Die Erfindung betrifft einen Trenchtransistor mit einem aktiven Gebiet,
das von einem Randtrench umschlossen ist, wobei in den Randtrench eine auf Gatepotenzial
liegende Randelektrode eingebettet ist, und das aktive Gebiet eine Mesastruktur
aufweist, die zumindest teilweise an den Randtrench angrenzt. Die Erfindung betrifft
weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Trenchtransistors.
Trenchtransistoren der oben bezeichneten Art werden auch als Trenchtransistoren
mit „geschlossenem Design" bezeichnet. 1 zeigt
eine Prinzipskizze einer möglichen Ausführungsform eines Trenchtransistors
mit geschlossenem Design (Draufsicht). Zu sehen ist ein aktives Gebiet
1 eines Trenchtransistors, das von einem Randtrench 2 umschlossen
ist. Das aktive Gebiet 1 weist eine Mesastruktur auf, die hier aus mehreren,
parallel zueinander angeordneten Mesastreifen 3 besteht. Die Mesastreifen
3 sind durch Gatetrenches 4 voneinander getrennt.
In 2a ist eine perspektivische Darstellung
des mit "D" gekennzeichneten Bereichs in 1 gezeigt.
Dargestellt ist außerdem ein Teil eines Randabschlusses 5, der das
aktive Gebiet (genauer gesagt den Randtrench 2) zumindest teilweise umgibt.
Der Randabschluss 5 besteht aus mehreren mit einer Isolationsschicht (Feldoxidschicht)
überzogenen Mesastreifen (Oxidrand) 3', die durch Randabschlusstrenches
6 voneinander getrennt sind.
In 2a ist ein Prozessstadium des Trenchtransistors
gezeigt, bevor innerhalb der Trenchstruktur (bestehend aus Randtrench
2 und Gatetrenches 4) eine Feldelektrodenstruktur aus mehreren
Feldelektroden 7 eingebettet ist, die mittels einer Feldoxidschicht
8 gegenüber dem Halbleiterkörper 9 isoliert sind (siehe
2b). Die Feldoxidschicht 8 wird durch Oxidation
des gesamten Halbleiterkörpers 9 und anschließendem Rückätzen
der so erzeugten Oxidschicht in die Trenchstruktur hinein hergestellt. Die verbleibenden
Freiräume zwischen den Feldoxidschichtbereichen werden mit elektrisch leitendem
Material (z. B. Polysilizium) gefüllt, um die Feldelektroden 7 zu
erzeugen. Nun wird erneut der Halbleiterkörper 9 (zumindest die Mesastruktur)
oxidiert, um eine Gateoxidschicht 10 zu erzeugen, wobei verbleibende Freiräume
zwischen den Gateoxidschichtbereichen mit elektrisch leitendem Material (z. B. Polysilizium)
gefüllt werden, um eine Gateelektrodenstruktur aus mehreren Gateelektroden
11 herzustellen. Anschließend bzw. vor Ausbilden der Gateoxidschicht
10 werden innerhalb der Mesastreifen 3 Sourcegebiete S sowie Bodygebiete
B erzeugt, die bis an die Stirnseiten 12 der Mesastreifen 3 reichen.
Damit ist der in 2b schematisch skizzierte Trenchtransistor
hergestellt (in 2b ist eine verkleinerte Querschnittsdarstellung
des in 2a gezeigten Trenchtransistors entlang der Schnittlinie
A dargestellt, wobei in der 2a aber die Trenchfüllungen
zur besseren Darstellung der einzelnen Trenches weggelassen sind).
Nachteilig an dem in 2b gezeigten Trenchtransistor
ist, dass an den Stirnseiten 12 aufgrund der innerhalb des Randtrenches
2 vorgesehenen Gateelektrode 11 und aufgrund der Source- und Bodygebiete
S, B, die bis an die Stirnseiten 12 der Mesastreifen 3 reichen,
Kanäle innerhalb des Bodygebiets B erzeugt werden können, d. h. an den
Stirnseiten elektrische Ströme zwischen dem Sourcegebiet S und dem Halbleiterkörper
9 induziert werden, wenn die Gateelektrode 11 zusammen mit den
innerhalb der Gatetrenches 4 vorgesehenen Gateelektroden 11auf
Gatepotenzial liegt. Die elektrischen Ströme an den Stirnseiten 12
sind jedoch unerwünscht.
Zur Vermeidung der elektrischen Ströme an den Stirnseiten
12 ist es beispielsweise bekannt, die Sourcegebiete S nicht bis an die
Stirnseiten 12 reichen zu lassen, sondern in den an die Stirnseiten
12 angrenzenden Bereichen der Mesastreifen 3 lediglich Bodygebiete
B auszubilden. Hierzu wird im Stand der Technik beispielsweise während der
Erzeugung der Sourcegebiete eine eigene Source-Fotomaske verwendet. Nachteilig hierbei
ist, dass das Erzeugen der Sourcegebiete S dadurch unnötig aufwändig wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist, einen Trenchtransistor
sowie ein dafür geeignetes Herstellungsverfahren anzugeben, bei dem die voranstehend
dargelegten Probleme bezüglich der Leckströme an den Stirnseiten der Mesastreifen
vermieden werden können, andererseits jedoch eine einfache Herstellung des
Trenchtransistors ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen Trenchtransistor
gemäß Patentanspruch 1 bereit. Weiterhin stellt die Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung eines Trenchtransistors gemäß Patentanspruch 9 bereit.
Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen des Erfindungsgedankens finden
sich in den Unteransprüchen.
Der erfindungsgemäße Trenchtransistor weist ein aktives
Gebiet auf, das von einem Randtrench umschlossen ist, wobei in den Randtrench eine
auf Gatepotenzial liegende Randelektrode eingebettet ist, und das aktive Gebiet
eine Mesastruktur aufweist, die zumindest teilweise an den Randtrench angrenzt.
Der an den Randtrench angrenzende Bereich der Mesastruktur ist zu mindest teilweise
elektrisch deaktiviert, indem innerhalb des deaktivierten Bereichs a) die Mesastruktur
mit einer Mesa-Isolationsschicht bedeckt ist, und b) kein Sourcegebiet
vorgesehen ist.
Vorteil des erfindungsgemäßen Trenchtransistors ist, dass
die Mesa-Isolationsschicht gleichzeitig als Fotomaske zur Erzeugung der Sourcegebiete
herangezogen werden kann, d. h., keine eigene Source-Fotomaske zur Aussparung der
Sourcegebiete im Bereich der Mesastruktur, die an den Randtrench angrenzt, notwendig
ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mesa-Isolationsschicht
zusammen mit der Feldelektroden-Isolationsschicht, die zur Isolation einer in die
Randtrenches und/oder in die Gatetrenches eingebetteten Feldelektrodenstruktur gegenüber
der Mesastruktur dient, in einem Prozessschritt hergestellt (d. h. die Mesa-Isolationsschicht
ist Teil der Feldelektroden-Isolationsschicht). Vorteil hierbei ist, dass zur Erzeugung
der Feldelektroden-Isolationsschicht (insbesondere beim Rückätzprozess
derselben in die Trenchstruktur hinein) ohnehin eine Maske zum Einsatz kommt, die
erfindungsgemäß gleichzeitig zur Herstellung der Mesa-Isolationsschicht
dient. Mit anderen Worten: Die zur Erzeugung der Feldelektroden-Isolationsschicht
benötigte Maske wird so ausgelegt, dass der deaktivierte Bereich der Mesastruktur
nicht von der Feldelektroden-Isolationsschicht befreit wird, sondern ein Rest der
Feldelektroden-Isolationsschicht als Mesa-Isolationsschicht auf dem deaktivierten
Bereich verbleibt.
Die Mesa-Isolationsschicht und die Feldelektroden-Isolationsschicht
können beispielsweise durch Oxidation der Mesastruktur erzeugt werden.
Die Mesastruktur kann beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise ist
es möglich, die Mesastruktur in Form mehrerer streifenförmige Mesagebiete
auszulegen, deren Stirnseiten an den Randtrench angrenzen. In diesem Fall sollte
die Mesa-Isolationsschicht die Stirnseiten sowie die an die Stirnseiten angrenzenden
Bereiche der Längsseiten und der Oberseiten der Mesagebiete bedecken. Unterhalb
des Bereichs der Mesa-Isolationsschicht, der die Oberseiten der Mesagebiete bedeckt,
sollten keine Sourcegebiete ausgebildet sein. Unterhalb des Bereichs der Mesa-Isolationsschicht,
der die Oberseiten der Mesagebiete bedeckt, können Bodygebiete ausgebildet
sind, die jeweils bis zu den Stirnseiten der Mesagebiete reichen (zur Vermeidung
des so genannten "Punch-Effekts"). Die laterale Ausdehnung der Mesa-Isolationsschicht
sollte, ausgehend von einer Stirnseite eines Mesagebiets in Richtung der jeweils
anderen Stirnseite des Mesagebiets, in einem Bereich zwischen 0,1 &mgr;m und 2
&mgr;m liegen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diesen Bereich beschränkt.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
Trenchtransistors bereit, ausgehend von einem Halbleiterkörper, in dem vorgesehen
sind:
- – ein aktives Gebiet, das von einem Randtrench umschlossen wird,
- – eine innerhalb des aktiven Gebiets vorgesehene Mesastruktur, die zumindest
teilweise an den Randtrench angrenzt, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- – Erzeugen einer die Mesastruktur bedeckenden Isolationsschicht,
- – Rückätzen der Isolationsschicht in den Randtrench und/oder
in eine die Mesastruktur durchsetzende/einfassende Gatetrenchstruktur, wobei die
im Randbereich und in der Gatetrenchstruktur verbleibenden Reste der Isolationsschicht
zur Isolation einer in die Trenches einzubringenden Feldelektrodenstruktur gegenüber
dem Halbleiterkörper dienen, und wobei das Rückätzen so erfolgt,
dass der an den Randtrench angrenzende Bereich der Mesastruktur zumindest teilweise
durch die Isolationsschicht bedeckt ist,
- – Ausbilden von Bodygebieten und Sourcegebieten in der Mesastruktur unter
Verwendung der Isolationsschicht als Maske.
Die Isolationsschicht kann beispielsweise durch Oxidation der Mesastruktur
erzeugt werden.
Die Mesastruktur kann mehrere streifenförmige Mesagebiete aufweisen,
deren Stirnseiten an den Randtrench angrenzen. In diesem Fall sollte das Rückätzen
so erfolgen, dass die Isolationsschicht nach dem Rückätzen die Stirnseiten
sowie die an die Stirnseiten angrenzenden Bereiche der Längsseiten und der
Oberseiten der Mesagebiete bedeckt. Unterhalb des Bereichs der Isolationsschicht,
der die Oberseiten der Mesagebiete bedeckt, können Bodygebiete ausgebildet
werden, die jeweils bis zu den Stirnseiten der Mesagebiete reichen, indem unter
Verwendung der Isolationsschicht als Maske Dotierstoffe des einen Leitungstyps in
die Mesastruktur eingebracht werden, und anschließend ein Temperprozess ausgeführt
wird, der bewirkt, dass die eingebrachten Dotierstoffe bis zu den jeweiligen Stirnseiten
diffundieren. Unterhalb des Bereichs der Isolationsschicht, der die Oberseiten der
Mesagebiete bedeckt, sollten die Sourcegebiete so ausgebildet werden, dass diese
nicht bis zu den Stirnseiten der Mesagebiete reichen, indem unter Verwendung der
Isolationsschicht als Maske Dotierstoffe des anderen Leitungstyps in die Mesastruktur
eingebracht werden. Die laterale Ausdehnung der Mesa-Isolationsschicht kann beispielsweise
so gewählt sein und das Einbringen der Dotierstoffe des anderen Leitungstyps
so erfolgen, dass der laterale Abstand der Sourcegebiete von den Stirnseiten in
einem Bereich zwischen 0,1 &mgr;m und 2 &mgr;m liegt.
Der eine Dotiertyp ist hierbei vorzugsweise der p-Dotiertyp, der andere
Dotiertyp der n-Dotiertyp. In diesem Fall ist der Dotiertyp des
Halbleiterkörpers der andere Dotiertyp. Die Erfindung wird im Folgenden unter
Bezugnahme auf die Figuren in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze einer Draufsicht auf einen Trenchtransistor
gemäß dem Stand der Technik,
2a eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des
in 1 gezeigten Trenchtransistors,
2b eine Schnittdarstellung des in 2a
gezeigten Trenchtransistors entlang der Schnittlinie A mit "gefüllten" Trenches,
3a eine perspektivische Darstellung einer möglichen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trenchtransistors, und
3b eine Schnittdarstellung des in 3a
gezeigten Trenchtransistors entlang der Schnittlinie A mit "gefüllten" Trenches.
In den Figuren sind identische bzw. einander entsprechende Bereiche
sowie Bauteile/Bauteilgruppen mit denselben Bezugsziffern gekennzeichnet. Weiterhin
können sämtliche Ausführungsformen invers dotiert ausgestaltet sein,
d. h. n-Gebiete werden durch p-Gebieten ersetzt und umgekehrt.
In 3a ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen
Trenchtransistors in perspektivischer Ansicht gezeigt. Das Prozessstadium des in
3a gezeigten Trenchtransistors entspricht dem des in
2a gezeigten Trenchtransistors, jedoch mit dem Unterschied,
dass die Feldoxidschicht 8 nicht vollständig in die Trenchstruktur
hinein zurückgeätzt wurde, sondern so rückgeätzt wurde, dass
die Stirnseiten 12 sowie die an die Stirnseiten 12 angrenzenden
Bereiche der Mesastreifen 3 von einem Feldoxidschichtrest als einer Mesa-Isolationsschicht
13 bedeckt sind.
In 3b ist eine verkleinerte Querschnittsdarstellung
des in 3a gezeigten Trenchtransistors gezeigt, wobei
jedoch wie in 2b die Trenchfüllungen zusätzlich
eingebracht sind, welche in 3a wie in 2a
zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen sind. Auch sind in 3a
die in der Ebene hinter der Isolationsschicht 13 liegenden Teile zu ihrer
Verdeutlichung in Strichlinien dargestellt. Der Unterschied zu der in
2b gezeigten Ausführungsform ist, dass die an
die Stirnseiten 12 angrenzenden Bereiche der Oberflächen sowie entsprechende
Seitenflächen der Mesastreifen 3 nicht freiliegen (2b),
sondern mit einem Feldoxidschichtrest (Mesa-Isolationsschicht 13) bedeckt
sind. Des Weiteren sind an der Stirnseite 12 keine Sourcegebiete S, sondern
lediglich Bodygebiete B ausgebildet: Die Mesa-Isolationsschicht 13 wird
erfindungsgemäß als Maske zur Erzeugung der Sourcegebiete S verwendet,
so dass die laterale Ausdehnung der Sourcegebiete S nicht bis an die Stirnseiten
12 heranreicht (es erfolgt vorzugsweise kein Temperprozess). Im Gegensatz
hierzu wird zur Erzeugung des Bodygebiets nach Einbringen entsprechender Dotierstoffe
in die Mesastreifen 3 ein Temperprozess durchgeführt, der so ausgelegt
ist, dass die eingebrachten Dotierstoffe bis an die Stirnseiten 12 diffundieren
und somit die in 3b gezeigten Bodygebiete B entstehen.
Die laterale Ausdehnung C der Mesa-Isolationsschicht 13 sollte
so beschaffen sein, dass die unter Verwendung der Mesa-Isolationsschicht
13 erzeugten Sourcegebiete einen lateralen Abstand von 0,1 &mgr;m bis
2 &mgr;m zu den Stirnseiten 12 aufweisen.
In der folgenden Beschreibung sollen weitere Aspekte der Erfindung
näher erläutert werden.
Ziel der Erfindung ist die Vermeidung von erhöhten Leckströmen,
Schultern in der Eingangskennlinie sowie eine Verbesserung der Avalanche-Festigkeit
und der Ausfallsverteilung bei Gateoxidtests (SSQ, E-const, HTGS) von Trench-Leistungstransistoren.
Bei Trench-Leistungstransistoren mit einem geschlossenen Design (Verwendung
eines Randtrenches liegt auch an den Mesastirnseiten und insbesondere um die Ecken
der Mesa ein Gateoxidbereich vor. Da während der Erzeugung der Sourcegebiete
üblicherweise keine eigene Maske verwendet wird, erstrecken sich die Sourcegebiete
bis zur Stirnseite der Mesa, womit diese und deren vertikalen Kanten aktives Kanalgebiet
darstellen. Je nach Absättigung der Grenzfläche SiO2 kann dadurch
ein Leckstrom unterhalb der Einsatzspannung fließen, wodurch eine Schulter
in der Eingangskennlinie entsteht.
Um diese Effekte zu vermeiden, ist z. B. bekannt, die Source-Implantation
mittels eigener Fototechnik an den Ecken auszusparen. In der Druckschrift
JP2004-055976-A ist offenbart,
an den Ecken p+-doterte Gebiete zu erzeugen, um die Ecken zu deaktivieren.
Es wurde auch erkannt, dass die Avalanche-Festigkeit von Systemen ohne Mesastirnseiten-Abschattung
bei der Source-Implantation geringer ist als bei vergleichbaren Tansistoren mit
Abschattung. Eine Aufschmelzung im Bereich der Mesastirnseiten konnte beobachtet
werden.
Erfindungsgemäß werden die Mesastirnseiten der Trenchtransistoren
inaktiv ausgestaltet. Damit ist insbesondere gemeint, dass weder Gateoxid- noch
Sourcegebiete im Bereich der Mesastirnseiten vorhanden sind. Ein
Vorteil der Erfindung ist, dass dafür keine eigene Fototechnik eingeführt
werden muss. Die Abdeckung des an den Randtrench angrenzenden Bereichs der Mesastruktur
mit Feldoxid (Mesa-Isolationsschicht) sowie die Positionierung der Kantenlage der
Mesa-Isolationsschicht auf der Mesastruktur sollten so ausgestaltet sein, dass durch
die Body-Diffusion ein ausreichend dotiertes p-Gebiet bis zur Mesastirnseite entsteht,
so dass kein "Punchen" eintritt, und andererseits die Sourcegebiete weit genug von
den Stirnseiten entfernt sind.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt demnach darin, die Mesastirnseiten
von Trench-Leistungstransistoren mit Feldoxid abzudecken, so dass diese Bereiche
elektrisch inaktiv werden.
Beispielsweise kann die Feldoxidkante einen Abstand im Bereich zwischen
0,1 &mgr;m und 2,0 &mgr;m zur Mesastirnseite hin aufweisen. Damit ist je nach
Prozessführung die Spannungsfestigkeit des Bauelements gewährleistet und
gleichzeitig die Mesastirnseite elektrisch deaktiviert.
2a zeigt den Stand der Technik mit aktiven Mesastirnseiten
(nach der Feldoxidätzung). In weiterer Folge wird die gesamte Mesa mit Gateoxid
umschlossen.
3a zeigt die erfindungsgemäße Struktur mit
inaktiven Mesastirnseiten durch Abdeckung mit Feldoxid über die Mesakanten
hinein (Richtung Zellenfeld).
- 1
- aktives Gebiet
- 2
- Randtrench
- 3, 3'
- Mesastreifen
- 4
- Gatetrench
- 5
- Randabschluss
- 6
- Randabschlusstrench
- 7
- Feldelektroden
- 8
- Feldoxidschicht
- 9
- Halbleiterkörper
- 10
- Gateoxidschicht
- 11
- Gateelektrode
- 12
- Stirnseite
- 13
- Mesa-Isolationsschicht
- B
- Body
- C
- laterale Ausdehnung
- D
- Bereich
- S
- Source
