134 wird vorzugsweise
ein Temperschritt durchgeführt,
während
dem die Anordnung für
eine vorgegebene Dauer auf eine geeignete Diffusionstemperatur aufgeheizt
wird, wodurch Dotierstoffatome aus dem Halbleitersubstrat 100 nach oben
in die Halbleiterschicht 132 diffundieren.As already explained, the semiconductor substrate forms 100 a part of the drain zone or the drift zone of the device. How out 1k is seen, is the gate electrode 140 in the vertical direction of the component spaced from the semiconductor substrate 100 arranged. With suitable control of the gate electrode 140 may be in the monocrystalline semiconductor layer 132 form an enrichment zone substantially in the region extending in the vertical direction along the gate electrode 140 extends. In a section 134 the semiconductor layer 132 moving in the vertical direction between the bottom edge of the gate electrode 140 and the semiconductor substrate 100 If the gate electrode is suitably actuated, only such an enrichment zone can form to a small extent. Advantageously, this section 134 the semiconductor layer 132 between the substrate 100 and the bottom edge of the gate electrode 140 therefore with dopant atoms of the same conductivity type as the semiconductor substrate 100 doped. For the production of this semiconductor zone 134 For example, an annealing step is preferably performed during which the assembly is heated to a suitable diffusion temperature for a predetermined duration, thereby removing dopant atoms from the semiconductor substrate 100 up into the semiconductor layer 132 diffuse.
Ein
Abschnitt 135 der Halbleiterschicht 132, der in
lateraler Richtung benachbart zu der Gate-Elektrode 140 liegt,
ist bei einem selbstsperrenden MOSFET komplementär zu dem Halbleitersubstrat 100 dotiert
und bildet die eigentliche Body-Zone des Bauelements, in der sich
bei geeigneter Ansteuerung der Gate- Elektrode 140 eine Anreicherungszone
ausbildet. Zur Herstellung dieser komplementär dotierten Halbleiterzone 135 besteht
die Möglichkeit, bereits
die abgeschiedene amorphe Halbleiterschicht 130 (vgl. 1d)
in-situ mit zu dem Halbleitersubstrat 100 komplementären Dotierstoffatomen
zu dotieren. Zur Herstellung einer p-dotierten Halbleiterschicht 132 kann
diese beispielsweise in-situ mit Boratomen dotiert sein.A section 135 the semiconductor layer 132 in the lateral direction adjacent to the gate electrode 140 is, is self-locking the MOSFET complementary to the semiconductor substrate 100 doped and forms the actual body zone of the device, in which, with suitable control of the gate electrode 140 forms an enrichment zone. For the preparation of this complementary doped semiconductor zone 135 there is the possibility already the deposited amorphous semiconductor layer 130 (see. 1d ) in-situ with the semiconductor substrate 100 Doping complementary dopant atoms. For producing a p-doped semiconductor layer 132 This may be doped in-situ with boron atoms, for example.
Des
Weiteren besteht die Möglichkeit,
die Halbleiterzone 135 nach Herstellen der Schutzschicht 152 auf
der Gate-Elektrode 140 durch ein Implantationsverfahren
herzustellen. Hierbei werden Dotierstoffatome von oben in die Halbleiterschicht 132 implantiert
und anschließend
mittels eines Temperschrittes aktiviert.Furthermore, there is the possibility of the semiconductor zone 135 after making the protective layer 152 on the gate electrode 140 by an implantation process. Here, dopant atoms from above into the semiconductor layer 132 implanted and then activated by means of a heat treatment step.
Vorzugsweise
erfolgt die Herstellung der die Body-Zone bildenden Halbleiterzone 135 derart, dass
sie einen Gradienten der Dotierungskonzentration derart aufweist,
dass die Dotierungskonzentration in lateraler Richtung ausgehend
von der Isolationsschicht 162 zunimmt.The production of the semiconductor zone forming the body zone preferably takes place 135 such that it has a gradient of the doping concentration such that the doping concentration in the lateral direction starting from the insulating layer 162 increases.
Die
Herstellung einer, vorzugsweise hochdotierten, weiteren Halbleiterzone 133 desselben
Leitungstyps wie des Substrats 100, die die Source-Zone
des Bauelements bildet, erfolgt vorzugsweise ebenfalls mittels eines
Implantationsverfahrens, bei dem Dotierstoffatome von oben in die
Halbleiterschicht 132 implantiert und anschließend mittels
eines Temperschrittes aktiviert werden. Die Eindringtiefe der Dotierstoffatome
bei Implantationsverfahren ist in hinlänglich bekannter Weise über die
Implantationsenergie einstellbar, wobei die Implantationsenergie
zur Herstellung der tiefer liegenden Body-Zone 135 höher ist,
als die Implantationsenergie der weiter oben liegenden Source-Zone 133.
Die Source-Zone 133 wird vorzugsweise so hergestellt, dass
sie das Gate-Oxid 162 überlappt,
um sicherzustellen, dass bei leitend angesteuerter Gate-Elektrode 140 eine Anreicherungszone
zwischen der Source-Zone 133 und der Halbleiterzone 134,
die einen Teil der Driftzone bzw. Drain-Zone bildet, in der Halbleiterschicht 132 entsteht.The production of a, preferably highly doped, further semiconductor zone 133 of the same conductivity type as the substrate 100 , which forms the source zone of the component, preferably also takes place by means of an implantation method, wherein the dopant atoms from above into the semiconductor layer 132 implanted and then activated by means of a heat treatment step. The penetration depth of the dopant atoms in implantation method can be set in a well-known manner on the implantation energy, the implantation energy for the production of the deeper body zone 135 is higher than the implantation energy of the higher-lying source zone 133 , The source zone 133 is preferably made to be the gate oxide 162 overlaps to ensure that with gate energized 140 an enrichment zone between the source zone 133 and the semiconductor zone 134 , which forms part of the drift zone or drain zone, in the semiconductor layer 132 arises.
Bei
einem selbstleitenden MOSFET ist die Halbleiterschicht 132 vom
selben Leitungstyp wie das Substrat 100, wobei vorzugsweise
eine höher dotierte
Source-Zone 133 des selben Leitungstyps hergestellt wird.
Auf die Verbindungszone 134 kann hierbei verzichtet werden.
Die Dotierung der Halbleiterschicht 132 mit Dotierstoffatomen
des selben Leitungstyps wie das Substrat 100 kann in erläuterter Weise
bereits bei Abscheidung der amorphen Halbleiterschicht erfolgen,
die in-situ mit
Dotierstoffatomen dotiert sein kann.In a normally-on MOSFET, the semiconductor layer is 132 of the same conductivity type as the substrate 100 , wherein preferably a higher doped source zone 133 of the same conductivity type is produced. On the connection zone 134 can be omitted here. The doping of the semiconductor layer 132 with dopant atoms of the same conductivity type as the substrate 100 can already take place during deposition of the amorphous semiconductor layer, which may be doped in situ with dopant atoms in the manner explained.
Zum
besseren Verständnis
ist in 1k das elektrische Ersatzschaltbild
des nach den bislang erläuterten
Verfahrenschritten vorhandenen selbstsperrenden MOS-Transistors
dargestellt.For better understanding is in 1k the electrical equivalent circuit diagram of the self-blocking MOS transistor present according to the method steps explained so far.
Body-Zone 135 und
Source-Zone 133 sind bei dem Bauelement bis dahin noch
nicht kurzgeschlossen, so dass das Bauelement bei Anlegen einer
Spannung in Rückwärtsrichtung
(Source-Drain-Richtung)
sperrt.Body zone 135 and source zone 133 are not yet short-circuited in the device so far, so that the device blocks when applying a voltage in the reverse direction (source-drain direction).
Vorzugsweise
werden die Source-Zone 133 und die Body Zone 135 in
bekannter Weise kurzgeschlossen. Die weiteren Verfahrensschritte
zur Herstellung eines MOS-Transistors, bei dem Source- und Body-Zone
kurzgeschlossen sind, werden nachfolgend anhand der 1l und 1m erläutert.Preferably, the source zone 133 and the body zone 135 shorted in a known manner. The further method steps for producing a MOS transistor in which the source and body zones are short-circuited are described below with reference to FIG 1l and 1m explained.
Bezug
nehmend auf 1l werden zunächst die
säulenförmigen Abschnitte 112 der
Hilfsschicht entfernt. Hierzu wird beispielsweise ein Ätzverfahren durchgeführt, das
die säulenförmigen Abschnitte 112 der
Hilfsschicht selektiv gegenüber
dem Halbleitermaterial ätzt.
Hierdurch entsteht ein Graben 116 zwischen beabstandet
zueinander angeordneten, sich in vertikaler Richtung der Anordnung
erstreckenden, kristallinen Halbleiterschichten 132. Am
Boden dieses Grabens werden an schließend Dotierstoffatome des zu
dem Halbleitersubstrat 100 komplementären Leitungstyps in das Halbleitersubstrat 100 implantiert und
der Graben 116 wird anschließend mit einem elektrisch leitenden
Material, beispielsweise dotiertem Polysilizium aufgefüllt. Hierdurch
entsteht eine Elektrode 170, die zum Einen die Body-Zone 135 des MOS-Transistors
und zum Anderen die aus der Implantation resultierende Halbleiterzone 106,
die komplementär
zu übrigen
Abschnitten des Halbleitersubstrats 100 dotiert ist, kontaktiert.
Diese Halbleiterzone 106 bildet zusammen mit übrigen Bereichen
des Halbleitersubstrats 100 einen pn-Übergang, und damit eine Diode,
die durch die Anschlusselektrode 170 kontaktiert ist. Zum
besseren Verständnis
sind die Schaltsymbole des MOSFET und der Diode in der in 1m dargestellten
Halbleiteranordnung ebenfalls dargestellt, wobei davon ausgegangen
ist, dass das Halbleitersubstrat 100 n-dotiert ist, und
dass die Halbleiterzone 106 und die Body-Zone 135 entsprechend
p-dotiert sind.Referring to 1l First, the columnar sections 112 removed the auxiliary layer. For this purpose, for example, an etching process is carried out, which is the columnar sections 112 the auxiliary layer selectively etches against the semiconductor material. This creates a ditch 116 between spaced apart, in the vertical direction of the device extending, crystalline semiconductor layers 132 , At the bottom of this trench are at closing dopant atoms of the semiconductor substrate to the 100 complementary conductivity type in the semiconductor substrate 100 implanted and the trench 116 is then filled with an electrically conductive material, such as doped polysilicon. This creates an electrode 170 on the one hand the body zone 135 the MOS transistor and on the other hand resulting from the implantation of the semiconductor zone 106 that is complementary to other portions of the semiconductor substrate 100 is doped, contacted. This semiconductor zone 106 forms together with other areas of the semiconductor substrate 100 a pn junction, and thus a diode passing through the terminal electrode 170 is contacted. For a better understanding, the switching symbols of the MOSFET and the diode are in the in 1m shown semiconductor device, wherein it is assumed that the semiconductor substrate 100 n-doped, and that the semiconductor zone 106 and the body zone 135 are correspondingly p-doped.
Der
Dotierungstyp der Anschlusselektrode 170 ist so gewählt, dass
er dem Dotierungstyp der Body-Zone 135 entspricht. Die
Elektrode 170 ist damit komplementär zu der Source-Zone 133 und
komplementär
der Halbleiterzone 134, die einen Teil der Driftzone bildet,
dotiert. Hierdurch wird verhindert, dass die Elektrode 170 in
dem Graben die Source-Zone 133 und den Driftzonenabschnitt 134 unter Umgehung
der Body-Zone 135 kurzschließt.The doping type of the terminal electrode 170 is chosen to be the doping type of the body zone 135 equivalent. The electrode 170 is thus complementary to the source zone 133 and complementary to the semiconductor zone 134 , which forms part of the drift zone, doped. This will prevent the electrode 170 in the ditch the source zone 133 and the drift zone section 134 bypassing the body zone 135 shorts.
Bezug
nehmend auf Figur in wird abschließend eine Kontaktschicht 180,
beispielsweise eine Metallschicht, auf die Anordnung abgeschieden,
die die Source-Zonen 133 der einzelnen Transistorzellen und
die Elektroden 170 kontaktiert und miteinander verbindet. Über diese
Kontaktschicht 180 wird ein Kurzschluss zwischen der Source-Zone 113 und
der durch die Anschlusselektrode 170 kontaktierten Body-Zone 135 gebildet.
Jeweils eine Transistorzelle umfasst dabei eine der sich ausgehend
von dem Halbleitersubstrat 100 in vertikaler Richtung erstreckenden
einkristallinen Halbleiterschichten 132. Die Kontaktschicht 180 sowie
das Halbleitersubstrat 100, das die Drain-Zone oder Drain-Zone
und Driftzone bildet, ist allen Transistorzellen gemeinsam.Referring to Figure 1, in the end, a contact layer is formed 180 , For example, a metal layer, deposited on the array, the source zones 133 the individual transistor cells and the electrodes 170 contacted and connected with each other. About this contact layer 180 will be a short between the source zone 113 and the through the connection electrode 170 contacted Body Zone 135 educated. In each case, a transistor cell comprises one of them starting from the semiconductor substrate 100 vertically extending monocrystalline semiconductor layers 132 , The contact layer 180 and the semiconductor substrate 100 that forms the drain zone or drain zone and drift zone is common to all transistor cells.
2 veranschaulicht
eine Abwandlung des zuvor anhand von 1 erläuterten
Verfahrens. Bei diesem Verfahren wird nach Entfernen der säulenförmigen Abschnitte 112 der
Hilfsschicht (siehe hierzu Bezugszeichen 112 in 1k)
und vor Herstellen der Anschlusselektrode eine Abstandsschicht 172 (Spacer),
auf die einkristalline Halbleiterschicht 132 im Bereich
des Grabens 116 aufgebracht, die nach Herstellen der Anschlusselektrode,
die in 2 bereits gestrichelt dargestellt ist, verhindert,
dass diese Anschlusselektrode 170 die Source-Zone 133 und die
Body-Zone 135 des MOS-Transistors kurzschließt. Der
Spacer 172, der vorzugsweise noch vor Implantation der
Dotierstoffatome zur Herstellung der Halbleiterzone 106 hergestellt
wird, begrenzt darüber hinaus
die Ausdehnung dieser Halbleiterzone 106 in lateraler Richtung
der Anordnung. Damit sich dabei die Halbleiterzone 106 nicht
in lateraler Richtung bis unter die einkristalline Halbleiterschicht 132 erstreckt,
wird der zur Aktivierung der Halbleiterzone 106 erforderliche
Aktivierungsschritt entsprechend kurz dauernd angewendet. 2 illustrates a modification of the above with reference to 1 explained method. In this method, after removal of the columnar sections 112 the auxiliary layer (see reference numerals 112 in 1k ) and prior to making the terminal electrode a spacer layer 172 (Spacer), on the monocrystalline semiconductor layer 132 in the area of the ditch 116 applied after making the connection electrode, which in 2 already shown in dashed lines, prevents this connection electrode 170 the source zone 133 and the body zone 135 shorted the MOS transistor. The spacer 172 which preferably still before implantation of the dopant atoms for producing the semiconductor zone 106 Moreover, the expansion of this semiconductor zone is limited 106 in the lateral direction of the arrangement. So that thereby the semiconductor zone 106 not in the lateral direction to below the monocrystalline semiconductor layer 132 extends, which is used to activate the semiconductor zone 106 required activation step correspondingly short duration applied.
In
dem in 2 dargestellten Beispiel überdeckt die Abstandsschicht
die Body-Zone 135 und den Driftzonenabschnitt 134 in
dem Graben vollständig
und die Source-Zone 133 abschnittsweise. In nicht näher dargestellter
Weise besteht hierbei auch die Möglichkeit,
die Abstandsschicht 172 so herzustellen, dass dieser die
Source-Zone 133 in dem Graben freilässt und die Body-Zone 135 wenigstens
abschnittsweise freilässt,
den Driftzonenabschnitt 134 jedoch vollständig überdeckt.
Die Anschlusselektrode 170 kontaktiert in diesem Fall die
Source-Zone 133 und die Body-Zone in dem Graben, ist von
dem Driftzonenabschnitt 134 jedoch isoliert. Die Elektrode 170 besteht
vorzugsweise aus einem entarteten, d. h. einem extrem hoch dotierten
Halbleitermaterial oder aus einem Metall.In the in 2 As shown, the spacer layer covers the body zone 135 and the drift zone section 134 in the trench completely and the source zone 133 sections. In a manner not shown here is also possible, the spacer layer 172 to make this the source zone 133 in the ditch leaves and the body zone 135 at least partially releases the drift zone section 134 but completely covered. The connection electrode 170 In this case, contact the source zone 133 and the body zone in the trench is from the drift zone section 134 however isolated. The electrode 170 preferably consists of a degenerate, ie an extremely highly doped semiconductor material or of a metal.
Die
Herstellung der Abstandsschicht 172, die beispielsweise
aus einem Dielektrikum, wie beispielsweise einem Oxid, besteht,
kann dadurch erfolgen, dass eine zur Herstellung der Abstandsschicht geeignete
Schicht (nicht dargestellt) zunächst
ganzflächig
auf den Seitenwänden
und dem Boden des Grabens 116 hergestellt wird und dass
diese Schicht anschließend
anisotrop geätzt
wird, um sie vom Boden des Grabens zu entfernen. Während eines
solchen anisotropen Ätzverfahrens
wird die Schicht von oben her auch an den Seitenwänden des
Grabens entfernt. Die am Ende des Ätzschrittes vorhandene Höhe der Abstandsschicht 172,
bezogen auf den Boden des Grabens, ist dabei um so geringer, je
länger geätzt wird.
Um eine Abstandsschicht 172 zu erhalten, die im wesentlichen
nur den Driftzonenabschnitt überdeckt,
ist die Dauer des Ätzverfahrens
länger einzustellen
als bei der Herstellung einer Abstandsschicht, die auch die Body-Zone 135 vollständig überdeckt.The preparation of the spacer layer 172 , which consists for example of a dielectric, such as an oxide, can be effected in that a suitable for the preparation of the spacer layer layer (not shown) initially over the entire surface on the side walls and the bottom of the trench 116 and that this layer is then anisotropically etched to remove it from the bottom of the trench. During such an anisotropic etching process, the layer is also removed from above on the sidewalls of the trench. The height of the spacer layer present at the end of the etching step 172 , relative to the bottom of the trench, is the lower the longer it is etched. To a spacer layer 172 to obtain, which covers only the drift zone section substantially, the duration of the etching process is to be set longer than in the production of a spacer layer, which is also the body zone 135 completely covered.
Die
zu Beginn des Verfahrens in der Hilfsschicht 110 hergestellten
Gräben 114 verlaufen
in einer Richtung senkrecht zu der Zeichenebene vorzugsweise langgestreckt,
woraus ein Transistorbauelement mit sogenannten Streifenzellen resultiert,
d. h. Transistorzellen, bei denen die Gate-Elektroden 140 streifenförmig langgestreckt
in den Gräben 114 verlaufen.The at the beginning of the process in the auxiliary layer 110 prepared trenches 114 extend in a direction perpendicular to the plane preferably elongated, resulting in a transistor device with so-called stripe cells results, ie transistor cells in which the gate electrodes 140 stripe-shaped elongated in the trenches 114 run.
3a zeigt
einen Querschnittsdarstellung des Bauelements gemäß Figur
in in einer Schnittebene A-A, woraus der streifenförmige Verlauf
der einzelne Transistorzellen deutlich wird. 3a shows a cross-sectional view of the device according to Figure in a sectional plane AA, from which the strip-shaped course of the individual transistor cells is clear.
Vorzugsweise
erfolgt die Herstellung der Gräben 114 in
der Hilfsschicht 110 derart, dass die Gräben abschnittsweise
verbreitert gegenüber übrigen Abschnitten
verlaufen. Hieraus resultiert eine Gate-Elektrode 140,
die lokal gegenüber übrigen Abschnitten
der Gate-Elektrode in lateraler Richtung verbreitert ist. In diesem
verbreiterten Abschnitt 142 ist die Gate-Elektrode von oben
kontaktierbar, wie nachfolgend anhand der 3b und 3c erläutert wird.Preferably, the trenches are made 114 in the auxiliary layer 110 in such a way that the trenches extend widened in sections compared to other sections. This results in a gate electrode 140 which is widened locally relative to other portions of the gate electrode in the lateral direction. In this widened section 142 the gate electrode is contactable from above, as described below with reference to 3b and 3c is explained.
3b zeigt
einen Querschnitt durch den verbreiterten Abschnitt 142 der
Gate-Elektrode nach Abscheiden der Schutzschicht 150. Wegen
der größeren Breite
des Grabens bzw. der Gate-Elektrode 140 in diesem Abschnitt 142 weist
die Schutzschicht 150 einen Bereich 156 geringerer
Dicke als über schmalen
Abschnitten der Gate-Elektrode 140 auf. Dieser dünnere Bereich 156 führt dazu,
dass bei dem nachfolgenden Ätzschritt
die Schutzschicht 150 oberhalb des verbreiterten Bereiches 142 der
Gate-Elektrode 140 entfernt wird, was im Ergebnis in 3c dargestellt
ist. Die Gate-Elektrode ist in diesem Bereich von oben kontaktierbar
bzw. über
eine geeignete Verbindungsschicht mit den anderen Gate-Elektroden
des Bauelements kurzschließbar.
Indem die Schutzschicht 150 oberhalb des verbreiterten
Bereiches 142 der Gate-Elektrode 140 zumindest
abschnittweise entfernt wird, erfolgt die Kontaktierung der Gate-Elektroden
selbstjustierend. Die Breite des Grabens bzw. der Gate-Elektrode 140 im
Bereich 142 der Gate-Elektrode
beträgt
bevorzugt mehr als das doppelte der Dicke der Schutzschicht 150,
da hierdurch die Ausbildung des Grabens 156 begünstigt wird. 3b shows a cross section through the widened section 142 the gate electrode after deposition of the protective layer 150 , Because of the greater width of the trench or the gate electrode 140 In this section 142 has the protective layer 150 an area 156 Thinner thickness than over narrow portions of the gate electrode 140 on. This thinner area 156 causes the protective layer in the subsequent etching step 150 above the widened area 142 the gate electrode 140 is removed, which results in 3c is shown. The gate electrode can be contacted from above in this region or can be short-circuited via a suitable connection layer with the other gate electrodes of the component. By the protective layer 150 above the widened area 142 the gate electrode 140 is removed at least in sections, the contact takes place the gate electrodes self-adjusting. The width of the trench or the gate electrode 140 in the area 142 the gate electrode is preferably more than twice the thickness of the protective layer 150 , as a result of the formation of the trench 156 is favored.
Eine
weitere Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines MOS-Transistors mit reduzierter Gate-Drain-Kapazität wird nachfolgend
anhand von 4 erläutert.A further embodiment of the method according to the invention for producing a MOS transistor with a reduced gate-drain capacitance is described below with reference to FIG 4 explained.
Ausgangspunkt
des Verfahrens bildet die Bereitstellung eines Halbleitersubstrats 200,
das entsprechend des zuvor erläuterten
Halbleitersubstrats 100 entweder homogen dotiert sein kann
oder gegebenenfalls mehrere unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten
oder -zonen umfassen kann. Auf dieses Halbleitersubstrat 200 wird
eine Hilfsschicht 210 aufge bracht, was im Ergebnis in 4a dargestellt
ist. Die Hilfsschicht 210 ist vorzugsweise selektiv gegenüber dem
Halbleitersubstrat 200 ätzbar
und besteht beispielsweise aus einem thermisch aufgewachsenen Oxid
oder einem abgeschiedenen Oxid, wie beispielsweise TEOS. Die Dicke
dieser Hilfsschicht 210 beträgt beispielsweise zwischen
1 μm und
5 μm.The starting point of the method is the provision of a semiconductor substrate 200. according to the semiconductor substrate explained above 100 may be either homogeneously doped or may optionally comprise a plurality of differently doped semiconductor layers or zones. On this semiconductor substrate 200. becomes an auxiliary layer 210 brought in what resulted in 4a is shown. The auxiliary layer 210 is preferably selective to the semiconductor substrate 200. Etchable and consists for example of a thermally grown oxide or a deposited oxide, such as TEOS. The thickness of this auxiliary layer 210 is for example between 1 micron and 5 microns.
Diese
Hilfsschicht 210 wird anschließend strukturiert, um Gräben 213 zu
erzeugen, die in vertikaler Richtung der dargestellten Anordnung
bis an das Halbleitersubstrat 200 reichen. Diese Gräben 213 verlaufen
in einer Richtung senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene langgestreckt,
sind in dieser Richtung also wesentlich länger als die Grabenbreite ausgebildet.
Zwischen benachbarten Gräben 213 der Hilfsschicht 210 verbleiben
nach dem Strukturieren säulenförmige Abschnitte 211,
die in einer Richtung senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene
ebenfalls langgestreckt verlaufend ausgebildet sind.This auxiliary layer 210 is then structured to ditches 213 in the vertical direction of the arrangement shown up to the semiconductor substrate 200. pass. These trenches 213 extend in a direction perpendicular to the plane of the drawing shown elongated, so much longer than the trench width are formed in this direction. Between adjacent ditches 213 the auxiliary layer 210 remain after structuring columnar sections 211 which are also formed elongated in a direction perpendicular to the plane of the drawing shown.
Die
Strukturierung der Hilfsschicht 210 zur Herstellung der
Gräben 213 bzw.
der säulenförmigen Abschnitte 211 ist
im Ergebnis in 4b dargestellt und erfolgt in
einer bereits anhand der 1b und 1c erläuterten
Weise beispielsweise unter Verwendung einer strukturierten Maskenschicht 300.The structuring of the auxiliary layer 210 for the production of the trenches 213 or the columnar sections 211 is in result in 4b shown and takes place in an already using the 1b and 1c explained, for example, using a patterned mask layer 300 ,
Wie
in 4c dargestellt ist, wird anschließend in
den in der Hilfsschicht 210 erzeugten Gräben 213 eine
einkristalline Halbleiterzone 230 auf dem Halbleitersubstrat 200 erzeugt.
Diese Halbleiterzone 230 bildet abschnittsweise die spätere Body-Zone des
Bauelements. Zur Herstellung eines selbstsperrenden MOS-Transistors
ist diese Halbleiterzone 230 komplementär zu dem Halbleitersubstrat 200 dotiert, während sie
zur Herstellung eines selbstleitenden MOS-Transistors vom gleichen
Leitungstyp wie das Halbleitersubstrat 200 ist. Die Herstellung
dieser einkristallinen Halbleiterzone 230 auf dem Halbleitersubstrat 200 erfolgt
beispielsweise mittels eines selektiven Epitaxieverfahrens.As in 4c is then in the in the auxiliary layer 210 created trenches 213 a single crystal semiconductor zone 230 on the semiconductor substrate 200. generated. This semiconductor zone 230 forms in sections the later body zone of the component. For producing a self-locking MOS transistor, this semiconductor zone 230 complementary to the semiconductor substrate 200. while producing a self-conducting MOS transistor of the same conductivity type as the semiconductor substrate 200. is. The production of this monocrystalline semiconductor zone 230 on the semiconductor substrate 200. for example, by means of a selective epitaxy.
In
nächsten
Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 4d dargestellt
ist, wird zur Herstellung der späteren
Source-Zone des
Bauelements eine hochdotierte Halbleiterschicht, beispielsweise
hochdotiertes Polysilizium, abgeschieden und anschließend selektiv
geätzt,
so dass Abschnitte dieser hochdotierten Halbleiterschicht an Seitenwänden der
säulenförmigen Hilfsschicht-Abschnitte 211,
die die einkristalline Halbleiterschicht 230 nach oben
hin überragen,
verbleiben. Diese hochdotierten Zonen sind in 4d mit
dem Bezugszeichen 233 bezeichnet.In next process steps, the result in 4d In order to produce the later source zone of the component, a highly doped semiconductor layer, for example highly doped polysilicon, is deposited and subsequently selectively etched so that portions of this highly doped semiconductor layer are provided on sidewalls of the columnar auxiliary layer sections 211 containing the monocrystalline semiconductor layer 230 tower over, remain. These heavily doped zones are in 4d with the reference number 233 designated.
Das Ätzen der
zuvor abgeschiedenen, nicht näher
dargestellten hochdotierten Halbleiterschicht zur Erzeugung dieser
Halbleiterzonen 233 erfolgt vorzugsweise derart, dass die
einkristalline Halbleiterzone 230 in Bereichen, in denen
die Halbleiterzonen 233 nicht angeordnet sind, etwas zurückgeätzt wird.The etching of the previously deposited, not shown highly doped semiconductor layer for producing these semiconductor zones 233 is preferably such that the monocrystalline semiconductor zone 230 in areas where the semiconductor zones 233 are not arranged, something is etched back.
In
nächsten
Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 4e dargestellt
ist, werden die nach der ersten Strukturierung verbliebenen säulenförmigen Abschnitte 211 der
Hilfsschicht entfernt, wodurch Gräben 215 zwischen benachbarten
einkristallinen Halbleiterzonen 230 entstehen. Die Entfernung
dieser Abschnitte 211 der Hilfsschicht erfolgt vorzugsweise
mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens.In next process steps, the result in 4e is shown, the remaining after the first structuring columnar sections 211 removed the auxiliary layer, creating trenches 215 between adjacent single crystal semiconductor zones 230 arise. The removal of these sections 211 the auxiliary layer is preferably carried out by means of a wet-chemical etching process.
Anschließend wird
eine Isolationsschicht 260 auf den nach dem Entfernen der
säulenförmigen Abschnitte 211 der
Hilfsschicht freiliegenden Abschnitten der Halbleiterzonen, d. h.
auf dem Halbleitersubstrat 211 am Boden der Gräben 215,
an den Seitenwänden
der Halbleiterzone 230 in den Gräben sowie auf der hochdotierten
Halbleiterschicht 230, erzeugt. Diese Isolationsschicht 260 bildet
abschnittsweise die spätere
Gate-Isolation des
Bauelements. Diese Isolationsschicht 260 ist beispielsweise
eine Oxidschicht, die hergestellt wird, indem das Bauelement für eine vorgegebene
Zeitdauer auf eine vorge gebene Oxidationstemperatur aufgeheizt wird,
wodurch freiliegende Bereiche der Halbleiterzonen oxidiert werden.Subsequently, an insulation layer 260 on the after removing the columnar sections 211 the auxiliary layer exposed portions of the semiconductor regions, ie on the semiconductor substrate 211 at the bottom of the trenches 215 , on the sidewalls of the semiconductor zone 230 in the trenches as well as on the highly doped semiconductor layer 230 , generated. This isolation layer 260 partially forms the later gate insulation of the device. This isolation layer 260 For example, an oxide layer is formed by heating the device for a predetermined period of time to a pre-given oxidation temperature, whereby exposed areas of the semiconductor zones are oxidized.
In
die Gräben
zwischen den säulenförmigen Halbleiterzonen 230 wird
anschließend
ein Elektrodenmaterial eingebracht, das die spätere Gate-Elektrode 240 des
Bauelements bildet. Das Einbringen dieses Elektrodenmaterials erfolgt
beispielsweise durch Abscheiden einer Elektrodenschicht auf der Anordnung
und Zurückätzen der
Elektrodenschicht soweit, bis nur noch die Gräben 215 mit Elektrodenmaterial
aufgefüllt
sind. Das Elektrodenmaterial ist beispielsweise ein hochdotiertes
Polysilizium.Into the trenches between the columnar semiconductor zones 230 Subsequently, an electrode material is introduced, which is the later gate electrode 240 of the component forms. The introduction of this electrode material takes place, for example, by depositing an electrode layer on the arrangement and etching back the electrode layer until only the trenches remain 215 filled with electrode material. The electrode material is, for example, a highly doped polysilicon.
Ein
Querschnitt durch die Anordnung nach Herstellung der Gate-Elektrode 240 ist
in 4f dargestellt.A cross section through the arrangement after production of the gate electrode 240 is in 4f is posed.
4g zeigt
die Anordnung im Querschnitt nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte,
bei denen die Anordnung für
eine vorgegebene Zeitdauer auf eine Oxidations- und Diffusionstemperatur
aufgeheizt wird. In Folge dieses Temperaturschrittes diffundieren
Dotierstoffatome aus den hochdotierten Halbleiterzonen 233,
die polykristalline Halbleiterzonen sein können, in die einkristalline
Halbleiterzone 230 ein, um die eigentlichen Source-Zonen 234 des Bauelements
zu bilden. Außerdem
diffundieren Dotierstoffatome aus dem Halbleitersubstrat 200 nach oben
in die einkristalline Halbleiterzone 230 ein. Die Tiefe,
mit der die Dotierstoffatome von unten in die einkristalline Halbleiterzonen 230 eindiffundieren,
bestimmt den sogenannten Gate-Drain-Überlapp und damit die Gate-Drain-Kapazität des Bauelements. Dieser
Gate-Drain-Überlapp
kann insbesondere über die
Dauer des Temperaturschrittes und die Dotierungskonzentration des
Halbleitersubstrats 200 eingestellt werden. Des weiteren
entsteht insbesondere an der Oberseite der Gate-Elektrode 240 eine
Oxidschicht, die die Isolationsschicht 260 vergrößert. Da das
Wachstum derartiger Oxidschichten über dotiertem, insbesondere über stark
dotiertem Halbleitermaterial besonders ausgeprägt ist, ist der Ab schnitt der
Isolationsschicht 260 an der Oberseite der Gate-Elektrode 240 vorzugsweise
dicker als über
der einkristallinen Halbleiterzone 230 und über den
hochdotierten Zonen 233. 4g shows the arrangement in cross section after performing further process steps in which the arrangement is heated for a predetermined period of time to an oxidation and diffusion temperature. As a result of this temperature step, dopant atoms diffuse out of the highly doped semiconductor zones 233 , which may be polycrystalline semiconductor zones, into the single crystal semiconductor zone 230 one to the actual source zones 234 of the component. In addition, dopant atoms diffuse from the semiconductor substrate 200. up into the single-crystal semiconductor zone 230 one. The depth at which the dopant atoms from below into the monocrystalline semiconductor zones 230 diffuse, determines the so-called gate-drain overlap and thus the gate-drain capacitance of the device. This gate-drain overlap can in particular over the duration of the temperature step and the doping concentration of the semiconductor substrate 200. be set. Furthermore, in particular arises at the top of the gate electrode 240 an oxide layer covering the insulation layer 260 increased. Since the growth of such oxide layers over doped, in particular over heavily doped semiconductor material is particularly pronounced, is from the section of the insulating layer 260 at the top of the gate electrode 240 preferably thicker than over the monocrystalline semiconductor zone 230 and over the heavily doped zones 233 ,
Wie
in 4h dargestellt, wird anschließend die Isolationsschicht 260 oberhalb
der Halbleiterzonen, d. h. oberhalb der einkristallinen Halbleiterzone 230 und
der die Source-Zone
bildenden Halbleiterzonen 233, 234 entfernt, um
anschließend
eine Elektrodenschicht 270 abzuscheiden, die die Source-Elektrode
des Bauelements bildet. Diese Source-Elektrode, die beispielsweise aus einem
hochdotierten Polysilizium besteht, schließt die Body-Zone 230 und
die Source-Zone 233, 234 kurz.
Die Elektrodenschicht 270 ist isoliert gegenüber der
Gate-Elektrode 240 angeordnet. Da – wie oben erläutert – der Abschnitt
der Isolationsschicht 260 an der Oberseite der Gate-Elektrode 240 dicker
ausgebildet sein kann als über
der einkristallinen Halbleiterzone 230 bzw. über den
hochdotierten Zonen 233, kann die Isolationsschicht 260 auf
einfache Weise, z. B. mittels eines ätztechnisches Verfahrens, teilweise
so entfernt werden, dass sie oberhalb der einkristallinen Halbleiterzone 230 und
oberhalb der die Source-Zone bildenden Halbleiterzonen 233, 234 vollständig abgetragen ist,
während
oberhalb der Gate-Elektrode 240 ein diese isolierender
Abschnitt der Isolationsschicht 260 verbleibt.As in 4h is shown, then the insulation layer 260 above the semiconductor zones, ie above the monocrystalline semiconductor zone 230 and the source zone forming semiconductor zones 233 . 234 removed, then an electrode layer 270 to deposit, which forms the source electrode of the device. This source electrode, which consists for example of a heavily doped polysilicon, closes the body zone 230 and the source zone 233 . 234 short. The electrode layer 270 is isolated from the gate electrode 240 arranged. Since - as explained above - the section of the insulation layer 260 at the top of the gate electrode 240 may be thicker than over the monocrystalline semiconductor zone 230 or over the heavily doped zones 233 , the insulation layer can 260 in a simple way, for. Example, by means of an etching process, partially removed so that they are above the monocrystalline semiconductor zone 230 and above the source zone forming semiconductor zones 233 . 234 completely eroded while above the gate electrode 240 an insulating section of the insulating layer 260 remains.
Anhand
von 5 wird nachfolgend eine Abwandlung
des Herstellungsverfahrens gemäß 4 erläutert,
bei dem neben einer Gate-Elektrode 240 auch eine Feldelektrode
hergestellt wird. Bezug nehmend auf 5a wird
in die Hilfsschicht 210 hierzu eine elektrisch leitende
Schicht 244 eingebettet, die abschnittsweise die spätere Feldelektrode
bildet. Hierzu wird zunächst
ein erster Abschnitt 210A der Hilfsschicht 210 auf
das Halbleitersubstrat 200 aufgebracht, wobei die Hilfsschicht 210 beispielsweise ein
thermisches Oxid oder ein abgeschiedenes Oxid ist. Auf diesen ersten
Abschnitt 210A wird anschließend die Elektrodenschicht 244 aufgebracht,
auf die wiederum ein weiterer, im Vergleich zum ersten Abschnitt 210A wesentlich
dickerer Abschnitt 210B der Hilfsschicht 210 aufgebracht
wird.Based on 5 is a modification of the manufacturing method according to 4 explained in which, in addition to a gate electrode 240 also a field electrode is produced. Referring to 5a gets into the auxiliary layer 210 For this purpose, an electrically conductive layer 244 embedded, which forms sections of the later field electrode. For this purpose, first a first section 210A the auxiliary layer 210 on the semiconductor substrate 200. applied, wherein the auxiliary layer 210 for example, a thermal oxide or a deposited oxide. On this first section 210A then becomes the electrode layer 244 applied, in turn, another, compared to the first section 210A much thicker section 210B the auxiliary layer 210 is applied.
Die
Hilfsschicht 210 und die Elektrodenschicht 244 werden
anschließend
gemeinsam strukturiert, um Gräben 213 zu
erzeugen, die bis an das Halbleitersubstrat 200 reichen.
Die Anordnung ist in 5b nach Durchführung dieser
Verfahrensschritte dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 211A ist
in 5b ein unterer Abschnitt des verbliebenen Abschnittes 210A der
Hilfsschicht und mit dem Bezugszeichen 211B ist ein oberer
Abschnitt des verbliebenen Abschnitts 210B der Hilfsschicht
bezeichnet. Das Bezugszeichen 245 bezeichnet den zwischen den
Abschnitten 210A und 210B der Hilfsschicht 210 verbliebenen
Abschnitt der Elektrodenschicht 214.The auxiliary layer 210 and the electrode layer 244 are then structured together to trenches 213 to generate, which up to the semiconductor substrate 200. pass. The arrangement is in 5b shown after performing these steps. With the reference number 211A is in 5b a lower portion of the remaining section 210A the auxiliary layer and the reference numeral 211B is an upper portion of the remaining portion 210B the auxiliary layer. The reference number 245 denotes the between the sections 210A and 210B the auxiliary layer 210 remaining portion of the electrode layer 214 ,
Anschließend werden
in bereits erläuterter Weise
in den Gräben 213 einkristalline
Halbleiterzonen 235 und 230 hergestellt, was im
Ergebnis in 5c dargestellt ist. Die Halbleiterzone 235 kann beispielsweise
die Bodyzone eines MOSFET bilden. Dabei ist die Grenzfläche zwischen
der Halbleiterzone 235 und der Halbleiterzone 230 weiter
vom Substrat beabstandet als die Grenzfläche zwischen dem Abschnitt 245 der
Elektrodenschicht 244 und dem Abschnitt 211B des
Hilfsschichtabschnitts 210B.Subsequently, in already explained manner in the trenches 213 single crystal semiconductor zones 235 and 230 produced, which resulted in 5c is shown. The semiconductor zone 235 can for example form the body zone of a MOSFET. Here, the interface between the semiconductor zone 235 and the semiconductor zone 230 further apart from the substrate than the interface between the section 245 the electrode layer 244 and the section 211B the auxiliary layer portion 210B ,
An
das Herstellen dieser einkristallinen Halbleiterzonen 230 schließt sich
das Herstellen der hochdotierten Halbleiterschichten 233 im
oberen Bereich der oberen Hilfsschichtabschnitte 211B an,
die die einkristallinen Halbleiterzonen 230 zuvor nach oben
hin überragt
haben. Das Ergebnis der entsprechenden Verfahrensschritte ist in 5d gezeigt.To the production of these monocrystalline semiconductor zones 230 Closes the production of highly doped semiconductor layers 233 in the upper region of the upper auxiliary layer sections 211B on which the monocrystalline semiconductor zones 230 previously towered above. The result of the corresponding process steps is in 5d shown.
Anschließend werden
die oberen Abschnitte 211B der Hilfsschicht, d. h. die
oberhalb der Elektrodenabschnitte 245 angeordneten Abschnitte 211B der
Hilfsschicht 210 entfernt, was beispielsweise mittels eines
nasschemischen Ätzverfahrens
erfolgt. Das Ätzen
der Hilfsschicht erfolgt vorzugsweise selek tiv zu der Elektrodenschicht 245,
wodurch nur der obere Abschnitt 211B der Hilfsschicht,
nicht jedoch die Elektrodenschicht 245 entfernt wird.Subsequently, the upper sections 211B the auxiliary layer, ie the above the electrode sections 245 arranged sections 211B the auxiliary layer 210 removed, which is done for example by means of a wet chemical etching process. The etching of the auxiliary layer is preferably carried out selectively to the electrode layer 245 , whereby only the upper section 211B the auxiliary layer, but not the electrode layer 245 Will get removed.
Nach
dem Entfernen der oberen Abschnitte 211B der Hilfsschicht,
durch das Gräben 215 zwischen
den einkristallinen Halbleiterzonen 230 entstehen, wird
eine Isolationsschicht 260 auf den freiliegenden Halbleiterbereichen
und den nach oben freiliegenden Bereichen der Elektroden 245 erzeugt. Diese
Isolationsschicht 260 ist beispielsweise eine Oxidschicht,
die mittels eines Oxidationsschrittes hergestellt wird. Dieser Oxidationsschritt
wird vorzugsweise bezüglich
Dauer und Temperatur so gesteuert, dass auch eine Oxidschicht zwischen
den einkristallinen Halbleiterzonen 230 und den Elektroden 245 gebildet
wird. Die Dicke der über
den Elektroden 245 abgeschiedenen Bereich der Isolationsschicht 260 und
die Dicke der einkristallinen Halbleiterzone 235 sind so
aufeinander abgestimmt, dass die Oberseite der einkristallinen Halbleiterzone 235 weiter
vom Substrat 200 beabstandet ist als die Oberseite des
auf den Elektroden 245 angeordneten Abschnittes der Isolationsschicht 260.
Das Ergebnis dieser Schritte ist in 5e gezeigt.After removing the upper sections 211B the auxiliary layer, through the trenches 215 between the monocrystalline semiconductor zones 230 entste hen, becomes an insulating layer 260 on the exposed semiconductor areas and the exposed areas of the electrodes 245 generated. This isolation layer 260 is, for example, an oxide layer which is produced by means of an oxidation step. This oxidation step is preferably controlled in terms of duration and temperature so that also an oxide layer between the monocrystalline semiconductor zones 230 and the electrodes 245 is formed. The thickness of the over the electrodes 245 deposited area of the insulation layer 260 and the thickness of the single crystal semiconductor zone 235 are coordinated so that the top of the single-crystal semiconductor zone 235 further from the substrate 200. is spaced as the top of the on the electrodes 245 arranged portion of the insulating layer 260 , The result of these steps is in 5e shown.
An
diesen Oxidationsschritt schließt
sich das Herstellen der Gate-Elektroden 240 in den Gräben 215 oberhalb
der Feldelektroden 245 an, was im Ergebnis in 5f dargestellt
ist. Die zur Herstellung dieser Gate-Elektroden 240 erforderlichen
Verfahrensschritte entsprechen den bereits anhand von 4 erläuterten
Verfahrensschritten.This oxidation step is followed by the production of the gate electrodes 240 in the trenches 215 above the field electrodes 245 at what in result 5f is shown. The for the production of these gate electrodes 240 required process steps correspond to those already based on 4 explained method steps.
Anschließend erfolgt
ein bereits zuvor anhand von 4 erläuterter
Diffusions- und Oxidationsschritt, durch welchen eine Isolationsschicht
auf den nach oben hin freiliegenden Bereichen der Gate-Elektrode 240 erzeugt
wird, und durch welchen Dotierstoffatome aus den hochdotierten Halbleiterzonen 233 in
die einkristalline Halbleiterzone 230 eindiffundieren, um
die Source-Zone 234 des Bauelements zu bilden. Das Ergebnis
dieser Schritte ist in 5g gezeigt.Subsequently, an already previously by means of 4 explained diffusion and oxidation step, through which an insulating layer on the upwardly exposed portions of the gate electrode 240 is generated, and by which dopant atoms from the heavily doped semiconductor regions 233 in the monocrystalline semiconductor zone 230 diffuse to the source zone 234 of the component. The result of these steps is in 5g shown.
Anschließend wird
die Isolationsschicht 260 oberhalb der die Source- und
Body-Zonen bildenden Halbleiterzonen entfernt, bevor eine Elektrodenschicht 270 abgeschieden
wird, die die Body-Zone und die Source-Zonen kurzschließt, was
im Ergebnis in 5h dargestellt ist.Subsequently, the insulation layer 260 above the semiconductor zones forming the source and body zones, before an electrode layer 270 which shorts the body zone and the source zones, resulting in 5h is shown.
-
100100
-
HalbleitersubstratSemiconductor substrate
-
101101
-
Oberfläche des
HalbleitersubstratsSurface of the
Semiconductor substrate
-
102,
104102
104
-
unterschiedlich
dotierte Zone des Halbleitersubstratsdifferently
doped zone of the semiconductor substrate
-
106106
-
komplementär zu dem
Halbleitersubstrat dotierte Halbleiterzonecomplementary to that
Semiconductor substrate doped semiconductor zone
-
110110
-
Hilfsschicht,
OxidschichtAuxiliary layer,
oxide
-
112112
-
säulenförmiger Abschnitt
der Hilfsschichtcolumnar section
the auxiliary layer
-
114114
-
Graben
der Hilfsschichtdig
the auxiliary layer
-
115115
-
Seitenwand
des GrabensSide wall
of the trench
-
116116
-
Grabendig
-
130130
-
HalbleiterschichtSemiconductor layer
-
132132
-
einkristalline
Halbleiterschichtmonocrystalline
Semiconductor layer
-
133133
-
Source-ZoneSource zone
-
134134
-
Verbindungszoneconnecting zone
-
135135
-
Body-ZoneBody zone
-
140140
-
Gate-ElektrodeGate electrode
-
140140
-
Isolationsschicht,
Spacer-SchichtInsulating layer,
Spacer layer
-
142142
-
Spacerspacer
-
150150
-
Schutzschichtprotective layer
-
152152
-
Bereich
der SchutzschichtArea
the protective layer
-
154154
-
dünner Abschnitt
der Schutzschichtthin section
the protective layer
-
160160
-
Isolationsschichtinsulation layer
-
162162
-
Gate-Isolation,
Gate-OxidGate insulation,
Gate oxide
-
170170
-
Anschlusskontaktconnection contact
-
172172
-
Abstandsschicht,
SpacerSpacer layer,
spacer
-
180180
-
Elektrodenschichtelectrode layer
-
200200
-
HalbleitersubstratSemiconductor substrate
-
210210
-
Hilfsschichtauxiliary layer
-
211211
-
säulenförmiger Abschnitt
der Hilfsschichtcolumnar section
the auxiliary layer
-
211A,
211B211A,
211B
-
Abschnitte
der Hilfsschichtsections
the auxiliary layer
-
213213
-
Graben
der Hilfsschichtdig
the auxiliary layer
-
215215
-
Grabendig
-
230230
-
einkristalline
Halbleiterzonemonocrystalline
Semiconductor zone
-
233233
-
hochdotierte
Halbleiterzone, nicht-einkristalline
Halbleiterzonehighly doped
Semiconductor zone, non-monocrystalline
Semiconductor zone
-
234234
-
Source-ZoneSource zone
-
235235
-
DiffussionszoneDiffusion zone
-
240240
-
Gate-IsolationGate insulation
-
244244
-
Elektrodenschichtelectrode layer
-
245245
-
Feldelektrodefield electrode
-
260260
-
Isolationsschichtinsulation layer
-
270270
-
Elektrodenschichtelectrode layer
-
300300
-
Maskemask