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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterbauelementanordnung
mit einer sogenannten Trenchtransistorstruktur.
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Trenchtransistoren
sind üblicherweise
Leistungstransistoren, die eine Vielzahl gleichartiger Transistorstrukturen,
sogenannter Transistorzellen, mit jeweils einer in einem Graben
(Trench) angeordneten Gateelektrode aufweisen. Source- und Bodygebiete
einzelner Transistorzellen sind bei einer solchen Bauelementstruktur
in Halbleiterbereichen, sogenannten Mesagebieten, zwischen zwei
benachbarten Gräben
angeordnet. Eine Bauelementanordnung mit einem solchen Trenchtransistor
ist beispielsweise in der
DE
103 55 588 A1 beschrieben.
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Die
Bodyzone und die komplementär
zu der Bodyzone dotierte Sourcezone solcher Trenchtransistoren können durch
Implantation von Dotierstoffatomen in die Mesagebiete und anschließendes Eindiffundieren
der Dotierstoffatome hergestellt werden. Die Dotierstoffatome der
Bodyzone werden hierbei ausgehend von einer Oberfläche des
Halbleiterkörpers
weiter eindiffundiert als die der Sourcezone, so dass ein pn-Übergang
zwischen der Sourcezone und der Bodyzone entsteht.
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Bei
Bauelementanordnungen mit einem Trenchtransistor kann es aus verschiedenen
Gründen
erforderlich sein, in dem Halbleiterkörper außerhalb des Zellenfeldes mit
den Transistorzellen eine Halbleiterzone des gleichen Leitungstyps
wie die Sourcezone des Transistors herzustellen. Eine solche Halbleiterzone
ist beispielsweise ein sogenannter "Channelstopper", der im Randbereich des Halbleiterkörpers vorgesehen
werden kann und der in bekannter Weise dazu dient, einen Ladungsträgerkanal im
Randbereich des Halbleiterkörpers
zu unterbrechen bzw. diesen Kanal abzuschließen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein einfaches, wenige Verfahrensschritte
umfassendes Verfahren zur Herstellung der Body- und Sourcezonen
einer Trenchtransistorstruktur in einem Zellenbereich eines Halbleiterkörpers und
zur Herstellung einer Halbleiterzone des gleichen Leitungstyps wie die
Sourcezone außerhalb
des Zellenfeldes zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
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Dieses
Verfahren zur Herstellung einer Sourcezone und einer Bodyzone eines
Trenchtransistors und einer Bauelementzone mit einer Nettodotierung des
gleichen Leitungstyps wie die Sourcezone umfasst zunächst das
Bereitstellen eines Halbleiterkörpers
mit einer ersten und einer zweiten Seite und mit einem Zellenbereich,
in dem wenigstens zwei Gräben
angeordnet sind, die sich ausgehend von der ersten Seite in einer
vertikalen Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstrecken, die
in ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers beabstandet zueinander
angeordnet sind und zwischen denen ein Mesagebiet angeordnet ist.
Das Verfahren umfasst anschließend
das Durchführen
eines ersten Diffusionsverfahrens, durch welches Dotierstoffatome
eines ersten Leitungstyps über
die erste Seite in das Mesagebiet und in einen außerhalb
des Zellenbereichs liegenden Bauelementbereich eingebracht werden,
die in dem Mesagebiet die Bodyzone bilden, sowie das Durchführen eines
zweiten Diffusionsverfahrens, durch welches Dotierstoffatome eines
zweiten Leitungstyps über
die erste Seite in das Mesagebiet und in den Bauelementbereich eingebracht
werden, die in dem Mesagebiet die Sourcezone bilden. Die beiden Diffusionsverfahren
sind hierbei so aufeinander abgestimmt, dass die Dotierstoffatome
des zweiten Leitungstyps in dem Bauelementbereich in der vertikalen
Richtung weiter eindiffundieren als die Dotierstoffatome des ersten
Leitungstyps und in dem Mesagebiet in der vertikalen Richtung weniger
weit eindiffundieren als die Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren
näher erläutert.
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1 zeigt im Querschnitt ausschnittsweise einen
Halbleiterkörper
während
verschiedener Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung einer Bodyzone und einer Sourcezone eines Trenchtransistors
und in dem dargestellten Beispiel einer Kanalstoppzone als weiterer Bauelementzone.
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2 zeigt
im Querschnitt ausschnittsweise einen mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte
Bauelementanordnung mit einem Trenchtransistor und in dem dargestellten
Beispiel einer Kanalstoppzone als weiterer Bauelementzone.
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3 zeigt
ausschnittsweise ein durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestelltes
Halbleiterbauelement, bei dem die weitere Bauelementzone eine Drain-Anschlusszone eines
Trenchtransistors mit vergrabenen Drainzone ist.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauelementbereiche mit gleicher Bedeutung.
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1A zeigt
in Seitenansicht im Querschnitt ausschnittsweise einen Halbleiterkörper 100 der Bauelementstrukturen
zur Realisierung eines Trenchtransistors aufweist. Diese Bauelementstrukturen
umfassen in einem ersten Bereich 21 des Halbleiterkörpers 100,
der nachfolgend als Zellenfeldbereich 21 bezeichnet wird,
wenigstens zwei Gräben 34,
die sich ausge hend von einer ersten Seite 101 des Halbleiterkörpers, die
nachfolgend als Vorderseite bezeichnet wird, in einer vertikalen
Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein
erstrecken. Diese beiden Gräben 34 sind
in einer ersten lateralen Richtung x beabstandet zueinander angeordnet.
In einer senkrecht zu der dargestellten Zeichenebene verlaufenden
Richtung sind die Gräben 34 beispielsweise langgestreckt
ausgebildet, das heißt
die Abmessungen dieser Gräben
in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene betragen ein Vielfaches
der Abmessungen der Gräben 34 in
der ersten lateralen Richtung x.
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Das
Bezugszeichen 13 in 1A bezeichnet
ein sogenanntes Messgebiet, also ein Halbleitergebiet, das zwischen
den Gräben
liegt und in der ersten lateralen Richtung x durch die Gräben 34 begrenzt
ist. Es sei darauf hingewiesen, dass in 1A zu
Zwecken der Veranschaulichung lediglich zwei Gräben mit dazwischenliegendem
Messgebiet 13 dargestellt sind, dass ein Zellenfeld eines
Leistungstransistors üblicherweise
jedoch eine Vielzahl beabstandet zueinander angeordneter Gräben mit
dazwischenliegendem Messgebiet aufweist.
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In
den Gräben 34 sind
Gateelektroden 31 angeordnet, die durch ein Gatedielektrikum 32 gegenüber dem
Halbleiterkörper 100 dielektrisch
isoliert sind, und die in dem dargestellten Beispiel beabstandet
zu der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet sind. Diese
Gateelektroden 31 sind in nicht näher dargestellter Weise über einen
Gateanschluss kontaktierbar. Zur Kontaktierung können die Gateelektroden 31 in
Abschnitten, die in der in 1A dargestellten
Schnittebene nicht dargestellt sind, bis an die Vorderseite 101 des
Halbleiterkörpers
reichen.
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Die
in der ersten lateralen Richtung x benachbart und beabstandet zueinander
angeordneten Gräben 34 sind
so realisiert, dass eine Breite des Messgebiets 13 in der
ersten lateralen Richtung x in Richtung der Vorderseite 101 abnimmt,
das sich das Messgebiet 13 in Richtung der Vorderseite 101 also verjüngt. Dies
wird bei der in 1A dargestellten Bauelementstruktur
dadurch erreicht, dass sich die Gräben 34 in Richtung
der Vorderseite 101 verbreitern. In dem dargestellten Beispiel
verjüngt
sich das Mesagebiet 13 bzw. verbreitern sich die Gräben 34 in Richtung
der Vorderseite 101 abgestuft. Jeder der Gräben weist
hierbei in Richtung eines Mesagebietes eine Abstufung auf, wobei
das Mesagebiet in dem dargestellten Beispiel oberhalb der Abstufung
eine erste Breite d1 und unterhalb der Abstufung eine im Vergleich
zu der ersten Breite d1 größere zweite
Breite d2 aufweist.
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Die
Gateelektroden 31 sind bei der dargestellten Bauelementstruktur
in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet
zu der Vorderseite 101 angeordnet und in Richtung der Vorderseite 101 von
einer Isolationsschicht überdeckt. Die
Stufe des Mesagebiets bzw. der Gräben 34 befindet sich
hierbei in vertikaler Richtung etwa auf Höhe einer oberen, d.h. in Richtung
der Vorderseite 101 liegenden, Kante der Gateelektroden 31.
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Insbesondere
in einem Abschnitt, der in der ersten lateralen Richtung x benachbart
zu den Gateelektroden 31 liegt, weist das Mesagebiet 13 in
dem Beispiel eine konstante Breite, in dem dargestellten Beispiel
d2, auf. Auch oberhalb der Abstufung kann das Mesagebiet eine konstante
Breite, in dem Beispiel d1, aufweisen, das Mesagebiet kann sich
in Richtung der Vorderseite oberhalb der Abstufung jedoch auch noch
weiter verjüngen.
Das Verhältnis
zwischen einer größten Breite,
in dem Beispiel d2, und einer kleinsten Breite, in dem Beispiel
d1, des Mesagebiets beträgt
beispielsweise zwischen 1,2 und 10, es gilt also:
d1/d2 = 1,2
... 10
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Dieses
Verhältnis
liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 5 und ist vorzugsweise kleiner
als 2. Die absolute Breite des Mesagebiets liegt beispielsweise
zwischen 300 nm und 400 nm.
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Die
Herstellung der sich in Richtung der Vorderseite 101 verbreitenden
Gräben
kann beispielsweise durch zwei aufeinanderfolgende Ätzschritt
erfolgen. In einem ersten Ätzschritt
werden hierbei unter Verwendung einer ersten Ätzmaske Gräben geätzt, deren Breite der Breite
der späteren
Gräben 34 im
unteren Bereich entspricht. In einem zweiten Ätzschritt werden diese Gräben im oberen,
d.h. nahe der Vorderseite 101 liegenden Bereich unter Verwendung
einer zweiten Ätzmaske "aufgeweitet". Die Gateelektrode 31 kann
hierbei vor Durchführen
des zweiten Ätzschritts
hergestellt werden.
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Der
in 1A dargestellte Halbleiterkörper weist außer dem
Zellenfeldbereich 21 mit der Grabenstruktur einen weiteren
Bauelementbereich 22 auf, der in dem dargestellten Beispiel
in der ersten lateralen Richtung x benachbart zu dem Zellenfeldbereich 21 angeordnet
ist. Dieser Bauelementbereich kann insbesondere einen Randbereich
des Halbleiterkörpers 100 bilden,
also einen Bereich, in dem der Halbleiterkörper in lateraler Richtung
x endet.
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Der
dargestellte Halbleiterkörper 100 umfasst
eine erste Halbleiterschicht 11, beispielsweise ein Halbleitersubstrat,
die im Bereich des Zellenfeldes 21 eine Drainzone des späteren Trenchtransistors
bildet, sowie eine auf der ersten Halbleiterschicht 11 angeordnete
weitere Halbleiterschicht 12, beispielsweise eine Epitaxieschicht,
die schwächer
als die erste Halbleiterschicht 11 dotiert ist und die
im Bereich des Zellenfeldes 21 eine spätere Driftzone des Bauelements
bildet. Bei einem als MOSFET realisierten Trenchtransistor ist das
Halbleitersubstrat 11 vom gleichen Leitungstyp wie die
Driftzone 12 und ist bei einem n-Kanal-MOSFET n-dotiert.
Bei einem als IGBT ausgebildeten Trenchtransistor sind die erste und
zweite Halbleiterschicht 11, 12 komplementär zueinander
dotiert, was in 1A durch den in Klammern angegebenen
Dotierungstyp veranschaulicht ist.
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Die
zweite Halbleiterschicht 12, die im Zellenfeldbereich 21 die
Driftzone des Trenchtransistors bildet, weist in dem dargestellten
Beispiel eine n-Dotierung auf. Die Dotierungskonzentration liegt
beispielsweise im Bereich von 1016 cm–3.
Ein Verfahren zur Herstellung einer p-dotierten Bodyzone, einer n-dotierten
Sourcezone im Zellenfeldbereich sowie einer Kanalstoppzone (Channelstopper)
als weiterer Bauelementzone im Randbereich, die eine n-Nettodotierung
aufweist, die höher
ist als eine Grunddotierung der zweiten Halbleiterschicht 12,
wird nachfolgend anhand der 1B bis 1D erläutert.
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Bezugnehmend
auf 1B werden zunächst
p-Dotierstoffatome mittels eines ersten Diffusionsverfahrens in
einer vertikalen Richtung ausgehend von der Vorderseite 101 in
den Halbleiterkörper 100 sowohl
in das Messgebiet 13 als auch in den weiteren Bauelementbereich
bzw. Randbereich 22 eindiffundiert. Dieses Diffusionsverfahren
umfasst zunächst
einen Implantationsschritt, durch den p-Dotierstoffatome über die
erste Seite 101 in das Messgebiet 13 und in den
Randbereich 22 in oberflächennahe Bereiche des Halbleiterkörpers 100 implantiert werden
und anschließend
einen Temperaturschritt, durch den der Halbleiterkörper 100 oberflächennah, das
heißt
wenigstens bis auf Tiefe der Gräben 34,
für eine
vorgegebene Diffusionsdauer auf eine vorgegebene Diffusionstemperatur
aufgeheizt wird. Die Diffusionstemperatur liegt im Bereich von etwa
1000°C. Die
Diffusionsdauer kann bis zu einigen Stunden betragen und ist im
Wesentlichen abhängig
von der gewünschten
Diffusionstiefe, das heißt
der Tiefe ausgehend von der Vorderseite 101, bis in welche
p-Dotierstoffatome in vertikaler Richtung eindiffundieren sollen.
Die Tiefe, bis zu der die p-Dotierstoffe
maximal eindiffundieren bestimmt hierbei die Position innerhalb
des Halbleiterkörpers 100 an
der der pn-Übergang
zwischen der späteren
Driftzone und der späteren
Bodyzone (61 in 1C) entsteht.
Das Bezugszeichen 61' in 1B bezeichnet
eine durch das Diffusionsverfahren erzeugte p-dotierte Halbleiterzone innerhalb
des Messgebiets 13 die später die Bodyzone des Trenchtransistors
bildet. Die Diffusionsdauer und die Diffusionstemperatur sind hierbei
insbesondere so gewählt,
dass die p-Dotierstoffe bis in einen Bereich eindiffundieren, der
ausgehend von der Vorderseite 101 unterhalb der Oberkante
der Gateelektrode 31 liegt.
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Das
Bezugszeichen 51 in 1B bezeichnet
eine p-dotierte Halbleiterzone im Randbereich 22, die durch
die Implantation und anschließende
Diffusion der p-Dotierstoffatome hergestellt wird. Zur Herstellung
dieser p-dotierten Zonen 61, 51 im Mesagebiet 13 und
Randbereich 22 werden beispielsweise Borionen implantiert.
Die Implantationsdosis liegt beispielsweise im Bereich von 1014 cm–2.
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Bezugnehmend
auf 1C werden nach Eindiffusion der p-Dotierstoffatome
n-Dotierstoffatome über
die Vorderseite 101 in das Mesagebiet 13 und den
Randbereich 22 eingebracht. Die n-Dotierstoffatome werden
hierzu zunächst über die
Vorderseite 101 in oberflächennahe Bereiche des Halbleiterkörpers 100 implantiert
und anschließend
durch Aufheizen des Halbleiterkörpers
auf eine geeignete Diffusionstemperatur für eine geeignete Diffusionsdauer
in vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 eindiffundiert.
Die Implantationsdosis der n-Dotierstoffatome,
beispielsweise Phosphor, ist hierbei wesentlich höher als
die Implantationsdosis der p-Dotierstoffatome, damit eine "Umdotierung" der zuvor p-dotierten
Halbleiterzonen erfolgt. Die Implantationsdosis liegt beispielsweise
im Bereich von 1016 cm–2.
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Die
Diffusionsdauer und die Diffusionstemperatur des zweiten Diffusionsverfahrens
zum Eindiffundieren der n-Dotierstoffatome ist hierbei so gewählt, dass
die n-Dotierstoffatome während
des zweiten Diffusionsverfahrens in der vertikalen Richtung genauso
weit oder weiter in den Halbleiterkörper 100 eindiffundieren
als die p-Dotierstoffatome während
des ersten Diffusionsverfahrens, so dass im Randbereich 22 ein
Halbleiterbereich 52 mit einer n-Nettodotierung entsteht.
Die Diffusionsparameter, das heißt die Diffusionstemperatur
und die Diffusionsdauer sind darüber
hinaus so gewählt,
dass die n-Dotierstoffatome
im Mesagebiet 13 weniger weit in vertikaler Richtung 100 in
den Halbleiterkörper
eindiffundieren, wie die p-Dotierstoffatome während des ersten Diffusionsverfahrens,
so dass ein Abschnitt 61 des zuvor p-dotierten Halbleitergebiets
(61' in 1B)
nach Abschluss des zweiten Diffusionsverfahrens verbleibt, der die
spätere
Bodyzone 61 des Bauelements bildet.
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Die
unterschiedliche Diffusionstiefe der n-Dotierstoffatome im Randbereich 22 und
im Zellenfeldbereich 21 ist im Wesentlichen bedingt durch
das sich ausgehend von der Vorderseite 101 verbreiternde
Mesagebiet 13. Die Verbreiterung des Mesagebiets bewirkt,
dass einer an der Oberseite 101 zur Dotierstoffimplantation
zur Verfügung
stehende Fläche
des Mesagebiets 13 ein größeres Halbleitervolumen gegenüber steht,
auf welches sich die implantierten Dotierstoffatome während des
anschließenden
Diffusionsverfahrens verteilen, als einer gleichen zur Implantation
zur Verfügung
stehenden Fläche des
Halbleiterkörpers
im Randbereich 22. Während des
Diffusionsverfahrens führt
dies dazu, dass die n-Dotierstoffatome im Mesagebiet 13 in
vertikaler Richtung des Halbleiterkörpers 100 langsamer
diffundieren als im Randbereich 22, so dass zu einem Zeitpunkt
während
des Diffusionsverfahrens, zu dem die n-Dotierstoffatome im Randbereich 22 bereits
bis zur maximalen Tiefe der p-Dotierstoffe eindiffundiert sind,
die n-Dotierstoffe
im Mesagebiet noch nicht bis auf die maximale Diffusionstiefe der
p-Dotierstoffe eindiffundiert sind. Im Mesagebiet 13 entsteht
somit ein pn-Übergang
zwischen einem durch die p-Dotierstoffatome des ersten Diffusionsverfahrens
erzeugten p-dotierten Bereich 61, der die Bodyzone des Bauelements
bildet, und einen durch die n-Dotierstoffatome des zweiten Diffusionsverfahrens
gebildeten n-dotierten Bereich 62, der die spätere Sourcezone
des Bauelements bildet. Im Randbereich 22 verbleibt hingegen
ein, eine n-Dotierung aufweisender Bereich 52, der sich
unmittelbar an einen die Grunddotierung der zweiten Halbleiterschicht 12 aufweisenden dotierten
Halbleiterbereich anschließt,
und der im Randbereich 22 des Bauelements die Funktion
einer Kanalstoppzone erfüllt.
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Ein
Grund dafür,
dass die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps im Bauelementbereich 22 der
dargestellten Struktur bei gleichen Diffusionsverfahren weiter in
den Halbleiterkörper
eindiffundieren als die Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps
und in dem Mesagebiet 13 weniger weit eindiffundieren als
die Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps ist also die Verjüngung des
Mesagebiets zwischen den Gräben 34 in
Richtung der Vorderseite 101 bzw. die Aufweitung des Mesagebiets 13 ausgehend
von der ersten Seite. Diese Aufweitung des Mesagebiets 13 hat
zur Folge, dass die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps im
Mesagebiet 13 nicht nur in vertikaler Richtung sondern
wenigstens teilweise auch in der ersten lateralen Richtung des Halbleiterkörpers diffundieren.
Die Diffusionsgeschwindigkeit der Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps
in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers ist innerhalb des Mesagebiets
damit geringer als die Diffusionsgeschwindigkeit dieser Dotierstoffatome
des zweiten Leitungstyps in dem Bauelementbereich außerhalb
des Zellenfeldbereiches. Bei gleicher Diffusionstemperatur und Diffusionsdauer
diffundieren die zweiten Dotierstoffatome damit im Bauelementbereich
weiter in den Halbleiterkörper 100 hinein
als innerhalb des Mesagebiets, so dass in dem Mesagebiet ein pn-Übergang zwischen einem die
Bodyzone 52 bildenden Halbleiterbereich, der nur Dotierstoffatome
des ersten Leitungstyps enthält,
und einem die Sourcezone bildenden zweiten Halbleiterbereich 62 entsteht.
Die Sourcezone 62 enthält
hierbei Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps und Dotierstoffatome
des zweiten Leitungstyps, wobei die Dotierungskonzentration der
Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps höher ist als die des ersten
Leitungstyps, so dass ein Halbleiterbereich mit einer Nettodotierung
des zweiten Leitungstyps entsteht.
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Im
Randbereich bewirken die Dotierstoffatome des zweiten Leitungstyps
eine vollständige "Umdotierung" der zuvor durch
die Eindiffusion der Dotierstoffatome des ersten Leitungstyps entstandenen dotierten
Halbleiterbereiche.
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Der
in Richtung des Randbereichs 22 letzte Graben des Zellenfeldes
kann zwar entsprechend der übrigen
Gräben
des Zellenfeldes eine Abstufung aufweisen, diese Abstufung wirkt
sich jedoch nicht oder nur vernachlässigbar auf das Diffusionsverhalten
der n-Dotierstoffatome im Randbereich aus, da die Abmessungen des
Randbereichs 22 in der ersten lateralen Richtung x wesentlich
größer sind
als die Abmessungen des Mesagebiets 13, so dass die Implantationsfläche im Randbereich 22 wesentlich
größer ist
als die Implantationsfläche
des Mesagebiets 13 und im Randbereich 22 keine
nennenswerte "Verbreiterung" des Halbleitergebiets
ausgehend von der Vorderseite 101 vorhanden ist.
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Der
zuvor für
die Herstellung der n-dotierten Zonen erläuterten Effekt einer langsameren
Diffusion im Mesagebiet 13 bedingt durch die besondere
Geometrie der Gräben 34,
der nachfolgend als "Geometrieeffekt" bezeichnet wird,
gilt auch für
die Herstellung der p-dotierten Zonen 51, 61.
Die außerhalb
des Zellenfeldes angeordnete p-dotierte Zone 51 erstreckt
sich damit nach Abschluss des ersten Diffusionsverfahrens tiefer
in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper 100 hinein, wie
die p-Zone 61 im Mesagebiet. Aufgrund der geringeren p-Implantationsdosen
bei Herstellung der p-Zonen 51, 61 ist dieser Effekt
allerdings weniger ausgeprägt
als bei Herstellung der n-Zonen 52, 62. Bedingt
durch die wesentlich höheren
n-Implantationsdosen bei Herstellung der n-Zonen 52, 62 diffundieren
die n-Dotierstoffatome rascher als die p-Dotierstoffatome. Darüber hinaus
ist die Verlangsamung der Diffusion im Mesagebiet bedingt durch
die Geometrie der Gräben
ausgeprägter
als bei der p-Diffusion, wodurch es möglich ist, dass die n-Dotierstoffatome
im Bereich außerhalb des
Zellenfeldes in vertikaler Richtung tiefer in den Halbleiter körper 100 als
die p-Dotierstoffatome und im Mesagebiet weniger weit in vertikaler
Richtung in den Halbleiterkörper 100 eindiffundieren
als die p-Dotierstoffatome.
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Das
Bauelement wird bezugnehmend auf 1D vervollständigt durch
Herstellen einer Sourceelektrode 63, die oberhalb der Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers angeordnet
ist und die die Sourcezone 62 kontaktiert. Diese Sourceelektrode 63 kann sich
abschnittsweise in einem Graben durch die Sourcezone 62 bis
in die Bodyzone 61 erstrecken, um die Sourcezone und die
Bodyzone 62, 61 in bekannter Weise kurzzuschließen.
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Wie
in den 1A bis 1D gestrichelt dargestellt
ist, kann das Bauelement außerdem
Feldelektroden 41 aufweisen, die beispielsweise unterhalb
der Gateelektroden 31 angeordnet sind und die sich in vertikaler
Richtung des Halbleiterkörpers 100 abschnittsweise
entlang der Driftzone im Zellenfeldbereich 21 erstrecken.
Diese Feldelektroden 41 sind durch eine Felddielektrikumsschicht 42,
die üblicherweise
dicker ist als die Gatedielektrikumsschicht 32, dielektrisch
gegenüber
der Driftzone isoliert und sind in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise
an die Sourceelektrode 63 angeschlossen.
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Neben
der Geometrie der Gräben 34 kann ein
weiterer Effekt, die Diffusion der Dotierstoffatome, insbesondere
der n-Dotierstoffatome,
im Mesagebiet 13 im Vergleich zu dem Bauelementbereich 22 außerhalb
des Zellenfeldes 21 verlangsamen: n-Dotierstoffatome, wie
beispielsweise Phosphor (P) diffundieren besonders gut über Gitterleerstellen
im Kristallgitter des Halbleiterkörpers 100, der beispielsweise
aus Silizium besteht. In einem Bereich nahe der Grenzfläche zwischen
dem Mesagebiet 13 und dem üblicherweise aus einem Oxid
bestehenden Gatedielektrikum 32 ist diese Konzentration
an Gitterleerstellen geringer als in Bereichen, die weiter entfernt
angeordnet sind zu dieser Grenzfläche, so dass die Diffusion
der n-Dotierstoffatome im Bereich der Halbleiter-Oxid- Grenzfläche verlangsamt
abläuft.
Dieser Effekt wird nachfolgend als Grenzflächeneffekt bezeichnet.
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Ist
eine Breite d des Mesagebiets 13 ausreichend gering, beispielsweise
kleiner als 800 nm, und besser kleiner als 500 nm, so wirkt der
Grenzflächeneffekt
auf das gesamte Mesagebiet 13, so dass eine Diffusion der
n-Dotierstoffatome im gesamten Mesagebiet 13 verlangsamt
abläuft. 2 zeigt
im Querschnitt einen MOSFET mit einer n-dotierten Sourcezone 62 und
einer p-dotierten Bodyzone 61 im Mesagebiet 13 und
mit einer n-dotierten Feldstoppzone 52 im Bereich 22 außerhalb
des Zellenfeldes 21, der nur unter Ausnutzung des Grenzflächeneffekts
hergestellt wurde. Das Mesagebiet hat hierbei wenigstens annäherungsweise
eine konstante Breite d, die kleiner als 800 nm, besser kleiner
als 500 nm, und noch besser kleiner als 400 nm ist. Bei Ausnutzung
dieses Grenzflächeneffekts
kann sich eine unterschiedliche Diffusionstiefe in der Mitte des
Mesagebiets 13 zwischen zwei Gräben und in einem Halbleiterbereich unmittelbar
anschließend
an das Gatedielektrikum 32 ergeben. Diese Differenz ist
hierbei um so ausgeprägter,
je breiter das Mesagebiet ist.
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Im
Zuge einer Erhöhung
der Integrationsdichte werden sich die Abmessungen der Gräben 34 und
des Mesagebiets in lateraler Richtung weiter verringern. Ausgehend
von heute üblichen
Grabenbreiten von 1 μm
ist der Grenzflächeneffekt
bereits heute und auch zukünftig
stets dann anwendbar, wenn die Breite des Mesagebiets 13 geringer
als die Grabenbreite ist.
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Der
zuvor erläuterte
Geometrieeffekt und der Grenzflächeneffekt
sind beliebig kombinierbar, um unterschiedliche Diffusionstiefen
der Dotierstoffatome, insbesondere der n-Dotierstoffatome, zu erreichen.
Die Diffusionsdauern bei der Herstellung der p- und n-Halbleiterzonen
sind hierbei wesentlich davon abhängig, wie tief diese Halbleiterzonen
in vertikaler Richtung absolut in den Halbleiterkörper 100 hineinreichen
sollen und sind so abgestimmt, dass die n-Dotierstoffatome die p-Dotierstoffatome
nur im Bereich außerhalb
des Zellenfeldes 21 "überholen".
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Die
zuvor erläuterten
Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Source- und Bodyzonen 62, 61 eines
Trenchtransistor und einer Bauelementzone des gleichen Leitungstyps
wie die Sourcezone sind nicht auf die Herstellung einer Kanalstoppzone
beschränkt,
sondern können
vielmehr auf die Herstellung beliebiger Halbleiterzonen außerhalb
des Zellenfeldbereiches angewendet werden, die vom gleichen Leitungstyp
wie die Sourcezone des Trenchtransistors sind. In diesem Zusammenhang
sei noch angemerkt, dass die zuvor erläuterten ersten und zweiten
Diffusionsverfahren auch vertauscht werden können, das heißt es besteht
auch die Möglichkeit, zunächst die
die Sourcezone bildenden n-Dotierstoffe und anschließend die
die Bodyzone bildenden p-Dotierstoffe eindiffundiert werden.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch ein weiteres unter Ausnutzung des Geometrieeffekts
hergestelltes Halbleiterbauelement. Bei dem in 3 dargestellten
Bauelement ist die Drainzone 11 des Trenchtransistors als
vergrabene Halbleiterzone zwischen der die Driftzone bildenden Halbleiterschicht 12 und
einer komplementär
zu der Driftzone 12 dotierten Halbleiterschicht 14 angeordnet.
Die komplementär
dotierte Halbleiterschicht 14 kann hierbei ein im Vergleich
zu der Drainzone 11 schwach dotiertes und komplementär zu der
Drainzone 11 dotiertes Halbleitersubstrat sein. Die Drainzone 11 ist
bei diesem Bauelement im Gegensatz zu dem Bauelement gemäß 1D über die
Vorderseite 101 des Halbleiterkörpers 100 kontaktierbar.
Benachbart zu dem Zellenfeldbereich 21 mit der Grabenstruktur
ist bei diesem Bauelement hierzu eine Anschlusszone 52 des
gleichen Leitungstyps wie die Sourcezone 62 und die Drainzone 11 vorhanden,
die zur Kontaktierung der Drainzone 11 dient. Die Herstellung
dieser Anschlusszone 52 erfolgt durch dieselben anhand der 1A bis 1D erläuterten
Verfahrensschritte, durch die im Zellenfeldbereich 21 die
Bodyzone 61 und die Sourcezone 62 innerhalb des
Mesagebiets 13 hergestellt werden.
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Der
Bereich 22 des Halbleiterkörpers gemäß 3, in dem
diese Anschlusszone 52 vorhanden ist, kann ein Randbereich
des Halbleiterkörpers
sein, kann jedoch auch beabstandet zum Rand des Halbleiterkörpers angeordnet
sein.
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Ein
solches in 3 dargestelltes Bauelement mit
einem im Bereich der Vorderseite liegenden Drainanschluss 52 kann
selbstverständlich
auch unter Ausnutzung des Grenzflächeneffekts oder einer Kombination
aus Grenzflächeneffekt
und Geometrieeffekt hergestellt werden.
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Die
zuvor erläuterten
Verfahren sind selbstverständlich
nicht auf die Herstellung einer Kanalstoppzone oder einer Drainanschlusszone
beschränkt
sondern kann für
Herstellung beliebiger Bauelementzonen des gleichen Leitungstyps
wie die Sourcezone verwendet werden, die außerhalb des Zellenfeldes des
Trenchtransistors liegen. Das Verfahren eignet sich beispielsweise
auch für
die Herstellung von Bauelementzonen von Sensoren, die in dem Halbleiterkörper außerhalb
des Zellenfeldes integriert sind.
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Darüber hinaus
sind die erläuterten
Verfahren nicht beschränkt
auf die Herstellung eines n-Kanal-MOSFET mit einer n-Sourcezone 62 und
einer n-dotierten Bauelementzone 52 außerhalb des Zellenfeldes, sondern
können
auch auf die Herstellung eines p-Kanal-MOSFET mit einer p-Sourcezone
und einer p-dotierten Bauelementzone 52 außerhalb
des Zellenfeldes angewendet werden, da die unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten
der die Sourcezone, die Bodyzone und die Anschlusszone bildenden
Dotierstoffatome individuell auswählbar sind und ins jeweilige
Design vorteilhaft eingebracht werden können.