Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Anschlusselektrode für zwei übereinander angeordnete, komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen, insbesondere eine Anschlusselektrode für eine Source-Zone und eine Body-Zone eines Leistungs-MOSFET.The present invention relates to a method for producing a connection electrode for two semiconductor zones which are arranged one above the other and complementarily doped one another, in particular a connection electrode for a source zone and a body zone of a power MOSFET.
Um negative Auswirkungen eines parasitären Bipolartransistors, der bei einem Leistungs-MOSFET durch die Abfolge der Drain- bzw. Driftzone, der Body-Zone und der Source-Zone gebildet ist, zu vermeiden, ist es bei Leistungs-MOSFET bekannt die Body-Zone und die Source-Zone kurzzuschließen. Hierzu wird eine Source-Elektrode, die an die Source-Zone angeschlossen ist, so realisiert, dass sie auch die Body-Zone kontaktiert und dadurch die Source- und die Body-Zone kurzschließt.In order to avoid negative effects of a parasitic bipolar transistor, which is formed in a power MOSFET by the sequence of the drain or drift zone, the body zone and the source zone, it is known in power MOSFET the body zone and short circuit the source zone. For this purpose, a source electrode connected to the source zone is realized in such a way that it also contacts the body zone, thereby short-circuiting the source and body zones.
Bei sogenannten Trench-MOSFET, bei denen die Body-Zone und die Source-Zone übereinanderliegend in einem Halbleiterkörper angeordnet sind und bei denen Gate-Elektroden in Gräben angeordnet sind, die sich durch die Source-Zone und die Body-Zone erstrecken, ist es bekannt, eine solche Anschlusselektrode in einem Graben anzuordnen, der sich in das Halbleitergebiet (Mesa-Gebiet) zwischen zwei Gate-Gräben durch die Source-Zone bis in die Body-Zone erstreckt. Ein solcher in einem Graben realisierter Anschlusskontakt ist beispielsweise in der US 2003/0186507 A1 beschrieben.In so-called trench MOSFETs, in which the body zone and the source region are arranged one above the other in a semiconductor body and in which gate electrodes are arranged in trenches which extend through the source zone and the body zone, it is It is known to arrange such a connection electrode in a trench which extends into the semiconductor region (mesa region) between two gate trenches through the source zone into the body zone. Such a realized in a trench connection contact is for example in the US 2003/0186507 A1 described.
Der Beitrag des Kontaktwiderstandes zwischen der Anschlusselektrode und dem kontaktierten Halbleitergebiet zum Einschaltwiderstand des Bauelementes sollte dabei möglichst gering sein. Diese Anschlusselektrode sollte daher so hergestellt werden, dass ein möglichst niedriger Kontaktwiderstand vorhanden ist. Diese Problematik verschärft sich mit zunehmender Integrationsdichte. Denn mit zunehmender Integrationsdichte verkleinert sich die zur Realisierung eines solchen Kontaktes zur Verfügung stehende Fläche mit der Folge, dass die Stromdichte eines über diese Kontakte fließenden Stromes zunimmt. Um hierbei einen gegebenen Gesamtwiderstand beizubehalten oder gar zu verringern muss der spezifische Kontaktwiderstand mit zunehmender Miniaturisierung des Bauelementes kleiner werden.The contribution of the contact resistance between the connection electrode and the contacted semiconductor region to the on-resistance of the component should be as small as possible. This connection electrode should therefore be manufactured so that the lowest possible contact resistance is present. This problem is exacerbated by increasing density of integration. Because with increasing integration density reduces the available for the realization of such a contact area with the result that the current density of a current flowing through these contacts increases. In order to maintain or even reduce a given total resistance, the specific contact resistance must decrease with increasing miniaturization of the device.
Zur Realisierung eines niedrigen Kontaktwiderstandes sind in den Bereichen, in denen die Anschlusselektrode die Halbleiterzonen kontaktiert, hochdotierte Anschlusszonen erforderlich. Gerade bei Trench-Transistoren dürfen diese Anschlusszonen in lateraler Richtung allerdings nur eine geringe Ausdehnung aufweisen, da sie sonst das Schaltverhalten des Transistors beeinflussen können. Gelangen beispielsweise bei Herstellung dieser hochdotierten Anschlusszonen Dotierstoffatome bis in den Bereich, in dem sich bei angesteuertem Bauelement ein Inversionskanal in der Body-Zone ausbildet, so kann dies die Einsatzspannung des Bauelements beeinflussen.In order to realize a low contact resistance, highly doped connection zones are required in the areas in which the connection electrode contacts the semiconductor zones. Especially in the case of trench transistors, however, these connection zones may only have a small extent in the lateral direction, since otherwise they may influence the switching behavior of the transistor. If, for example, dopant atoms are obtained in the production of these highly doped connection zones up to the region in which an inversion channel is formed in the body zone when the component is driven, this can influence the threshold voltage of the component.
Die oben genannte US 2003/0186507 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer solchen eine Source-Zone und eine Body-Zone eines Leistungs-MOSFET kontaktierenden Anschlusselektrode. Bei diesem Verfahren ist vorgesehen, mittels eines Implantationsverfahrens eine hochdotierte erste Anschlusszone in einem Bereich der Source-Zone herzustellen, der beabstandet ist zu den Gräben mit den darin angeordneten Gate-Elektroden. Anschließend wird ein Graben erzeugt, der sich durch diese hochdotierte Anschlusszone bis in die Body-Zone erstreckt, wobei im Bereich von Seitenwänden dieses Grabens Abschnitte der hochdotierten ersten Anschlusszone verbleiben. Nach Herstellung dieses Grabens wird mittels eines Implantationsverfahrens eine zweite hochdotierte Anschlusszone unterhalb des Grabenbodens in der Body-Zone erzeugt, und der Graben wird anschließend mit einem Elektrodenmaterial aufgefüllt. Die Dotierstoffatome, die zur Herstellung der ersten und zweiten Anschlusszonen implantiert werden, sind hierbei von einem zueinander komplementären Leitungstyp.The above US 2003/0186507 A1 describes a method for producing such a source electrode and a body zone of a power MOSFET contacting terminal electrode. In this method, it is provided to produce by means of an implantation method a highly doped first connection zone in a region of the source zone which is spaced apart from the trenches with the gate electrodes arranged therein. Subsequently, a trench is generated, which extends through this highly doped connection zone into the body zone, wherein in the area of side walls of this trench remain sections of the heavily doped first connection zone. After this trench has been produced, a second heavily doped connection zone is produced below the trench bottom in the body zone by means of an implantation method, and the trench is then filled up with an electrode material. The dopant atoms, which are implanted for the production of the first and second terminal zones, are in this case of a mutually complementary conductivity type.
Bei diesem bekannten Verfahren kann es bei Herstellung der zweiten hochdotierten Anschlusszone in der Body-Zone dazu kommen, dass Dotierstoffatome über die Seitenwände des Grabens auch in die Source-Zone implantiert werden. Dies kann zu einer Reduzierung der Nettodotierung im Bereich der ersten Anschlusszone und damit zu einer Erhöhung des Kontaktwiderstandes zwischen der später hergestellten Anschlusselektrode und der Source-Zone führen.In the case of this known method, when the second heavily doped connection zone is produced in the body zone, dopant atoms can also be implanted into the source zone via the side walls of the trench. This can lead to a reduction in the net doping in the region of the first connection zone and thus to an increase in the contact resistance between the subsequently produced connection electrode and the source zone.
Die DE 10 2004 057 237 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Anschlusskontakts für eine vergrabene Bodyzone eines MOS-Transistors, bei dem ein Graben für den Anschlusskontakt unter Verwendung eines Oxid-Spacers als Maske geätzt wird.The DE 10 2004 057 237 A1 describes a method of making a buried body region contact of a MOS transistor, in which a trench for the terminal contact is etched using an oxide spacer as a mask.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Anschlusselektrode für eine erste und eine zweite Halbleiterzone, die übereinander angeordnet und komplementär zueinander dotiert sind, zur Verfügung zu stellen, das einen niedrigen Kontaktwiderstand zwischen der Anschlusselektrode und den beiden kontaktierten Halbleiterzonen sicherstellt und das die oben erwähnten Nachteile vermeidet.The object of the present invention is to provide a method for producing a connection electrode for a first and a second semiconductor zone, which are arranged one above another and doped complementary to one another, which ensures a low contact resistance between the connection electrode and the two contacted semiconductor zones avoids the above-mentioned disadvantages.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 13 und ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method according to claim 1, a method according to claim 13 and a method according to claim 17. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem der erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Anschlusselektrode für eine erste Halbleiterzone und eine zweite Halbleiterzone, die übereinander angeordnet und komplementär zueinander dotiert sind, ist vorgesehen, zunächst einen Graben herzustellen, der sich derart durch die erste Halbleiterzone bis in die zweite Halbleiterzone erstreckt, dass die erste Halbleiterzone an Seitenwänden des Grabens und die zweite Halbleiterzone wenigstens an einem Boden des Grabens freiliegt. Anschließend wird eine Schutzschicht auf eine der ersten und zweiten Halbleiterzonen in dem Graben aufgebracht und in der anderen, nicht von der Schutzschicht bedeckten Halbleiterzone wird eine erste Anschlusszone hergestellt. Das Herstellen dieser Anschlusszone erfolgt dadurch, dass Dotierstoffatome über den Graben in diese andere Halbleiterzone eingebracht werden. Diese Dotierstoffatome sind hierbei so gewählt, dass eine erste Anschlusszone entsteht, die vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie diese nicht von der Schutzschicht bedeckte Halbleiterzone, jedoch höher dotiert ist. Anschließend wird eine Elektrodenschicht auf die Seitenwände und den Boden des Grabens aufgebracht, um die Anschlusselektrode herzustellen. In one of the inventive method for producing a connection electrode for a first semiconductor zone and a second semiconductor zone, which are arranged one above the other and are doped complementary to one another, it is provided to first produce a trench which extends through the first semiconductor zone into the second semiconductor zone the first semiconductor region is exposed on sidewalls of the trench and the second semiconductor region is exposed at least at a bottom of the trench. Subsequently, a protective layer is applied to one of the first and second semiconductor zones in the trench and in the other, not covered by the protective layer semiconductor zone, a first connection zone is prepared. This connection zone is produced by introducing dopant atoms via the trench into this other semiconductor zone. These dopant atoms are in this case selected so that a first connection zone is formed which is doped with the same conductivity type as this semiconductor zone, which is not covered by the protective layer, but is doped higher. Subsequently, an electrode layer is applied to the sidewalls and bottom of the trench to make the terminal electrode.
Aufgabe der Schutzschicht ist es bei diesem Verfahren, die von der Schutzschicht bedeckte eine der beiden Halbleiterzone, die nachfolgend als geschützte Halbleiterzone bezeichnet wird, vor einer Dotierung durch die Dotierstoffatome zu schützen, die zur Herstellung der ersten Anschlusszone über den Graben in die andere der beiden Halbleiterzonen, die nachfolgend als ungeschützte Halbleiterzone bezeichnet wird, eingebracht werden. Das Einbringen dieser Dotierstoffatome in die geschützte Halbleiterzone gilt es deshalb zu verhindern, weil die zur Herstellung der ersten Anschlusszone in der ungeschützten Halbleiterzone verwendeten Dotierstoffatome solche Dotierstoffatome sind, die eine Halbleiterzone eines zu der geschützten Halbleiterzone komplementären Leitungstyps erzeugen. Diese Dotierstoffatome würden somit die Netto-Dotierung der geschützten Halbleiterzone im Bereich des Grabens reduzieren, und damit den Kontaktwiderstand zwischen der später hergestellten Anschlusselektrode und dieser geschützten Halbleiterzone reduzieren.The object of the protective layer in this method, which covers the protective layer covered one of the two semiconductor zone, which is hereinafter referred to as a protected semiconductor zone, to protect against doping by the dopant atoms, for the production of the first connection zone via the trench in the other of the two Semiconductor zones, hereinafter referred to as unprotected semiconductor zone, are introduced. It is therefore desirable to prevent the introduction of these dopant atoms into the protected semiconductor region because the dopant atoms used to form the first junction region in the unprotected semiconductor region are dopant atoms that produce a semiconductor region of a conductivity type complementary to the protected semiconductor region. These dopant atoms would thus reduce the net doping of the protected semiconductor region in the region of the trench and thus reduce the contact resistance between the later-made terminal electrode and this protected semiconductor region.
Die Schutzschicht selbst kann bei diesem Verfahren eine Dotierstoffatome enthaltende Schicht sein, wobei diese Dotierstoffatome solche Dotierstoffatome sind, die eine Halbleiterzone vom gleichen Leitungstyp wie die geschützte Halbleiterzone erzeugen. Die Dotierstoffatome aus dieser Schutzschicht werden in die geschützte Halbleiterzone eindiffundiert, indem wenigstens diese geschützte Halbleiterzone für eine vorgegebene Zeitdauer auf eine vorgegebene Diffusionstemperatur aufgeheizt wird. Hierdurch entsteht in der geschützten Halbleiterzone eine zweite Anschlusszone, die vom selben Leitfähigkeitstyp ist wie die geschützte Halbleiterzone selbst. Die Temperatur während des Temperaturprozesses und dessen Dauer sind abhängig von der Art der verwendeten Dotierstoffatome. Derartige Diffusionsprozesse sind hinlänglich bekannt, so dass auf weitere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann.The protective layer itself may in this method be a layer containing dopant atoms, wherein these dopant atoms are dopant atoms which generate a semiconductor zone of the same conductivity type as the protected semiconductor zone. The dopant atoms from this protective layer are diffused into the protected semiconductor zone by heating at least this protected semiconductor zone for a predetermined period of time to a predetermined diffusion temperature. This results in the protected semiconductor zone, a second connection zone, which is of the same conductivity type as the protected semiconductor zone itself. The temperature during the temperature process and its duration are dependent on the type of dopant atoms used. Such diffusion processes are well known, so that it is possible to dispense with further explanations.
Die Herstellung der ersten Anschlusszone erfolgt beispielsweise durch Implantation von Dotierstoffatomen über den Graben in die ungeschützte, d. h. die nicht von der Schutzschicht bedeckte Halbleiterzone. Im Anschluss an die Implantation der Dotierstoffatome ist bekanntlich ein Temperaturschritt erforderlich, durch welchen der implantierte Bereich für eine vorgegebene Zeitdauer auf eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt wird, um durch die Implantation hervorgerufene Bestrahlungsschäden auszuheilen und die implantierten Dotierstoffatome zu aktivieren, d. h. in das Kristallgitter des verwendeten Halbleitermaterials einzubauen. Dieser Temperaturschritt zur Aktivierung der implantierten Dotierstoffatome kann gleichzeitig als Temperaturschritt zur Eindiffusion der Dotierstoffatome aus der Schutzschicht in die geschützte Halbleiterzone verwendet werden. Je nach Art der in der Schutzschicht vorhandenen Dotierstoffatome und je nach Art der implantierten Dotierstoffatome kann es jedoch auch erforderlich sein, vor der Implantation der Dotierstoffatome zur Herstellung der ersten Anschlusszone bereits einen Temperaturschritt durchzuführen, um die Dotierstoffatome aus der Schutzschicht bereits teilweise in die geschützte Halbleiterzone einzudiffundieren.The production of the first connection zone takes place, for example, by implantation of dopant atoms via the trench into the unprotected, d. H. the semiconductor layer not covered by the protective layer. Subsequent to implantation of the dopant atoms, a temperature step is known to be required by which the implanted region is heated to a predetermined temperature for a predetermined period of time to anneal radiation damage caused by the implantation and to activate the implanted dopant atoms, i. H. to incorporate into the crystal lattice of the semiconductor material used. This temperature step for activating the implanted dopant atoms can be used simultaneously as a temperature step for the diffusion of the dopant atoms out of the protective layer into the protected semiconductor zone. However, depending on the type of dopant atoms present in the protective layer and, depending on the type of implanted dopant atoms, it may also be necessary to carry out a thermal step prior to the implantation of the dopant atoms for the production of the first terminal zone, in order partially already in the protected semiconductor zone dopant atoms from the protective layer diffuse.
Die Schutzschicht mit den darin vorhandenen Dotierstoffatomen kann aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise dotiertem Polysilizium, oder aus einem dielektrischen Material, wie beispielsweise Arsen-Silikatglas (ASG), Phosphor-Silikatglas (PSG) oder Bor-Silikatglas bestehen. Die Art der Dotierung des Polysiliziums bzw. die Auswahl eines der zuvor erläuterten Glas-Materialien erfolgt abhängig davon, ob durch den Diffusionsprozess eine p-dotierte oder eine n-dotierte zweite Anschlusszone hergestellt werden soll.The protective layer with the dopant atoms present therein can consist of an electrically conductive material, such as, for example, doped polysilicon, or of a dielectric material, such as, for example, arsenic-silicate glass (ASG), phosphosilicate glass (PSG) or boron-silicate glass. The type of doping of the polysilicon or the selection of one of the previously explained glass materials is dependent on whether a p-doped or an n-doped second junction zone is to be produced by the diffusion process.
Eine elektrisch leitfähige Schutzschicht kann hierbei vor Herstellung der Anschlusselektrode in dem Graben verbleiben, während eine dielektrische, d. h. elektrisch isolierende, Schutzschicht nach Herstellung der ersten und zweiten Anschlusszonen und vor Herstellung der Anschlusselektrode entfernt werden muss.An electrically conductive protective layer may in this case remain in the trench before the connection electrode is produced, while a dielectric, d. H. electrically insulating, protective layer after preparation of the first and second connection zones and before the preparation of the connection electrode must be removed.
Als Schutzschicht eignet sich auch ein Metall, wie beispielsweise Titan, welches keine dotierende Wirkung besitzt, welches bei Durchführung des Temperaturschrittes jedoch eine Metall-Halbleiter-Verbindung mit dem umgebenden Halbleitermaterial eingeht, und somit für einen niederohmigen Anschlusskontakt sorgt. Bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial für die beiden Halbleiterzonen bildet sich bei Verwendung einer metallischen Schutzschicht im Übergangsbereich zwischen dieser Schutzschicht und dem Halbleitermaterial der geschützten Halbleiterzone ein Silizid, das für einen niederohmigen Anschlusskontakt sorgt. Ein geeignetes Material für die Schutzschicht ist beispielsweise Titan.As a protective layer is also a metal, such as titanium, which has no doping effect, which, however, enters a metal-semiconductor compound with the surrounding semiconductor material when carrying out the temperature step, and thus provides a low-resistance terminal contact. When using Silicon as a semiconductor material for the two semiconductor zones is formed when using a metallic protective layer in the transition region between this protective layer and the semiconductor material of the protected semiconductor zone, a silicide, which provides a low-resistance terminal contact. A suitable material for the protective layer is, for example, titanium.
Die Schutzschicht kann auf die erste Halbleiterzone im Bereich der Seitenwände des Grabens oder auf die zweite Halbleiterzone im Bereich des Grabenbodens aufgebracht werden.The protective layer can be applied to the first semiconductor zone in the region of the side walls of the trench or to the second semiconductor zone in the region of the trench bottom.
Die Herstellung der ersten Anschlusszone in der nicht von der Schutzschicht bedeckten ungeschützten Halbleiterzone kann auch mittels eines Diffusionsverfahrens erfolgen, indem eine Dotierstoffatome enthaltende Schicht in dem Graben wenigstens auf die ungeschützte Halbleiterzone aufgebracht wird und indem Dotierstoffatome aus dieser Schicht in die ungeschützte Halbleiterzone mittels eines Temperaturprozesses eindiffundiert werden. Der Graben wird hierbei vorzugsweise vollständig mit dem die Dotierstoffatome enthaltenden Material aufgefüllt.The first terminal zone in the unprotected semiconductor zone not covered by the protective layer can also be produced by means of a diffusion method by applying a dopant-containing layer in the trench at least to the unprotected semiconductor zone and by diffusing dopant atoms from this layer into the unprotected semiconductor zone by means of a temperature process become. In this case, the trench is preferably completely filled up with the material containing the dopant atoms.
Eine Alternative zu dem zuvor erläuterten Verfahren besteht darin, den Graben für die Herstellung der Anschlusselektrode zweistufig herzustellen. In einem ersten Schritt wird der Graben bis zu einer ersten Tiefe, die geringer ist als die letztendlich gewünschte Grabentiefe, hergestellt. Nach diesem ersten Schritt wird eine erste Anschlusszone in der ersten Halbleiterzone, die an Seitenwänden dieses Grabens freiliegt, hergestellt. Die Herstellung dieser ersten Anschlusszone erfolgt beispielsweise durch Implantation von Dotierstoffatomen über die Seitenwände dieses ersten Grabens. Die Tiefe dieses ersten Grabens kann dabei so gewählt sein, dass der erste Graben noch innerhalb dieser ersten Halbleiterzone endet, der Graben kann jedoch auch bereits bis in die zweite Halbleiterzone reichen.An alternative to the method explained above is to produce the trench for the production of the connection electrode in two stages. In a first step, the trench is made to a first depth that is less than the ultimate trench depth desired. After this first step, a first junction zone is formed in the first semiconductor zone exposed on sidewalls of this trench. The production of this first connection zone takes place, for example, by implantation of dopant atoms over the side walls of this first trench. The depth of this first trench can be chosen such that the first trench ends within this first semiconductor zone, but the trench can already extend into the second semiconductor zone.
Nach Herstellung des ersten Grabenabschnittes wird der Graben ausgehend von seinem Boden in Richtung der zweiten Halbleiterzone verlängert. Anschließend werden Dotierstoffatome über den Boden des verlängerten Grabens in die zweite Halbleiterzone eingebracht, um dort eine zweite Anschlusszone zu erzeugen. Während der Herstellung der ersten Anschlusszone in der ersten Halbleiterzone wird der Bereich der zweiten Halbleiterzone, in dem die zweite Anschlusszone erzeugt werden soll, durch den Halbleiterabschnitt vor einer Dotierung geschützt, der bei Verlängerung des Grabens in Richtung der zweiten Halbleiterzone entfernt wird.After the first trench section has been produced, the trench is extended from its bottom in the direction of the second semiconductor zone. Subsequently, dopant atoms are introduced into the second semiconductor zone via the bottom of the extended trench in order to generate a second connection zone there. During the production of the first connection zone in the first semiconductor zone, the region of the second semiconductor zone in which the second connection zone is to be generated is protected by the semiconductor section from doping, which is removed when the trench is extended in the direction of the second semiconductor zone.
Bei einer weiteren Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, nach Herstellung des Grabens die erste Anschlusszone in der ersten Halbleiterzone und die zweite Anschlusszone in der zweiten Halbleiterzone durch Implantation von Dotierstoffatomen herzustellen, wobei diese Implantationsschritte unter verschiedenen Implantationswinkeln erfolgen, die so gewählt sind, dass bei Herstellung der ersten Anschlusszone in der ersten Halbleiterzone Abschnitte der zweiten Halbleiterzone von einer Dotierung ausgespart bleiben, und dass bei Herstellung der zweiten Anschlusszone in der zweiten Halbleiterzone Abschnitte der ersten Halbleiterzone von einer Dotierung ausgespart bleiben. Die Herstellung der ersten Anschlusszone in der ersten Halbleiterzone, die an Seitenwänden des Grabens freiliegt, erfolgt beispielsweise durch Implantation von Dotierstoffatomen unter einem ersten Implantationswinkel, der so gewählt ist, dass die Dotierstoffatome nicht bis an den Boden des Grabens gelangen. Die Herstellung der zweiten Anschlusszone erfolgt beispielsweise durch Implantation von Dotierstoffatomen unter einem Winkel von 0° bezogen auf die Seitenwände des Grabens, so dass bei diesem Implantationsschritt nur Dotierstoffatome über den Boden des Grabens in die zweite Halbleiterzone implantiert werden.In a further alternative of the method according to the invention, after production of the trench, it is intended to produce the first connection zone in the first semiconductor zone and the second connection zone in the second semiconductor zone by implantation of dopant atoms, wherein these implantation steps take place at different implantation angles, which are selected such that at Producing the first connection zone in the first semiconductor zone portions of the second semiconductor zone remain spared by a doping, and that remain in the production of the second connection zone in the second semiconductor zone portions of the first semiconductor zone of a doping. The production of the first connection zone in the first semiconductor zone, which is exposed on sidewalls of the trench, takes place, for example, by implantation of dopant atoms at a first implantation angle, which is chosen so that the dopant atoms do not reach the bottom of the trench. The production of the second connection zone takes place, for example, by implanting dopant atoms at an angle of 0 ° with respect to the sidewalls of the trench, so that in this implantation step only dopant atoms are implanted into the second semiconductor zone via the bottom of the trench.
Allen drei zuvor erläuterten Verfahren zur Herstellung einer Anschlusselektrode, die jeweils Verfahrensschritte zur Herstellung wenigstens einer hochdotierten Anschlusszone umfassen, ist gemeinsam, dass bei Herstellung der wenigstens einen Anschlusszone in einer der beiden Halbleiterzonen die andere der beiden Halbleiterzonen vor einer Dotierung geschützt wird. Dieser Schutz kann durch Aufbringen einer Schutzschicht, durch zunächst vorhandene und im weiteren Verfahrensverlauf entfernte Halbleiterabschnitte oder durch geeignete Einstellung des Implantationswinkels bei der Implantation von Dotierstoffatomen erfolgen.All three methods explained above for producing a connection electrode, which each comprise method steps for producing at least one heavily doped connection zone, have in common that, when the at least one connection zone is produced in one of the two semiconductor zones, the other of the two semiconductor zones is protected from doping. This protection can be achieved by applying a protective layer, by firstly existing semiconductor sections which are removed later in the course of the process, or by suitable adjustment of the implantation angle during the implantation of dopant atoms.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert.The present invention will be explained in more detail with reference to figures.
1 veranschaulicht anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleiterkörpers, der eine erste und eine zweite Halbleiterzone aufweist, ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Anschlusselektrode, bei dem eine Schutzschicht auf eine der beiden Halbleiterzonen aufgebracht wird, die auf der jeweiligen Halbleiterzone verbleibt. 1 1 illustrates, on the basis of cross-sectional representations of a semiconductor body having a first and a second semiconductor zone, a first exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a connection electrode, in which a protective layer is applied to one of the two semiconductor zones which remains on the respective semiconductor zone.
2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Halbleiterbauelements, das durch ein gegenüber dem Verfahren nach 1 abgewandeltes Verfahren hergestellt wurde, bei dem die Schutzschicht entfernt wird. 2 shows a cross-sectional view of a semiconductor device, by a comparison with the method 1 modified method has been made, in which the protective layer is removed.
3 veranschaulicht anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleiterkörpers während verschiedener Verfahrensschritte ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Anschlusselektrode, bei dem eine Schutzschicht auf eine der beiden Halbleiterzonen aufgebracht wird. 3 illustrates cross-sectional views of a semiconductor body during various process steps a second Embodiment of a method for producing a connection electrode, in which a protective layer is applied to one of the two semiconductor zones.
4 veranschaulicht anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleiterkörpers ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Anschlusselektrode, bei dem die Schutzschicht auf eine der beiden zu kontaktierenden Halbleiterzonen aufgebracht wird. 4 1 illustrates, by means of cross-sectional representations of a semiconductor body, a third exemplary embodiment of a method for producing a connection electrode, in which the protective layer is applied to one of the two semiconductor zones to be contacted.
5 veranschaulicht anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleiterkörpers, der eine erste und eine zweite zu kontaktierende Halbleiterzone aufweist, ein Verfahren zur Herstellung einer Anschlusselektrode, bei dem ein Graben für die Anschlusselektrode in zwei Stufen hergestellt wird. 5 1 illustrates a cross-sectional representation of a semiconductor body having a first and a second semiconductor zone to be contacted, a method for producing a connection electrode, in which a trench for the connection electrode is produced in two stages.
6 veranschaulicht anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleiterkörpers, der eine erste und zweite zu kontaktierende Halbleiterzone aufweist, ein Verfahren zur Herstellung einer Anschlusselektrode für diese beiden Halbleiterzonen, bei dem Anschlusszonen in den beiden Halbleiterzonen durch Implantationsschritte unter Anwendung unterschiedlicher Implantationswinkel hergestellt werden. 6 3 illustrates cross-sectional representations of a semiconductor body having first and second semiconductor zones to be contacted, a method for producing a connection electrode for these two semiconductor zones, in which connection zones in the two semiconductor zones are produced by implantation steps using different implantation angles.
7 veranschaulicht anhand von Querschnittsdarstellungen eines Halbleiterkörpers ein Verfahren zur Herstellung des Grabens für die Anschlusselektrode unter Verwendung eines durch Oxidation hergestellten Spacers geätzt wird. 7 3 illustrates, by means of cross-sectional representations of a semiconductor body, a method for producing the trench for the connection electrode using a spacer produced by oxidation.
8 veranschaulicht ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer Anschlusszone. 8th illustrates another method for making a connection zone.
9 veranschaulicht eine Abwandlung eines Verfahrensschrittes des anhand von 8 erläuterten Verfahrens. 9 FIG. 4 illustrates a modification of a method step of FIG 8th explained method.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.In the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals designate like component portions with the same meaning.
Die erfindungsgemäßen Verfahren werden nachfolgend für die Herstellung einer Anschlusselektrode erläutert, die eine Source-Zone und eine Body-Zone eines Leistungs-MOSFET oder Leistungs-IGBT kontaktiert und diese Bauelementzonen dadurch kurzschließt. Die erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch nicht auf diese Anwendung beschränkt sondern sind auf die Herstellung von Anschlusselektroden für beliebige Bauelemente anwendbar, die zwei übereinander angeordnete und komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen aufweisen.The methods according to the invention are explained below for the production of a connection electrode which contacts a source zone and a body zone of a power MOSFET or power IGBT and thereby short-circuits these component zones. However, the methods according to the invention are not limited to this application but are applicable to the production of connection electrodes for arbitrary components which have two semiconductor zones arranged one above the other and complementary to one another.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Anschlusselektrode, die zwei komplementär zueinander dotierte Halbleiterzonen kontaktiert, bei dem während des Verfahrensablaufes auf eine der Halbleiterzonen eine Schutzschicht aufgebracht wird, wird nachfolgend anhand von 1 erläutert.A first exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a connection electrode which contacts two semiconductor zones doped complementary to one another, in which a protective layer is applied to one of the semiconductor zones during the method sequence, will be described below with reference to FIG 1 explained.
1a zeigt in Seitenansicht einen Querschnitt durch einen Halbleiterkörper 100, in dem eine Bauelementstruktur für einen Leistungs-MOSFET vorgesehen ist. Diese Bauelementstruktur umfasst eine erste Halbleiterzone 11 die im Bereich einer Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet ist, und eine sich in vertikaler Richtung an diese erste Halbleiterzone 11 anschließende zweite Halbleiterzone 12, die komplementär zu der ersten Halbleiterzone 11 dotiert ist. Die erste Halbleiterzone 11 bildet bei einem MOSFET bzw. IGBT dessen Source-Zone, die zweite Halbleiterzone 12 bildet bei einem MOSFET oder IGBT dessen Body-Zone. Die Source-Zone 11 ist bei einem n-Kanal-MOSFET n-dotiert, bei einem p-Kanal-MOSFET p-dotiert und bei einem IGBT üblicherweise n-dotiert. Die Body-Zone 12 ist jeweils komplementär zu der Source-Zone 11 dotiert. 1a shows a side view of a cross section through a semiconductor body 100 in which a device structure for a power MOSFET is provided. This device structure comprises a first semiconductor zone 11 in the area of a front 101 the semiconductor body is arranged, and in a vertical direction to this first semiconductor zone 11 subsequent second semiconductor zone 12 that is complementary to the first semiconductor zone 11 is doped. The first semiconductor zone 11 forms in a MOSFET or IGBT whose source zone, the second semiconductor zone 12 forms in a MOSFET or IGBT its body zone. The source zone 11 is n-doped in an n-channel MOSFET, p-doped in a p-channel MOSFET, and usually n-doped in an IGBT. The body zone 12 is in each case complementary to the source zone 11 doped.
Die zweite Halbleiterzone 12 ist oberhalb einer dritten Halbleiterzone 13 angeordnet, die bei einem MOSFET und IGBT dessen Driftzone 13 bildet und die jeweils komplementär zu der zweiten Halbleiterzone 12 dotiert ist. An diese dritte Halbleiterzone 13 schließt sich in Richtung einer der Vorderseite 101 gegenüberliegenden Rückseite 102 des Halbleiterkörpers 100 eine hochdotierte Anschlusszone 14 an, die die Drain-Zone des MOSFET oder IGBT bildet und die bei einem MOSFET vom gleichen Leitungstyp wie die Driftzone 13 und bei einem IGBT komplementär zu der Driftzone 13 dotiert ist. Diese Drain-Zone 14 kann – wie in 1a gestrichelt dargestellt ist – bereits vor Herstellung der noch zu erläuternden Anschlusselektrode vorhanden sein. Diese Anschlusszone 14 kann beispielsweise in hochdotiertes Halbleitersubstrat sein, auf welches die Driftzone 13, die Body-Zone 12 und die Source-Zone 11 mittels eines Epitaxieverfahrens aufgebracht sind. Die Drain-Zone 14 kann jedoch auch beispielsweise mittels eines Implantationsverfahren, bei dem Dotierstoffatome über die Rückseite 102 in den Halbleiterkörper 100 implantiert werden, nach Herstellung der Anschlusselektrode oder während noch zu erläuternder Implantationsschritte bei Herstellung der Anschlusselektrode hergestellt werden.The second semiconductor zone 12 is above a third semiconductor zone 13 arranged at a MOSFET and IGBT whose drift zone 13 forms and each complementary to the second semiconductor zone 12 is doped. To this third semiconductor zone 13 closes towards one of the front 101 opposite back 102 of the semiconductor body 100 a heavily doped connection zone 14 which forms the drain zone of the MOSFET or IGBT and those in a MOSFET of the same conductivity type as the drift zone 13 and in an IGBT complementary to the drift zone 13 is doped. This drain zone 14 can - as in 1a shown in dashed lines - be present before the preparation of the connection electrode to be explained yet. This connection zone 14 For example, it may be in heavily doped semiconductor substrate onto which the drift zone 13 , the body zone 12 and the source zone 11 are applied by means of an epitaxial process. The drain zone 14 However, for example, by means of an implantation method in which the dopant atoms on the back 102 in the semiconductor body 100 can be implanted after preparation of the terminal electrode or while still to be explained implantation steps in producing the terminal electrode.
Eine Gate-Elektrode, von der in 1a zwei Elektrodenabschnitte 21 dargestellt sind, erstreckt sich in vertikaler Richtung ausgehend von der ersten Halbleiterzone 11 durch die zweite Halbleiterzone 12 bis in die dritte Halbleiterzone 13 und ist mittels eines Dielektrikums 22 gegenüber den Halbleiterzonen 11, 12, 13 des Halbleiterkörpers 100 isoliert. In Richtung der Vorderseite 101 ist die Gate-Elektrode vorzugsweise von einer dickeren Dielektrikumsschicht 23 bedeckt, die sich abschnittsweise auch über die erste Halbleiterzone 11 oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers erstreckt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der Schichtdicken in den Figuren nicht maßstabsgerecht sind. So kann insbesondere der sich über die erste Halbleiterzone 11 erstreckende Abschnitt der Isolationsschicht auch dicker als dargestellt ausgeführt sein.A gate electrode, of which in 1a two electrode sections 21 are shown extends in the vertical direction, starting from the first semiconductor zone 11 through the second semiconductor zone 12 to the third semiconductor zone 13 and is by means of a dielectric 22 opposite the semiconductor zones 11 . 12 . 13 of the semiconductor body 100 isolated. Towards the front 101 For example, the gate electrode is preferably of a thicker dielectric layer 23 covered, which also partially over the first semiconductor zone 11 above the front 101 of the semiconductor body. In this context, it should be noted that the representation of the layer thicknesses in the figures are not to scale. In particular, it can be over the first semiconductor zone 11 extending portion of the insulating layer also be made thicker than shown.
Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, eine Anschlusselektrode herzustellen, die die erste und zweite Halbleiterzone 11, 12 niederohmig kontaktiert, bei deren Herstellung jedoch die Dotierungskonzentrationen der ersten und zweiten Halbleiterzone 11, 12 in einem sich unmittelbar an das Gate-Dielektrikum 22 anschließenden Bereich nicht verändert wird, da dies zu einer Änderung der elektrischen Eigenschaften des Trench-MOSFET, insbesondere zu einer Verschiebung der Einsatzspannung führen würde.The aim of the method according to the invention is to produce a connection electrode which comprises the first and second semiconductor zones 11 . 12 contacted with low resistance, but in their preparation, the doping concentrations of the first and second semiconductor zone 11 . 12 in a directly to the gate dielectric 22 subsequent area is not changed, since this would lead to a change in the electrical properties of the trench MOSFET, in particular to a shift in the threshold voltage.
In ersten Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 1b dargestellt ist, ist vorgesehen, einen Graben 15 in dem Mesa-Gebiet zwischen zwei Gräben mit darin angeordneten Gate-Elektrodenabschnitten 21 herzustellen, der sich durch die Dielektrikumsschicht 23 und die erste Halbleiterzone 11 bis in die zweite Halbleiterzone 12 erstreckt. Dieser Graben 15 ist in lateraler Richtung beabstandet zu den Gräben mit den Gate-Elektrodenabschnitten 21 angeordnet. Es sei darauf hingewiesen, dass die Herstellung der Anschlusselektrode nachfolgend lediglich anhand eines Elektrodenabschnittes erläutert wird, der zwischen zwei Gräben mit darin angeordneten Gate-Elektrodenabschnitten angeordnet ist. Bei einem Leistungs-MOSFET, der ein Zellenfeld mit einer Vielzahl beabstandet zueinander angeordneter Gate-Elektrodenabschnitte 21 aufweist, werden solche Anschlusselektroden vorzugsweise in jedem Mesa-Gebiet zwischen zwei Gate-Elektrodenabschnitten 21 hergestellt.In first process steps, the result in 1b is shown, a trench 15 in the mesa area between two trenches with gate electrode sections arranged therein 21 produced by the dielectric layer 23 and the first semiconductor zone 11 to the second semiconductor zone 12 extends. This ditch 15 is laterally spaced from the trenches with the gate electrode sections 21 arranged. It should be noted that the production of the connection electrode is explained below only with reference to an electrode section which is arranged between two trenches with gate electrode sections arranged therein. In a power MOSFET comprising a cell array having a plurality of spaced-apart gate electrode sections 21 Preferably, such terminal electrodes will be in each mesa area between two gate electrode sections 21 produced.
Der Graben 15 weist Seitenwände 151 und einen Boden 152 auf. Die erste Halbleiterzone 11 liegt nach Herstellung dieses Grabens 15 an dessen Seitenwänden 151 frei. Die zweite Halbleiterzone 12 liegt am Boden des Grabens 152 und abschnittsweise auch an den Seitenwänden des Grabens 151 frei, weil sich der Graben 15 ausgehend von der ersten Seite 101 bis unter die Grenzfläche zwischen der ersten und zweiten Halbleiterzone 11, 12 erstreckt. Die Herstellung des Grabens 15 erfolgt beispielsweise mittels eines hinlänglich bekannten anisotropen Ätzverfahrens unter Verwendung einer Maske, die den Bereich des Grabens während des Ätzvorgangs freilässt.The ditch 15 has side walls 151 and a floor 152 on. The first semiconductor zone 11 lies after making this trench 15 on the side walls 151 free. The second semiconductor zone 12 lies at the bottom of the ditch 152 and in sections also on the side walls of the trench 151 free because of the ditch 15 starting from the first page 101 to below the interface between the first and second semiconductor zone 11 . 12 extends. The making of the trench 15 for example, by means of a well-known anisotropic etching process using a mask that leaves free the region of the trench during the etching process.
In nächsten Verfahrensschritten, die in den 1c und 1d veranschaulicht sind, wird in dem Graben 15 eine Schutzschicht 31 hergestellt, die eine der beiden ersten und zweiten Halbleiterzonen 11, 12 innerhalb des Grabens vollständig überdeckt. Bezug nehmend auf 1c wird hierzu eine Schutzschicht 31' ganzflächig abgeschieden, die die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100, sowie die Seitenwände 151 und den Boden 152 des Grabens 15 bedeckt. Die Abscheidung dieser Schutzschicht 31' kann beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens (CVD = chemical vapour deposition) erfolgen.In next process steps, which are in the 1c and 1d are illustrated in the trench 15 a protective layer 31 manufactured, which is one of the two first and second semiconductor zones 11 . 12 completely covered within the trench. Referring to 1c becomes a protective layer 31 ' deposited over the entire surface, the front 101 of the semiconductor body 100 , as well as the side walls 151 and the floor 152 of the trench 15 covered. The deposition of this protective layer 31 ' can be done for example by means of a CVD method (CVD = chemical vapor deposition).
In nächsten Verfahrensschritten, deren Ergebnis in 1d dargestellt ist, wird diese Schutzschicht wenigstens vom Boden 152 des Grabens 15 entfernt, so dass eine Schutzschicht 31 an den Seitenwänden 151 des Grabens 15 entsteht, die innerhalb des Grabens die erste Halbleiterzone 11 vollständig überdeckt. Die Schutzschicht 31 überdeckt abschnittsweise auch die zweite Halbleiterzone 12 an den Seitenwänden des Grabens, lässt jedoch die zweite Halbleiterzone 12 am Boden des Grabens 52 frei. Die Herstellung dieser Schutzschicht 31 an den Seitenwänden 152 des Grabens erfolgt beispielsweise durch anisotopes Zurückätzen der Schutzschicht 31'. Bei diesem anisotropen Ätzverfahren wird die Schutzschicht 31' sowohl oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers als auch vom Boden des Grabens 152 entfernt.In next process steps, the result in 1d is shown, this protective layer is at least from the ground 152 of the trench 15 removed, leaving a protective layer 31 on the side walls 151 of the trench 15 arises within the trench the first semiconductor zone 11 completely covered. The protective layer 31 partially covers the second semiconductor zone as well 12 on the sidewalls of the trench, however, leaves the second semiconductor zone 12 at the bottom of the ditch 52 free. The production of this protective layer 31 on the side walls 152 the trench is made, for example, by anisotropic etching back of the protective layer 31 ' , In this anisotropic etching process, the protective layer becomes 31 ' both above the front 101 of the semiconductor body as well as the bottom of the trench 152 away.
Während nächster Verfahrensschritte, die in 1e veranschaulicht sind, wird eine erste Anschlusszone 16 unterhalb des Grabenbodens 152 in der zweiten Halbleiterzone 12 erzeugt. Diese erste Anschlusszone 16 ist vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die zweite Halbleiterzone 12, jedoch höher dotiert. Für die nachfolgende Erläuterung wird davon ausgegangen dass die erste Halbleiterzone 11 mit Dotierstoffatomen eines ersten Leitfähigkeitstyps dotiert sind, die nachfolgend als Dotierstoffatome des ersten Typs bezeichnet sind, und dass die zweite Halbleiterzone 12 mit Dotierstoffatomen eines zum ersten Leitfähigkeitstyp komplementären zweiten Leitfähigkeitstyps dotiert sind, die nachfolgend als Dotierstoffatome des zweiten Typs bezeichnet sind.During next process steps, which are in 1e are illustrated, a first connection zone 16 below the trench bottom 152 in the second semiconductor zone 12 generated. This first connection zone 16 is of the same conductivity type as the second semiconductor zone 12 , but higher doped. For the following explanation it is assumed that the first semiconductor zone 11 doped with dopant atoms of a first conductivity type, which are hereinafter referred to as dopant atoms of the first type, and that the second semiconductor zone 12 doped with dopant atoms of a second conductivity type complementary to the first conductivity type, hereinafter referred to as dopant atoms of the second type.
Zur Herstellung der ersten Anschlusszone 16 werden Dotierstoffatome des zweiten Typs über den Boden 152 des Grabens 15 in die zweite Halbleiterzone 12 implantiert. Die oberhalb der Gate-Elektrode 21 angeordnete dickere Dielektrikumsschicht die abschnittsweise auch oberhalb der ersten Halbleiterzone 11 angeordnet ist und sich in lateraler Richtung bis an den Graben 15 erstreckt, schützt während dieses Implantationsschrittes 16 die erste Halbleiterzone 11 im Bereich unterhalb der Vorderseite 101 vor einer Implantation mit Dotierstoffen des zweiten Typs. Innerhalb des Grabens 15 schützt die Schutzschicht 31 an den Grabenseitenwänden 151 die erste Halbleiterzone 11 vor einer Dotierung mit Dotierstoffatomen dieses zweiten Typs.For making the first connection zone 16 become dopant atoms of the second type on the ground 152 of the trench 15 in the second semiconductor zone 12 implanted. The above the gate electrode 21 arranged thicker dielectric layer in sections, also above the first semiconductor zone 11 is arranged and extends in a lateral direction to the ditch 15 extends, protects during this implantation step 16 the first semiconductor zone 11 in the area below the front 101 before implantation with dopants of the second type. Inside the trench 15 protects the protective layer 31 at the trench sidewalls 151 the first Semiconductor zone 11 before doping with dopant atoms of this second type.
Vorzugsweise wird vor Durchführung des Implantationsschrittes ein Streuoxid 32 auf den Grabenboden 152 aufgebracht, das insbesondere jedoch auch ganzflächig abgeschieden werden kann. Dieses Streuoxid 32 dient zur Streuung der zur Herstellung der ersten Anschlusszone 16 implantierten Dotierstoffatome.Preferably, before carrying out the implantation step, a scattering oxide 32 on the ditch floor 152 applied, but in particular can be deposited over the entire surface. This litter oxide 32 serves to scatter the for the production of the first connection zone 16 implanted dopant atoms.
Die Schutzschicht 31 ist in dem dargestellten Beispiel eine mit Dotierstoffatomen des ersten Typs dotierte Schicht. Bei Durchführung eines Temperaturprozesses, bei dem der Halbleiterkörper 100 wenigstens im Bereich der ersten Halbleiterzone 11 für eine vorgegebene Zeitdauer auf eine vorgegebene Diffusionstemperatur aufgeheizt wird, diffundieren diese Dotierstoffatome des ersten Typs aus der Schutzschicht 31 in die erste Halbleiterzone 11 ein und erzeugen dort eine zweite Anschlusszone 17, die vom gleichen Leitungstyp wie die erste Halbleiterzone 11 ist, die jedoch höher dotiert ist. Die Temperatur dieses Diffusionsprozesses beträgt zwischen 800°C und 1100°C bei einer Dauer zwischen 10 Sekunden und 15 Minuten. Die Dauer ist unter anderem von der Wahl des Dotierstoffes abhängig. Während beispielsweise Bor und Phosphor vergleichsweise rasch diffundieren, so dass eine kürzere Diffusionsdauer einzustellen ist, diffundiert Arsen vergleichsweise langsam und erfordert längere Diffusionsdauern.The protective layer 31 In the example shown, it is a layer doped with dopant atoms of the first type. When carrying out a temperature process in which the semiconductor body 100 at least in the region of the first semiconductor zone 11 is heated to a predetermined diffusion temperature for a predetermined period of time, diffusing these dopant atoms of the first type of the protective layer 31 in the first semiconductor zone 11 and create there a second connection zone 17 , which are of the same conductivity type as the first semiconductor zone 11 is, but is more highly doped. The temperature of this diffusion process is between 800 ° C and 1100 ° C for a duration between 10 seconds and 15 minutes. The duration depends among other things on the choice of dopant. For example, while boron and phosphorus diffuse comparatively rapidly, so that a shorter diffusion period is set, arsenic diffuses comparatively slowly and requires longer diffusion times.
Zur Herstellung der ersten Anschlusszone 16 ist nach Implantation der Dotierstoffatome des ersten Typs ebenfalls ein Temperaturschritt erforderlich, um Bestrahlungsschäden auszuheilen und die implantierten Dotierstoffatome zu aktivieren, das heißt in das Kristallgitter des Halbleiterkörpers 100 einzubauen. Abhängig davon, welche Elemente als Dotierstoffatome des ersten Typs und als Dotierstoffatome des zweiten Typs verwendet werden, kann ein einziger Temperaturschritt ausreichend sein, um sowohl die implantierten Dotierstoffatome des zweiten Typs zu aktivieren als auch die Dotierstoffatome des ersten Typs aus der Schutzschicht 31 in die erste Halbleiterzone 11 einzudiffundieren. Sofern die Diffusionstemperatur der Dotierstoffatome des ersten Typs, die zur Herstellung der zweiten Anschlusszone 17 dienen, höher sein sollte als die für die Aktivierung der Dotierstoffatome des zweiten Typs erforderliche Aktivierungstemperatur, besteht die Möglichkeit, vor Implantation der Dotierstoffatome des zweiten Typs einen Temperaturschritt durchzuführen, durch welchen die Dotierstoffatome des ersten Typs in die erste Halbleiterzone 11 implantiert werden. Erst danach werden die Dotierstoffatome des zweiten Typs implantiert und mittels eines weiteren Temperaturschrittes aktiviert, um die zweite Anschlusszone 16 herzustellen. Die Aktivierungstemperaturen liegen im Bereich der oben erwähnten Diffusionstemperaturen (800°C bis 1100°C). Die Aktivierungsdauern können im Bereich der oben erwähnten Diffusionsdauern liegen (15 Sekunden bis 15 Minuten).For making the first connection zone 16 After implantation of the dopant atoms of the first type, a temperature step is also required to heal radiation damage and to activate the implanted dopant atoms, that is, into the crystal lattice of the semiconductor body 100 install. Depending on which elements are used as dopant atoms of the first type and as dopant atoms of the second type, a single temperature step may be sufficient to activate both the implanted dopant atoms of the second type and the dopant atoms of the first type from the protective layer 31 in the first semiconductor zone 11 diffuse. Provided that the diffusion temperature of the dopant atoms of the first type, which for the production of the second connection zone 17 If it is intended to be higher than the activation temperature required for the activation of the dopant atoms of the second type, it is possible to perform a temperature step before implantation of the dopant atoms of the second type, through which the dopant atoms of the first type into the first semiconductor zone 11 be implanted. Only then are the dopant atoms of the second type implanted and activated by means of a further temperature step to the second connection zone 16 manufacture. The activation temperatures are in the range of the above-mentioned diffusion temperatures (800 ° C to 1100 ° C). The activation periods may be in the range of the diffusion times mentioned above (15 seconds to 15 minutes).
Die Schutzschicht 31 mit den darin enthaltenen Dotierstoffatomen des ersten Typs kann eine elektrisch leitende Schicht, wie beispielsweise dotiertes Polysilizium, kann jedoch auch eine elektrisch isolierende Schicht, wie beispielsweise ein Silikatglas sein. Zur Herstellung einer n-dotierten zweiten Anschlusszone 17 eignet sich beispielsweise mit Arsen oder Phosphor dotiertes Polysilizium, oder auch Phosphor-Silikatglas (PSG) oder Arsen-Silikatglas (ASG). Zur Herstellung einer p-dotierten zweiten Anschlusszone 17 eignet sich mit Bor dotiertes Polysilizium oder Bor-Silikatglas (BSG) als Schutzschicht 31.The protective layer 31 with the dopant atoms of the first type contained therein may be an electrically conductive layer, such as doped polysilicon, but may also be an electrically insulating layer, such as a silicate glass. For producing an n-doped second connection zone 17 is suitable, for example, polysilicon doped with arsenic or phosphorus, or phosphorus silicate glass (PSG) or arsenic-silicate glass (ASG). For producing a p-doped second connection zone 17 is suitable boron-doped polysilicon or boron-silicate glass (BSG) as a protective layer 31 ,
Die Streuoxidschicht 32 hat außer der Streuung der in den Grabenboden 152 implantierten Dotierstoffatome auch die Funktion, während des Diffusionsverfahrens zu verhindern, dass Dotierstoffatome des ersten Typs aus der Schutzschicht 31 in die in dem Graben herrschende Atmosphäre gelangen und aus dieser Atmosphäre in den Grabenboden 152 eindiffundieren, wo sie die Netto-Dotierung der ersten Anschlusszone 16 mit Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps reduzieren und damit den Kontaktwiderstand zwischen dieser ersten Anschlusszone 16 und der noch herzustellenden Anschlusselektrode erhöhen würden.The scattering oxide layer 32 except the scattering in the trench floor 152 implanted dopant atoms also have the function of preventing, during the diffusion process, dopant atoms of the first type from the protective layer 31 get into the atmosphere prevailing in the ditch and out of this atmosphere into the ditch floor 152 diffuse where they net the doping of the first terminal zone 16 with dopant atoms of the second conductivity type and thus reduce the contact resistance between this first connection zone 16 and increase the connection electrode still to be produced.
Nach Herstellung der ersten und zweiten Anschlusszonen 16, 17 und vor Herstellung dieser Anschlusselektrode 34 wird die Streuoxidschicht 32, beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens entfernt. Sofern das Material der Schutzschicht 31 ein dielektrisches Material, wie beispielsweise Silikatglas, ist, muss diese Schutzschicht 31 ebenfalls entfernt werden, während eine elektrisch leitende Schutzschicht 31, wie beispielsweise dotiertes Polysilizium, verbleiben kann.After making the first and second connection zones 16 . 17 and before making this connection electrode 34 becomes the litter oxide layer 32 , For example, removed by means of an etching process. Provided the material of the protective layer 31 a dielectric material, such as silicate glass, this protective layer must be 31 also be removed while an electrically conductive protective layer 31 , such as doped polysilicon, may remain.
1f zeigt das Bauelement nach Verfahrensschritten zur Entfernung des Streuoxids 32 und zur Herstellung einer Anschlusselektrode 34. Die Schutzschicht 31, die in dem dargestellten Beispiel eine elektrisch leitende Schutzschicht 31 ist, verbleibt dabei auf den Seitenwänden 151 des Grabens. Die Herstellung der Anschlusselektrode 34 erfolgt durch Aufbringen einer Elektrodenschicht auf die Seitenwände und den Boden des Grabens, wobei der Graben 15 vorzugsweise vollständig mit Elektrodenmaterial aufgefüllt wird. Vor Abscheiden der Elektrodenschicht wird vorzugsweise eine Barrierenschicht 33 aufgebracht, die elektrisch leitend ist und beispielsweise aus Titan (Ti) besteht. Diese Barrierenschicht kann verschiedene Funktionen erfüllen: So kann die Barrierenschicht 33 bei den Herstellungsprozessen für die Herstellung der Anschlusselektrode 34 das Halbleitermaterial in dem Graben vor Verunreinigung schützen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn eine Anschlusselektrode aus Wolfram (W) hergestellt wird. Des weiteren kann die Barrierenschicht 33 die Funktion einer Kontaktschicht erfüllen, die die komplementär zueinander dotierten Anschlusszonen 16, 17 kurzschließt. Diese Kontaktfunktion der Barrierenschicht ist beispielsweise dann erforderlich, wenn die Anschlusselektrode 34 aus hochdotiertem Polysilizium hergestellt wird. Bei Herstellung der Anschlusselektrode aus einer Aluminium-Kupfer-Verbindung verhindert die Barrierenschicht ”Spiking”. 1f shows the device according to process steps for the removal of the scattering oxide 32 and for producing a connection electrode 34 , The protective layer 31 , which in the example shown an electrically conductive protective layer 31 is, remains on the side walls 151 of the trench. The production of the connection electrode 34 is done by applying an electrode layer on the sidewalls and bottom of the trench, the trench 15 preferably completely filled with electrode material. Before depositing the electrode layer, a barrier layer is preferably used 33 applied, which is electrically conductive and consists for example of titanium (Ti). This barrier layer can fulfill different functions: Thus, the barrier layer 33 in the manufacturing processes for the production of the connection electrode 34 the Protect semiconductor material in the trench from contamination. This is particularly necessary when a terminal electrode made of tungsten (W) is produced. Furthermore, the barrier layer 33 fulfill the function of a contact layer, the complementary doped connection zones 16 . 17 shorts. This contact function of the barrier layer is required, for example, when the connection electrode 34 is made of highly doped polysilicon. When the terminal electrode is made of an aluminum-copper compound, the barrier layer prevents spiking.
Auf eine Barrierenschicht kann verzichtet werden, wenn als Material für die Anschlusselektrode beispielsweise AlCu(Si) verwendet wird.A barrier layer can be dispensed with if, for example, AlCu (Si) is used as the material for the connection electrode.
Ergebnis des zuvor erläuterten Herstellungsverfahrens ist ein Halbleiterbauelement mit einer ersten und einer zweiten Halbleiterzone 11, 12, die komplementär zueinander dotiert sind und die durch eine Anschlusselektrode 34 niederohmig kontaktiert ist. Der niederohmige Kontakt wird möglich durch die beiden hochdotierten Anschlusszonen 16, 17 und im Bereich der ersten Halbleiterzone 11 durch die hochdotierte, beispielsweise aus Polysilizium bestehende, Schutzschicht 31.The result of the manufacturing method explained above is a semiconductor component having a first and a second semiconductor zone 11 . 12 , which are doped complementary to each other and through a connection electrode 34 contacted with low impedance. The low-resistance contact is made possible by the two heavily doped connection zones 16 . 17 and in the region of the first semiconductor zone 11 through the highly doped, for example made of polysilicon, protective layer 31 ,
2 zeigt einen Querschnitt durch das Bauelement nach Herstellung der Anschlusselektrode 34 und der optionalen Barriereschicht 33, wobei hier die Schutzschicht an den Seitenwänden des Grabens entfernt wurde. Die Entfernung der Schutzschicht 31 kann beispielsweise zusammen mit der Entfernung der Streuoxidschicht (32 in 1e) erfolgen. Übliche Ätzmaterialien, die zum Ätzen der Streuoxidschicht 32 geeignet sind, ätzen üblicherweise auch Silikatglas, das als Schutzschicht in Frage kommt, so dass die Streuoxidschicht 32 und die Schutzschicht 31 in einem gemeinsamen Verfahrensschritt entfernt werden. Bei dem in 2 dargestellten Bauelement kontaktiert die Anschlusselektrode, die die optionale Barrierenschicht 33 und die Elektrodenschicht 34 umfasst, im Bereich der Seitenwände des Grabens die hochdotierte zweite Anschlusszone 17 unmittelbar. 2 shows a cross section through the device after production of the connection electrode 34 and the optional barrier layer 33 Here, the protective layer was removed on the side walls of the trench. The removal of the protective layer 31 may, for example, together with the removal of the litter oxide layer ( 32 in 1e ) respectively. Typical etching materials used to etch the scattering oxide layer 32 Silica glass which is suitable as a protective layer is usually also etched, so that the scattering oxide layer 32 and the protective layer 31 be removed in a common process step. At the in 2 The illustrated component contacts the terminal electrode, which is the optional barrier layer 33 and the electrode layer 34 comprises, in the region of the side walls of the trench, the heavily doped second connection zone 17 immediate.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer die erste und zweite Halbleiterzone 11, 12 kontaktierenden Anschlusselektroden unter Verwendung einer Schutzschicht wird nachfolgend anhand der 3a bis 3c erläutert.Another method of manufacturing a first and second semiconductor zone 11 . 12 contacting terminal electrodes using a protective layer will be described below with reference to 3a to 3c explained.
Bezug nehmend auf 3a wird bei diesem Verfahren nach Herstellung des Grabens 15 eine metallische Schutzschicht 41 auf die Seitenwände 151 des Grabens 15 aufgebracht. Die Herstellung dieser metallischen Schutzschicht 41 erfolgt beispielsweise entsprechend der Herstellung der in 1d dargestellten Schutzschicht 31 durch Abscheiden einer metallischen Schicht 41', die in 3a noch gestrichelt dargestellt ist, und anschließendes anisotropes Rückätzen dieser metallischen Schicht 41', so dass eine Schutzschicht 41 an den Seitenwänden 151 des Grabens 15 verbleibt.Referring to 3a becomes in this process after production of the trench 15 a metallic protective layer 41 on the side walls 151 of the trench 15 applied. The production of this metallic protective layer 41 takes place, for example, according to the production of in 1d represented protective layer 31 by depositing a metallic layer 41 ' , in the 3a is still shown in dashed lines, and then anisotropic etching back this metallic layer 41 ' so that a protective layer 41 on the side walls 151 of the trench 15 remains.
Bezug nehmend auf 3b wird anschließend ein Dotierstoffmaterial 43, das Dotierstoffatome des zweiten Typs enthält, in den Graben 15 eingebracht. Dieses Dotierstoffatome enthaltende Material 43 ist beispielsweise dotiertes Polysilizium. Dieses Dotierstoffmaterial 43 muss den Graben wenigstens teilweise auffüllen, so dass der Boden 152 des Grabens bedeckt ist, diese Dotierstoffmaterialschicht kann allerdings auch so abgeschieden werden, dass der Graben 15 vollständig mit Dotierstoffmaterial 43 aufgefüllt ist und dass auch Bereiche dieser Dotierstoffmaterialschicht 43 noch oberhalb der Vorderseite des Halbleiterkörpers 101 angeordnet sind, wie dies in 3b dargestellt ist.Referring to 3b then becomes a dopant material 43 containing dopant atoms of the second type into the trench 15 brought in. This dopant-containing material 43 is for example doped polysilicon. This dopant material 43 must at least partially fill the trench, leaving the ground 152 however, this dopant material layer may also be deposited such that the trench 15 completely with dopant material 43 is filled in and that also areas of this Dotierstoffmaterialschicht 43 still above the front of the semiconductor body 101 are arranged as in 3b is shown.
Nach Herstellen dieser Dotierstoffmaterialschicht 43 erfolgt ein Diffusionsschritt, bei dem der Halbleiterkörper 100 für eine vorgegebene Zeitdauer auf eine Diffusionstemperatur aufgeheizt wird, so dass Dotierstoffatome aus der Dotierstoffmaterialschicht 43 am Boden 152 des Grabens in die zweite Halbleiterzone 12 eindiffundieren und dort eine hochdotierte erste Anschlusszone 16 des zweiten Leitungstyps erzeugen. Die Schutzschicht 41 an den Grabenseitenwänden 151 dient als Diffusionsbarriere und schützt die erste Halbleiterzone 11 während des Diffusionsverfahrens vor einer Eindiffusion von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in diese erste Halbleiterzone 11. Im Grenzbereich zwischen der Schutzschicht 41 und dem Halbleitermaterial entsteht während des Diffusionsprozesses eine Metall-Halbleiter-Verbindung, die einen niederohmigen Anschlusskontakt zwischen der metallischen Schutzschicht 41 und insbesondere der ersten Halbleiterzone 11 gewährleistet. Bei Verwendung von Silizium als Halbleitermaterial ist diese Metall-Halbleiter-Verbindung ein Silizid. Als Material für die metallische Schutzschicht eignet sich insbesondere Titan.After making this dopant material layer 43 a diffusion step takes place in which the semiconductor body 100 is heated to a diffusion temperature for a predetermined period of time, so that dopant atoms from the Dotierstoffmaterialschicht 43 on the ground 152 of the trench in the second semiconductor zone 12 diffuse there and there a highly doped first connection zone 16 of the second conductivity type. The protective layer 41 at the trench sidewalls 151 serves as a diffusion barrier and protects the first semiconductor zone 11 during the diffusion process before a diffusion of dopant atoms of the second conductivity type in this first semiconductor zone 11 , In the border area between the protective layer 41 and the semiconductor material is formed during the diffusion process, a metal-semiconductor compound having a low-resistance terminal contact between the metallic protective layer 41 and in particular the first semiconductor zone 11 guaranteed. When using silicon as the semiconductor material, this metal-semiconductor compound is a silicide. Titanium is particularly suitable as the material for the metallic protective layer.
Nach Herstellung der Anschlusszone 16 unterhalb des Grabenbodens in der zweiten Halbleiterzone 12 wird die Dotierstoffmaterialschicht 43, beispielsweise mittels eines Ätzverfahrens entfernt. Anschließend wird die Anschlusselektrode 34 durch Abscheiden einer Elektrodenmaterialschicht auf die Seitenwände 151 und den Boden 152 des Grabens 15 hergestellt, wobei vor Abscheiden der Elektrodenschicht optional eine Barrierenschicht 33 wenigstens auf den Grabenboden 152 und die Seitenwände 151 des Grabens aufgebracht wird.After making the connection zone 16 below the trench bottom in the second semiconductor zone 12 becomes the dopant material layer 43 , For example, removed by means of an etching process. Subsequently, the connection electrode 34 by depositing an electrode material layer on the sidewalls 151 and the floor 152 of the trench 15 wherein, prior to depositing the electrode layer, optionally a barrier layer 33 at least on the ditch floor 152 and the side walls 151 the trench is applied.
Die Dotierstoffmaterialschicht kann aus einem elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise dotiertem Polysilizium bestehen. In nicht näher dargestellter Weise kann eine solche elektrisch leitende Dotierstoffmaterialschicht wenigstens abschnittsweise in dem Graben verbleiben und dort die Funktion der Anschlusselektrode erfüllen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, eine solche elektrisch leitende Dotierstoffmaterialschicht nach Eindiffusion der Dotierstoffatome in den Halbleiterkörper 100 so weit zurückzuätzen, dass der noch wenigstens teilweise mit der Dotierstoffmaterialschicht aufgefüllt ist und anschließend eine Elektrodenschicht, beispielsweise aus Aluminium, herzustellen, die einen weiteren Teil der Anschlusselektrode bildet und die Dotierstoffmaterialschicht kontaktiert.The dopant material layer may be made of an electrically conductive material, such as doped polysilicon. In a manner not shown, such an electrical conductive dopant material layer at least partially remain in the trench and there fulfill the function of the connection electrode. For example, there is the possibility of such an electrically conductive dopant material layer after diffusion of the dopant atoms into the semiconductor body 100 to be etched back so far that the at least partially filled with the Dotierstoffmaterialschicht and then an electrode layer, for example made of aluminum, produce, which forms a further part of the connection electrode and the dopant material layer contacted.
Eine solche Elektrodenschicht kann auch unmittelbar, d. h. ohne vorherigen Ätzprozess auf die in 3c dargestellte Dotierstoffmaterialschicht 34 aufgebracht werden, sofern diese aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.Such an electrode layer can also directly, ie without previous etching process on the in 3c illustrated dopant material layer 34 be applied, provided that it consists of an electrically conductive material.
Die nachfolgend erläuterten 4a bis 4c zeigen eine Abwandlung des zuvor anhand der 3a bis 3c erläuterten Verfahrens. Bei diesem Verfahren wird nach Herstellung des Grabens 15 eine metallische Schutzschicht 42 auf den Grabenboden 152 aufgebracht, während die Grabenseitenwände frei bleiben. Die Schutzschicht 42 besteht beispielsweise aus einem Silzid, wie Titansilizid oder Kobaltsilizid. Eine solche Schutzschicht kann durch stark nichtkonformes Sputtern eines Metalls, wie Titan oder Kobalt, und einen anschließenden nichtkonformen selbstjustierten TiSi-Prozess hergestellt werden. Bei dieser nichtkonformen Abscheidung durch Sputtern wird das Metall auf den Boden 151 des Grabens 15 und auf die Isolationsschicht 23 jedoch nicht auf die Seitenwände 152 des Grabens aufgebracht. Anschließend wird ein Temperaturprozess durchgeführt, durch welchen das Metall am Grabenboden 151 mit dem Silizium des Halbleiterkörpers 100 zu einem Silizid reagiert und dort die Schutzschicht bildet, während das Metall auf der Isolationsschicht nicht reagiert. Das auf der Isolationsschicht 23 verbleibende Metall wird anschließend nasschemisch entfernt.The following explained 4a to 4c show a modification of the above with reference to the 3a to 3c explained method. In this method, after making the trench 15 a metallic protective layer 42 on the ditch floor 152 applied, while the trench sidewalls remain free. The protective layer 42 For example, it consists of a silicide, such as titanium silicide or cobalt silicide. Such a protective layer can be made by highly non-conforming sputtering of a metal, such as titanium or cobalt, and a subsequent non-conforming self-aligned TiSi process. In this non-conforming deposition by sputtering, the metal is on the ground 151 of the trench 15 and on the insulation layer 23 but not on the side walls 152 of the ditch. Subsequently, a temperature process is carried out, through which the metal at the bottom of the trench 151 with the silicon of the semiconductor body 100 reacts to form a silicide and forms the protective layer there, while the metal does not react on the insulating layer. That on the insulation layer 23 remaining metal is then removed wet-chemically.
Nach Herstellen dieser Schutzschicht 42 am Grabenboden 152 wird der Graben 15 wenigstens bis zu einer Oberkante der zweiten Halbleiterschicht 11, vorzugsweise jedoch vollständig mit einer Dotierstoffmaterialschicht 44 aufgefüllt, die Dotierstoffatome des gleichen Leitungstyps wie die erste Halbleiterzone 11, also Dotierstoffatome des ersten Typs aufweist. Diese Dotierstoffmaterialschicht 44 ist beispielsweise eine dotierte Polysiliziumschicht. Nach Herstellen dieser Dotierstoffmaterialschicht 44 erfolgt ein Diffusionsprozess, bei dem der Halbleiterkörper für eine vorgegebene Zeitdauer auf eine Diffusionstemperatur aufgeheizt wird, wodurch Dotierstoffatome aus der Dotierstoffmaterialschicht 44 über die Seitenwände 152 des Grabens 15 in die erste Halbleiterzone 11 eindiffundieren und dort eine hochdotierte Anschlusszone 17 des gleichen Leitungstyps wie die erste Halbleiterzone 11 bilden. Die Dotierstoffatome sind beispielsweise Phosporatome oder Arsenatome, wenn eine n-dotierte Anschlusszone 17 hergestellt werden soll, und die Dotierstoffatome sind beispielsweise Boratome, wenn eine p-dotierte Anschlusszone 17 hergestellt werden soll.After making this protective layer 42 at the bottom of the ditch 152 becomes the ditch 15 at least up to an upper edge of the second semiconductor layer 11 but preferably completely with a dopant material layer 44 filled, the dopant atoms of the same conductivity type as the first semiconductor zone 11 , that is, dopant atoms of the first type. This dopant material layer 44 is, for example, a doped polysilicon layer. After making this dopant material layer 44 a diffusion process takes place, in which the semiconductor body is heated to a diffusion temperature for a predetermined period of time, whereby dopant atoms from the dopant material layer 44 over the side walls 152 of the trench 15 in the first semiconductor zone 11 diffuse in and there a highly doped connection zone 17 of the same conductivity type as the first semiconductor zone 11 form. The dopant atoms are, for example, phosphorus atoms or arsenic atoms, if an n-doped terminal zone 17 is to be prepared, and the dopant atoms are, for example boron atoms, when a p-doped junction zone 17 to be produced.
Nach Abschluss des Diffusionsverfahrens wird die Dotierstoffmaterialschicht 44 entfernt und ein Elektrodenmaterial wird auf die Seitenwände und den Boden des Grabens aufgebracht bzw. der Graben wird vollständig mit einem Elektrodenmaterial verfüllt, wie dies im Ergebnis in 4c dargestellt ist. Optional wird vor Abscheiden der Elektrodenschicht 34 eine Barrierenschicht 33, beispielsweise aus Titan wenigstens auf die Seitenwände und den Boden des Grabens aufgebracht.Upon completion of the diffusion process, the dopant material layer becomes 44 is removed and an electrode material is applied to the sidewalls and the bottom of the trench or the trench is completely filled with an electrode material, as shown in 4c is shown. Optionally, prior to deposition of the electrode layer 34 a barrier layer 33 For example, made of titanium at least applied to the side walls and the bottom of the trench.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer die erste und die zweite Halbleiterzone 11, 12 kontaktierenden Anschlusselektrode wird nachfolgend anhand der 5a bis 5d erläutert.An alternative method of manufacturing a first and a second semiconductor zone 11 . 12 contacting terminal electrode will be described below with reference to 5a to 5d explained.
Bezug nehmend auf 5a wird bei diesem Verfahren zunächst ein Graben 15' hergestellt, der sich durch die Dielektrikumsschicht 23 über die Vorderseite 101 bis zu einer ersten Grabentiefe d1 in den Halbleiterkörper 100 hinein erstreckt, wobei diese erste Grabentiefe d1 geringer ist, als die letztendlich gewünschte Tiefe des Grabens. Dieser erste Grabenabschnitt 15' erstreckt sich bei dem Beispiel in 5a bis in die zweite Halbleiterzone 12 hinein, kann jedoch in nicht näher dargestellter Weise auch oberhalb dieser zweiten Halbleiterzone 12 in der ersten Halbleiterzone 11 enden.Referring to 5a will first dig in this process 15 ' made through the dielectric layer 23 over the front 101 up to a first trench depth d1 in the semiconductor body 100 extends, wherein this first trench depth d1 is less than the final desired depth of the trench. This first trench section 15 ' extends in the example in 5a to the second semiconductor zone 12 in, but in a manner not shown also above this second semiconductor zone 12 in the first semiconductor zone 11 end up.
Dieser erste Grabenabschnitt 15' weist Seitenwände 151' und einen Boden 152' auf. Bezug nehmend auf 5b werden Dotierstoffatome über die Seitenwände 151' und den Boden 152' in die erste und zweite Halbleiterzone 11, 12 eingebracht, um eine hochdotierte Anschlusszone des gleichen Leitfähigkeitstyps wie die erste Halbleiterzone 11 zu erzeugen. Hierzu werden Dotierstoffatome des ersten Typs beispielsweise über die Seitenwände 151' in die erste Halbleiterzone 11 implantiert. Eine Implantation der Dotierstoffatome erfolgt dabei auch über den Boden 152 des Grabens 15' in die zweite Halbleiterzone 12. Der benachbart zu den Seitenwänden 151 und den Boden 152 des Grabens angeordnete Halbleiterbereich mit darin implantierten Dotierstoffatomen des ersten Typs ist in 5b mit dem Bezugszeichen 17' bezeichnet. Für die Durchführung dieses Implantationsverfahrens wird optional ein Streuoxid 32 wenigstens auf die Seitenwände 151' und den Boden 152' des Grabens 15 aufgebracht.This first trench section 15 ' has side walls 151 ' and a floor 152 ' on. Referring to 5b become dopant atoms over the sidewalls 151 ' and the floor 152 ' in the first and second semiconductor zone 11 . 12 introduced to a highly doped junction region of the same conductivity type as the first semiconductor region 11 to create. For this purpose, dopant atoms of the first type become, for example, over the sidewalls 151 ' in the first semiconductor zone 11 implanted. An implantation of the dopant atoms also takes place via the soil 152 of the trench 15 ' in the second semiconductor zone 12 , The one next to the side walls 151 and the floor 152 The semiconductor region arranged in the trench with dopant atoms of the first type implanted therein is shown in FIG 5b with the reference number 17 ' designated. For the implementation of this implantation method is optionally a litter oxide 32 at least on the side walls 151 ' and the floor 152 ' of the trench 15 applied.
Anstatt ein Implantationsverfahren durchzuführen kann die dotierte Halbleiterzone 17' auch durch ein Diffusionsverfahren hergestellt werden, indem der Grabenabschnitt 15' in nicht näher dargestellter Weise mit einem Dotierstoffatome enthaltenden Material aufgefüllt wird und indem Dotierstoffatome aus diesem Material anschließend während eines Temperaturschrittes in die erste und zweite Halbleiterzone 11, 12 eindiffundiert werden.Instead of performing an implantation process, the doped semiconductor zone 17 ' also produced by a diffusion process by the trench section 15 ' is filled in a manner not shown with a material containing dopant atoms and then by dopant atoms of this material during a temperature step in the first and second semiconductor zone 11 . 12 be diffused.
Während nächster Verfahrensschritte, deren Ergebnis in 5c dargestellt ist, wird der Graben mittels eines Ätzverfahrens in Richtung der zweiten Halbleiterzone 12 bis auf eine gewünschte Endtiefe d2 geätzt. Sofern für die anhand von 5b erläuterten Verfahrensschritte ein Streuoxid 32 aufgebracht wurde, wird dieses Streuoxid zunächst anisotrop vom Boden 152' des Grabenabschnitts 15' entfernt, während dieses Streuoxid in nicht näher dargestellter Weise auf den Seitenwänden 151' des Grabenabschnitts 15' verbleibt. Der durch das Ätzverfahren hergestellte, sich ausgehend von dem Boden 152' des ersten Grabenabschnitts 15' weiter in den Halbleiterkörper hineinerstreckende weiter Grabenabschnitt weist in diesem Fall eine geringere Breite w2 als der erste Grabenabschnitt 15', der eine Breite w1 besitzt, auf.During next procedural steps, the result in 5c is shown, the trench by means of an etching process in the direction of the second semiconductor zone 12 etched to a desired final depth d2. Unless for the basis of 5b explained process steps a litter oxide 32 was applied, this litter is initially anisotropic from the soil 152 ' of the trench section 15 ' removed while this litter oxide in a manner not shown on the side walls 151 ' of the trench section 15 ' remains. The one produced by the etching process, starting from the bottom 152 ' of the first trench section 15 ' further in the semiconductor body hineinzstreckende further trench portion has in this case a smaller width w2 than the first trench portion 15 ' which has a width w1 on.
Nach Verlängern des Grabens bis auf seine gewünschte Endtiefe d2 werden Dotierstoffatome über den Boden 152 des Grabens 15 in die zweite Halbleiterzone 12 implantiert, um eine hochdotierte Anschlusszone 16 des gleichen Leitungstyps wie die zweite Halbleiterzone 12 zu erzeugen. Nach Implantation dieser Dotierstoffatome ist in bereits erläuterter Weise ein Temperaturschritt erforderlich, um Bestrahlungsschäden auszuheilen und die implantierten Dotierstoffatome zu aktivieren. Zur Aktivierung der in den Bereich 17' implantierten Dotierstoffatome des ersten Typs und zur Aktivierung der über den Boden 152 des Grabens implantierten Dotierstoffatome des zweiten Typs kann dabei ein gemeinsamer Temperaturschritt ausreichend sein. Im Ergebnis entsteht eine hochdotierte Anschlusszone 16 vom gleichen Leitungstyps wie die zweite Halbleiterzone 12 am Boden des zweistufig hergestellten Grabens und eine hochdotierte Anschlusszone 17 des gleichen Leitungstyps wie die erste Halbleiterzone 11 an Seitenwänden des zunächst hergestellten Grabenabschnittes 15' des zweistufig hergestellten Grabens.After lengthening of the trench to its desired final depth d2, dopant atoms are transferred to the bottom 152 of the trench 15 in the second semiconductor zone 12 implanted around a heavily doped junction zone 16 of the same conductivity type as the second semiconductor zone 12 to create. After implantation of these dopant atoms, a temperature step is required in the manner already explained in order to heal radiation damage and to activate the implanted dopant atoms. To activate in the area 17 ' implanted dopant atoms of the first type and for activation of the above ground 152 In this case, a common temperature step may be sufficient for doping atoms of the second type implanted in the trench. The result is a highly doped junction zone 16 of the same conductivity type as the second semiconductor zone 12 at the bottom of the two-step trench and a heavily doped junction zone 17 of the same conductivity type as the first semiconductor zone 11 on side walls of the first trench section 15 ' of the two-step trench.
An diese Verfahrensschritte zur Herstellung der Anschlusszonen 16, 17 schließen sich Verfahrensschritte zur Herstellung der Anschlusselektrode an. Diese Verfahrensschritte sind im Ergebnis in 5d dargestellt. Zur Herstellung der Anschlusselektrode wird wie bei dem bereits zuvor erläutertem Verfahren eine Elektrodenschicht auf die Seitenwände und den Boden des Grabens abgeschieden, wobei der Graben vorzugsweise vollständig mit Elektrodenmaterial aufgefüllt wird. Darüber hinaus kann optional eine Barrierenschicht 33 auf die Seitenwände und den Boden des Grabens vor Abscheiden der Elektrodenschicht hergestellt werden.To these process steps for the preparation of the connection zones 16 . 17 join in process steps for the preparation of the connection electrode. These process steps are as a result in 5d shown. To produce the connection electrode, an electrode layer is deposited on the side walls and the bottom of the trench, as in the previously explained method, wherein the trench is preferably completely filled with electrode material. In addition, a barrier layer can optionally be added 33 on the sidewalls and bottom of the trench before depositing the electrode layer.
Anhand der 6a bis 6c wird nachfolgend eine weitere Alternative eines Verfahrens zur Herstellung einer die erste und zweite Halbleiterzone 11, 12 kontaktierenden Anschlusselektrode erläutert. Bezug nehmend auf die 6a und 6b ist bei diesem Verfahren vorgesehen, Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps über die Seitenwände 151 des Grabens 15 in die erste Halbleiterzone 11 und Dotierstoffatome des zweiten Typs über den Boden 152 des Grabens in die zweite Halbleiterzone zu implantieren, um dadurch eine hochdotierte Anschlusszone 17 des gleichen Leitungstyps wie die erste Halbleiterzone 11 in dieser Halbleiterzone 11 zu erzeugen und eine hochdotierte Anschlusszone des gleichen Leitungstyps wie die zweite Halbleiterzone in dieser zweiten Halbleiterzone 12 zu erzeugen. Zur Durchführung dieser Implantationsschritte wird vorzugsweise ein Streuoxid 32 wenigstens auf die Seitenwände 151 und den Boden des Grabens 152 aufgebracht.Based on 6a to 6c is a further alternative of a method for producing a first and second semiconductor zone 11 . 12 contacting connecting electrode explained. Referring to the 6a and 6b is provided in this method, dopant atoms of the first conductivity type via the side walls 151 of the trench 15 in the first semiconductor zone 11 and dopant atoms of the second type above the ground 152 of the trench into the second semiconductor region, thereby forming a heavily doped junction region 17 of the same conductivity type as the first semiconductor zone 11 in this semiconductor zone 11 and a heavily doped junction region of the same conductivity type as the second semiconductor region in this second semiconductor region 12 to create. To carry out these implantation steps is preferably a litter 32 at least on the side walls 151 and the bottom of the trench 152 applied.
Um zu erreichen, dass die Dotierstoffatome des ersten Typs zur Herstellung der Anschlusszone 17 im wesentlichen nur in die erste Halbleiterzone 11 eingebracht werden, wird ein Implantationswinkel, unter dem die Dotierstoffatome implantiert werden, so gewählt, dass keine Dotierstoffatome bis an den Grabenboden 152 gelangen können. Die oberen Kanten des Grabens 15 schirmen hierbei bei einem geeigneten Implantationswinkel den Grabenboden gegen eine Implantation von Dotierstoffatomen des ersten Typs ab. Bei einer Grabentiefe d und einer Grabenweite w gilt für den kleinsten Winkel α, unter dem die Dotierstoffatome gegenüber der Vertikalen gerade noch implantiert werden dürfen, um nicht bis an den Grabenboden zu gelangen: α = arctan (w/d) (1) In order to achieve that the dopant atoms of the first type for the preparation of the connection zone 17 essentially only in the first semiconductor zone 11 are introduced, an implantation angle, under which the dopant atoms are implanted, selected so that no dopant atoms up to the trench bottom 152 can reach. The upper edges of the trench 15 shield at a suitable implantation angle the trench bottom against an implantation of dopant atoms of the first type. In the case of a trench depth d and a trench width w, for the smallest angle α, under which the dopant atoms can barely be implanted relative to the vertical, in order not to reach the trench bottom: α = arctane (w / d) (1)
Bei Vorsehen eines Streuoxids 32 bezeichnet d die Grabentiefe, die nach Aufbringen des Streuoxids noch vorhanden ist, während w die Breite des Grabens bezeichnet, die nach Aufbringen des Streuoxids 32 vorhanden ist.With provision of a scattering oxide 32 d denotes the trench depth which is still present after application of the scattering oxide, while w denotes the width of the trench after application of the scattering oxide 32 is available.
Um eine Implantation von Dotierstoffatomen in den Boden des Grabens zu vermeiden, erfolgt die Seitenwandimplantation damit bei Winkeln, die kleiner als der in Gleichung 1 angegebene Grenzwinkel α ist.To avoid implantation of dopant atoms into the bottom of the trench, sidewall implantation is thus performed at angles less than the critical angle α given in Equation 1.
Die Herstellung der Anschlusszone 16 unterhalb des Grabenbodens 152 erfolgt durch Implantation von Dotierstoffatomen unter einem Winkel von 0° gegenüber der Vertikalen, d. h. gegenüber den Grabenseitenwänden 151, bzw. unter einem Winkel von 90° gegenüber dem Grabenboden. Durch diese Implantation wird verhindert, dass Dotierstoffatome über die Seitenwände 151 des Grabens in die erste Halbleiterzone 11 implantiert werden.The production of the connection zone 16 below the trench bottom 152 takes place by implantation of dopant atoms at an angle of 0 ° with respect to the vertical, ie with respect to the trench sidewalls 151 , or at an angle of 90 ° relative to the trench bottom. This implant prevents dopant atoms over the side walls 151 of the trench into the first semiconductor zone 11 be implanted.
Allgemein gilt, dass bei dem zuvor erläuterten Verfahren der Grenzwinkel α – und damit die Winkel, unter denen die Dotierstoffatome des ersten Typs zur Herstellung der Anschlusszone 17 implantiert werden dürfen – umso kleiner sein darf, je höher das Aspektverhältnis des Grabens, d. h. das Verhältnis aus Grabenweite zu Grabentiefe ist. Während bei einem Aspektverhältnis von 1:1 der Implantationswinkel zwischen 45° und 60° liegen sollte, um sicherzustellen, dass keine Dotierstoffatome in den Boden des Grabens implantiert werden, genügen bei einem Aspektverhältnis von 3:1 bereits Winkel zwischen 20° und 45°, um dies sicherzustellen.In general, in the method described above, the critical angle α - and thus the angles at which the dopant atoms of the first type for the preparation of the connection zone 17 may be implanted - the smaller the higher the aspect ratio of the trench, ie the ratio of trench width to trench depth is. While with an aspect ratio of 1: 1 the implantation angle should be between 45 ° and 60 ° to ensure that no dopant atoms are implanted into the bottom of the trench, angles of between 20 ° and 45 ° are already sufficient with an aspect ratio of 3: 1. to ensure this.
An die Implantationsverfahren schließen sich die bereits zuvor erläuterten Verfahrensschritte zur Herstellung der Anschlusselektrode an, wobei vor Herstellung dieser Anschlusselektrode ein eventuell aufgebrachtes Streuoxid 32 entfernt wird.The implantation processes are followed by the process steps for the preparation of the connection electrode which have already been explained above, wherein a scattered oxide which may have been applied before this connection electrode is produced 32 Will get removed.
6c zeigt das Bauelement nach Durchführung der Verfahrensschritte zur Herstellung der Anschlusselektrode 34, wobei optional vor Abscheiden der Elektrodenschicht zur Herstellung der Anschlusselektrode eine Barrierenschicht 33 wenigstens auf die Seitenwände und den Boden des Grabens 15 aufgebracht wird. 6c shows the device after performing the process steps for the preparation of the connection electrode 34 wherein, optionally before deposition of the electrode layer for producing the connection electrode, a barrier layer 33 at least on the side walls and the bottom of the trench 15 is applied.
Ein mögliches Verfahren zur Herstellung des sich ausgehend von der Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 100 hineinerstreckenden Grabens 15 für die spätere Anschlusselektrode wird nachfolgend anhand der 7a bis 7e erläutert. 7a zeigt den Halbleiterkörper 100 in Seitenansicht im Querschnitt nach Durchführung von Verfahrensschritten zur Herstellung der in Gräben angeordneten Gate-Elektroden 21 und der die Gate-Elektroden 21 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isolierenden Gate-Dielektrikumsschichten 22 und nach Herstellung der zweiten Halbleiterschicht 12. Diese zweite Halbleiterschicht 12 wird beispielsweise durch Implantation von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps über die Vorderseite 101 in den Halbleiterkörper 100 und nachfolgendes Durchführen einer Temperaturbehandlung erzeugt. Die erste Halbleiterzone 11 kann hierbei entsprechend der zweiten Halbleiterzone durch Implantation von Dotierstoffatomen und eine anschließende Temperaturbehandlung unmittelbar nach Herstellen der zweiten Halbleiterzone 12 hergestellt werden, kann jedoch – wie noch erläutert werden wird – auch zu einem späteren Zeitpunkt im Verfahren hergestellt werden.A possible method of making the starting from the front 101 in the semiconductor body 100 extending into the trench 15 for the later connection electrode is described below with reference to 7a to 7e explained. 7a shows the semiconductor body 100 in side view in cross-section after performing process steps for the preparation of the gate electrodes arranged in trenches 21 and the gate electrodes 21 dielectric with respect to the semiconductor body 100 insulating gate dielectric layers 22 and after production of the second semiconductor layer 12 , This second semiconductor layer 12 is achieved, for example, by implantation of dopant atoms of the second conductivity type across the front 101 in the semiconductor body 100 and subsequently performing a temperature treatment. The first semiconductor zone 11 can in this case according to the second semiconductor zone by implantation of dopant atoms and a subsequent temperature treatment immediately after the production of the second semiconductor zone 12 can be prepared, but - as will be explained - also be produced at a later date in the process.
Die Gateelektroden 21 sind bei dieser Anordnung so realisiert, dass ein oberes Ende der Gateelektroden 21 gegenüber der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 zurückgesetzt ist, so dass jeweils Aussparungen 18 oberhalb der Gateelektroden 21 in dem Halbleiterkörper 100 vorhanden sind.The gate electrodes 21 are realized in this arrangement so that an upper end of the gate electrodes 21 opposite the front 101 of the semiconductor body 100 is reset, so that each recesses 18 above the gate electrodes 21 in the semiconductor body 100 available.
Bezugnehmend auf 7b wird die in 7a dargestellte Anordnung einer Temperaturbehandlung unterzogen wird, so dass oberflächennahe Abschnitte des Halbleiterkörpers 100 und der Gate-Elektroden 21 oxidieren, wodurch im Bereich der Vorderseite 101 sowohl über Abschnitten des Halbleiterkörpers 100, insbesondere über den Messgebieten, als auch über den Gateelektroden 21 eine Oxidschicht 24' entsteht. Die Gateelektroden 21 bestehen beispielsweise aus dotierten Polysilizium und oxidieren somit annähernd bei den gleichen Temperaturen wie der Halbleiterkörper 100, der beispielsweise aus Silizium besteht.Referring to 7b will the in 7a illustrated arrangement of a temperature treatment is subjected, so that near-surface portions of the semiconductor body 100 and the gate electrodes 21 oxidize, causing in the area of the front 101 both over sections of the semiconductor body 100 , in particular over the measuring areas, as well as over the gate electrodes 21 an oxide layer 24 ' arises. The gate electrodes 21 consist for example of doped polysilicon and thus oxidize approximately at the same temperatures as the semiconductor body 100 , which consists for example of silicon.
Eine Dicke der Oxidschicht beträgt beispielsweise zwischen 200 und 300 nm, wofür eine oberflächennahe Schicht des Halbleiterkörpers mit einer Dicke von etwa 100 bis 150 nm ”verbraucht” wird. Die Oxidation des Halbleiterkörpers 100 erfolgt hierbei sowohl an der Vorderseite 101 als auch in solchen Bereichen, die seitlich an den Aussparungen 18 oberhalb der Gateelektroden 21 freiliegen. Diese Oxidation der Vorderseite 101 und der Seitenwände der Aussparungen bewirkt, dass die Oxidschicht 24' oberhalb der Gate-Elektroden 21 trichterförmig bzw. V-förmig verläuft. Die Oxidationsschicht 24', die überall auf freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers 100 und der Gate-Elektroden 21 aufwächst, weist bedingt durch die Aussparungen 18 oberhalb der Gateelektroden 21 dadurch eine unebene Oberflächenstruktur mit Vertiefungen oberhalb der Gate-Elektroden 21 auf.A thickness of the oxide layer is, for example, between 200 and 300 nm, for which purpose a near-surface layer of the semiconductor body having a thickness of approximately 100 to 150 nm is "consumed". The oxidation of the semiconductor body 100 takes place here both on the front 101 as well as in those areas that are lateral to the recesses 18 above the gate electrodes 21 exposed. This oxidation of the front 101 and the side walls of the recesses causes the oxide layer 24 ' above the gate electrodes 21 funnel-shaped or V-shaped runs. The oxidation layer 24 ' all over exposed areas of the semiconductor body 100 and the gate electrodes 21 grows up, due to the gaps 18 above the gate electrodes 21 thereby an uneven surface structure with recesses above the gate electrodes 21 on.
Bezugnehmend auf 7c wird auf die Oxidschicht 24' anschließend eine Füllschicht 25' aufgebracht, die die Aussparungen der Oxidschicht 24' auffüllt. Diese Füllschicht 25' besteht beispielsweise aus einem Isolationsmaterial, beispielsweise einem abgeschiedenen Oxid, wie Tetraethoxysilan (TEOS), oder aus einem dotierten oder undotierten Silikatglas (PSG, BPSG, USG).Referring to 7c gets onto the oxide layer 24 ' then a filling layer 25 ' applied to the recesses of the oxide layer 24 ' fills. This filling layer 25 ' consists for example of an insulating material, such as a deposited oxide, such as tetraethoxysilane (TEOS), or of a doped or undoped silicate glass (PSG, BPSG, USG).
Diese Füllschicht 25' und die Oxidschicht 24' werden anschließend soweit abgetragen, bis das zwischen den Gräben mit den Gate-Elektroden 21 liegende Messgebiet des Halbleiterkörpers 100 freiliegt, was im Ergebnis in 7d dargestellt ist. Das Abtragen dieser beiden Schichten erfolgt beispielsweise durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren (CMP) oder durch ein Ätzverfahren. Die Oxidschicht 24' und die Füllschicht 25' verbleiben hierbei abschnittsweise im Bereich der früheren Aussparungen (18 in 7a) des Halbleiterkörpers 100 oberhalb der Gateelektroden 21. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass die Füllschicht 25' im Wesentlichen dazu dient, diese Aussparungen oberhalb der Gate-Elektroden 21 vollständig zu verfüllen. Auf das Abscheiden dieser Füllschicht 25' kann dann verzichtet werden, wenn eine Dicke der Oxidschicht 24' so gewählt ist, dass diese die Aussparungen bereits bis zu der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 auffüllt, wenn eine Oberfläche der Oxidschicht 24' in einem Bereich oberhalb der Gateelektroden 21 in vertikaler Richtung also höher liegt als die Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 im Bereich des Messgebiets.This filling layer 25 ' and the oxide layer 24 ' are then removed as far as that between the trenches with the gate electrodes 21 lying measuring region of the semiconductor body 100 is revealed in the result in 7d is shown. The removal of these two layers takes place, for example, by a chemical-mechanical polishing process (CMP) or by an etching process. The oxide layer 24 ' and the filling layer 25 ' remain partially in the area of the previous recesses ( 18 in 7a ) of the semiconductor body 100 above the gate electrodes 21 , In this context, it should be noted that the filling layer 25 ' essentially serves these recesses above the gate electrodes 21 completely fill. On the deposition of this filling layer 25 ' can then be dispensed with, if a thickness of the oxide layer 24 ' is chosen so that these the recesses already up to the front 101 of the semiconductor body 100 fills up if a surface of the oxide layer 24 ' in a region above the gate electrodes 21 in the vertical direction is therefore higher than the front 101 of the semiconductor body 100 in the area of the measuring area.
Nach Durchführung des Abtragungsprozesses verbleibende Abschnitte 24, 25 der Oxidschicht 24' und der Füllschicht 25' bilden oberhalb der Gateelektroden 21 ”Stöpsel” aus Isolationsmaterial, die sich in Richtung der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers verbreitern. Sofern eine Herstellung der ersten Halbleiterzone 11 nicht bereits im Anschluss an die Herstellung der zweiten Halbleiterzone 12 erfolgt ist, kann diese erste Halbleiterzone unter Anwendung eines Implantations- und Temperaturprozesses im Anschluss an die Herstellung der Isolationsstöpsel 24, 25 erfolgen.After performing the ablation process remaining sections 24 . 25 the oxide layer 24 ' and the filling layer 25 ' form above the gate electrodes 21 "Stopper" made of insulation material, which faces the front 101 widen the semiconductor body. If a production of the first semiconductor zone 11 not already following the production of the second semiconductor zone 12 is done, this first semiconductor zone can be made using an implantation and temperature process following the production of the insulation plug 24 . 25 respectively.
Unter Verwendung dieser Isolationsstöpsel 24, 25 als Maske wird anschließend ein Ätzverfahren durchgeführt, durch welches ein Graben 15 in das Messgebiet geätzt wird, der sich ausgehend von der Vorderseite 101 durch die erste Halbleiterzone 11 bis in die zweite Halbleiterzone 12 erstreckt. Das Ätzverfahren ist ein anisotropes Ätzverfahren, durch welches das Halbleitermaterial ausschließlich in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 abgetragen wird. Die Abmessungen des Grabens 15 in lateraler Richtung sind hierbei bestimmt durch die gegenseitigen Abstände Isolationsstöpsel 24, 25 in lateraler Richtung im Bereich der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100. Da sich die Isolationsstöpsel in Richtung der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers verbreitern und damit in lateraler Richtung über die Abmessungen der Gräben mit den darin angeordneten Gateelektroden 21 hinausgehen, wirken diese Isolationsstöpsel 24, 25 als Abstandshalter (Spacer) zwischen den Gäben mit Gateelektroden 21 und dem durch das anisotrope Ätzen hergestellten Graben 15 für die spätere Anschlusselektrode. Der Abstand zwischen den Gräben mit den Gateelektroden 21 und dem Graben 15 für die Anschlusselektrode ist hierbei im Wesentlichen bestimmt durch die Dicke der Oxidschicht 24.Using these insulation plugs 24 . 25 As a mask, an etching process is then carried out, through which a trench 15 etched in the measuring area, starting from the front 101 through the first semiconductor zone 11 to the second semiconductor zone 12 extends. The etching process is an anisotropic etching process, by which the semiconductor material exclusively in the vertical direction of the semiconductor body 100 is removed. The dimensions of the trench 15 in the lateral direction are determined by the mutual distances insulation plug 24 . 25 in the lateral direction in the area of the front side 101 of the semiconductor body 100 , As the insulation plugs towards the front 101 widen the semiconductor body and thus in the lateral direction over the dimensions of the trenches with the gate electrodes arranged therein 21 go out, these insulation pegs act 24 . 25 as spacers between the pins with gate electrodes 21 and the trench made by the anisotropic etching 15 for the later connection electrode. The distance between the trenches with the gate electrodes 21 and the ditch 15 for the connection electrode is essentially determined by the thickness of the oxide layer 24 ,
Um sicherzustellen, dass eine unterhalb des Grabenbodens 152 in der zweiten Halbleiterzone 12 hergestellte hochdotierte erste Anschlusszone (16 in den 1 bis 6) einen ausreichend großen Abstand in lateraler Richtung zu dem Gate-Dielektrikum 22 besitzt, so dass diese Anschlusszone die Kanaleigenschaften des MOS-Transistors nicht beeinflusst, ist es wünschenswert, den Abstand zwischen dem Graben mit der Gate-Elektrode 21 und dem Graben 15 für die Anschlusselektrode möglichst groß zu machen. Bei dem zuvor anhand von 7 erläuterten Verfahren zur Herstellung dieses Grabens 15 ist dieser Abstand jedoch begrenzt durch die Dicke der Oxidschicht 24', die nicht beliebig dick realisiert werden kann, um mechanische Spannungen in der Bauelementstruktur, die mit zunehmender Dicke der Oxidschicht 24' zunehmen, zu begrenzen.To make sure that one below the trench bottom 152 in the second semiconductor zone 12 produced highly doped first connection zone ( 16 in the 1 to 6 ) a sufficiently large distance in the lateral direction to the gate dielectric 22 so that this terminal zone does not affect the channel characteristics of the MOS transistor, it is desirable to keep the distance between the trench and the gate electrode 21 and the ditch 15 to make as large as possible for the connection electrode. In the previously by means of 7 explained method for producing this trench 15 However, this distance is limited by the thickness of the oxide layer 24 ' , which can not be realized arbitrarily thick to mechanical stress in the device structure, with increasing thickness of the oxide layer 24 ' increase, limit.
Eine Möglichkeit, den Abstand zwischen der hochdotierten Anschlusszone in der zweiten Halbleiterschicht 12 in lateraler Richtung zu dem Gate-Dielektrikum 22 unabhängig von dem Abstand zwischen dem Graben 15 und dem Graben mit der Gate-Elektrode 21 einzustellen, besteht in der Herstellung der Anschlusszone 16 unter Verwendung des anhand von 3 erläuterten Verfahrens. Bei diesem Verfahren wird auf Seitenwände des Grabens 15 eine Schutzschicht 41 aufgebracht, die bei Durchführung des Implantationsverfahrens zur Herstellung der Anschlusszone 16 den Implantationsbereich am Grabenboden 152 in lateraler Richtung begrenzt.One possibility is the distance between the heavily doped connection zone in the second semiconductor layer 12 in the lateral direction to the gate dielectric 22 regardless of the distance between the trench 15 and the trench with the gate electrode 21 to adjust, consists in the preparation of the connection zone 16 using the basis of 3 explained method. In this method is on sidewalls of the trench 15 a protective layer 41 applied when carrying out the implantation process for the preparation of the connection zone 16 the implantation area at the bottom of the trench 152 bounded in the lateral direction.
Ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer hochdotierten Anschlusszone in der zweiten Halbleiterschicht 12, das es er- möglicht, den Abstand dieser Anschlusszone zu dem Graben mit der Gateelektrode 21 unabhängig von dem Abstand zwischen dem Graben mit der Gateelektrode 21 und dem Graben 15 für die Anschlusselektrode einzustellen, wird nachfolgend anhand der 8a bis 8c erläutert.Another method for producing a heavily doped junction region in the second semiconductor layer 12 which allows the distance of this connection zone to the trench with the gate electrode 21 regardless of the distance between the trench and the gate electrode 21 and the ditch 15 for the connection electrode is described below with reference to 8a to 8c explained.
Bezugnehmend auf 8a wird bei diesem Verfahren zunächst eine Abstandsschicht 51 hergestellt, die beispielsweise ganzflächig auf die Bauelementanordnung abgeschieden wird. Diese Abstandsschicht 51 ist beispielsweise eine Schicht aus einem abgeschiedenen Oxid (TEOS) oder eine Nitridschicht. Des Weiteren kann diese Abstandsschicht 51 auch mehrere Teilschichten, beispielsweise eine zuerst abgeschiedene Oxidschicht 51A und eine nachfolgend abgeschiedene Nitridschicht 51B aufweisen, was gestrichelt in 8a dargestellt ist.Referring to 8a In this process, first a spacer layer 51 made, for example, the entire surface is deposited on the component array. This spacer layer 51 is, for example, a layer of a deposited oxide (TEOS) or a nitride layer. Furthermore, this spacer layer can 51 also several partial layers, for example a first deposited oxide layer 51A and a subsequently deposited nitride layer 51B show what is dashed in 8a is shown.
Bezugnehmend auf 8b wird anschließend ein Implantationsverfahren durchgeführt, durch welches Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps durch die Abstandsschicht 51 über den Grabenboden 152 in die zweite Halbleiterschicht 12 implantiert werden. Die Isolationsstöpsel 24, 25 verhindern hierbei einer Implantation von Dotierstoffatomen in Bereiche des Halbleiterkörpers, die in lateraler Richtung benachbart zu dem Graben 15 angeordnet sind. An den Seitenwänden 151 des Grabens 15 verhindert die Abstandsschicht 51 eine Implantation von Dotierstoffatomen des zweiten Leitungstyps in die erste Halbleiterschicht 11. Während die Dotierstoffatome im Bereich des Grabenbodens 152 die Abstandsschicht senkrecht durchdringen, können Dotierstoffatome im Bereich der Seitenwände 151 des Grabens allenfalls unter einem sehr flachen Winkel auf die Abstandsschicht 51 treffen, unter dem sie die Abstandsschicht 51 jedoch nicht durchdringen können. Die Abstandsschicht 51 wirkt bei diesem Verfahren somit als Schutzschicht, die eine Dotierung des Messgebiets im Bereich der Seitenwände 151 des Grabens 15 verhindert. Die Abstandsschicht begrenzt darüber hinaus im Bereich des Grabenbodens 152 den Implantationsbereich, also den Bereich, in dem Dotierstoffatome implantiert werden, in lateraler Richtung. Die Dicke der Abstandsschicht 51 dient hierbei zur Einstellung des Abstandes zwischen diesem Implantationsbereich, und damit der durch die Implantation hergestellten hochdotierten Anschlusszone 16, und dem Graben mit der Gateelektrode 21.Referring to 8b Subsequently, an implantation method is performed, through which dopant atoms of the second conductivity type through the spacer layer 51 over the ditch floor 152 in the second semiconductor layer 12 be implanted. The insulation plugs 24 . 25 prevent in this case an implantation of dopant atoms in areas of the semiconductor body, which in the lateral direction adjacent to the trench 15 are arranged. On the side walls 151 of the trench 15 prevents the spacer layer 51 an implantation of dopant atoms of the second conductivity type in the first semiconductor layer 11 , While the dopant atoms in the region of the trench bottom 152 penetrate the spacer layer vertically, dopant atoms in the region of the side walls 151 of the trench at most at a very shallow angle on the spacer layer 51 under which they meet the spacer layer 51 but can not penetrate. The spacer layer 51 In this method, therefore, it acts as a protective layer, which dopes the measuring area in the region of the side walls 151 of the trench 15 prevented. The spacer layer also limits in the region of the trench bottom 152 the implantation region, ie the region in which dopant atoms are implanted, in the lateral direction. The thickness of the spacer layer 51 serves to adjust the distance between this implantation area, and thus the highly doped terminal zone produced by the implantation 16 , and the trench with the gate electrode 21 ,
Es ist zur Einstellung des Abstandes der hochdotierten Anschlusszone 16 zu der Gateelektrode 21 ausreichend, die Abstandsschicht 51 an den Seitenwänden 151 des Grabens 15 herzustellen. Optional besteht bezugnehmend auf 9 daher die Möglichkeit, vor Durchführung des Implantationsverfahrens die Abstandsschicht 51 anisotrop Zurückzuätzen, d. h. insbesondere vom Grabenboden 152 zu entfernen.It is for adjusting the distance of the heavily doped junction zone 16 to the gate electrode 21 sufficient, the spacer layer 51 on the side walls 151 of the trench 15 manufacture. Optionally, referring to 9 hence the possibility of the spacer layer prior to performing the implantation procedure 51 anisotropic re-etching, ie in particular from the trench bottom 152 to remove.
Bezugnehmend auf 8c, die die Bauelementstruktur nach Durchführung weiterer Verfahrensschritte zeigt, wird die Abstandsschicht 51 nach Herstellen der hochdotierten Anschlusszone 16 entfernt und der Graben 15 wird in bereits erläuterter Weise mit einem Elektrodenmaterial zur Herstellung der Anschlusselektrode aufgefüllt, wobei diese Anschlusselektrode in bereits erläuterter Weise zwei Teilschichten, nämlich eine Barrierenschicht 33 und eine Elektrodenschicht 34 aufweisen kann. Optional besteht die Möglichkeit, vor Herstellen der Anschlusselektrode 33, 34 eine hochdotierte Anschlusszone 17 in der ersten Halbleiterschicht 11 herzustellen. Das Herstellen dieser hochdotierten Anschlusszone 11 kann beispielsweise durch eine anhand von 6a erläuterte Implantation von Dotierstoffatomen des ersten Leitungstyps unter einem gegenüber der Senkrechten geneigten Winkel erfolgen.Referring to 8c showing the device structure after performing further process steps becomes the spacer layer 51 after making the heavily doped junction zone 16 removed and the ditch 15 is filled in an already explained manner with an electrode material for the preparation of the connection electrode, wherein this connection electrode in the manner already explained two partial layers, namely a barrier layer 33 and an electrode layer 34 can have. Optionally, there is the possibility of making the connection electrode 33 . 34 a heavily doped connection zone 17 in the first semiconductor layer 11 manufacture. Creating this highly doped junction zone 11 For example, by a by means of 6a explained implantation of dopant atoms of the first conductivity type at an angle to the vertical angle.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
-
1111
-
erste Halbleiterzone, Source-Zonefirst semiconductor zone, source zone
-
1212
-
zweite Halbleiterzone, Body-Zonesecond semiconductor zone, body zone
-
1313
-
dritte Halbleiterzone, Driftzonethird semiconductor zone, drift zone
-
1414
-
vierte Halbleiterzone, Drain-Zonefourth semiconductor zone, drain zone
-
1515
-
Grabendig
-
15'15 '
-
erster Grabenabschnittfirst trench section
-
16, 1716, 17
-
hochdotierte Anschlusszonenhighly doped connection zones
-
1818
-
Aussparungrecess
-
2121
-
Gate-ElektrodeGate-electrode
-
22, 2322, 23
-
Dielektrikumsschichtdielectric
-
24'24 '
-
Oxidschichtoxide
-
25'25 '
-
Füllschichtfilling layer
-
24, 2524, 25
-
Isolationsstöpselinsulation plugs
-
31', 3131 ', 31
-
Schutzschichtprotective layer
-
3232
-
Streuoxidschichtscreen oxide
-
3333
-
Barrierenschichtbarrier layer
-
3434
-
Elektrodenschichtelectrode layer
-
4141
-
metallische Schutzschichtmetallic protective layer
-
4242
-
metallische Schutzschichtmetallic protective layer
-
43, 4443, 44
-
DotierstoffmaterialschichtDotierstoffmaterialschicht
-
5151
-
Abstandsschichtspacer layer
-
100100
-
HalbleiterkörperSemiconductor body
-
101101
-
Vorderseite des HalbleiterkörpersFront side of the semiconductor body
-
102102
-
Rückseite des HalbleiterkörpersRear side of the semiconductor body
-
151151
-
GrabenseitenwandGrave side wall
-
152152
-
Grabenbodengrave soil