Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Trench-Transistors.
Bei der Entwicklung neuer Generationen von Leistungstransistoren wie
etwa DMOS (Double Diffused Metal Oxide Semiconductor)-Leistungstransistoren stellt
die Verringerung des spezifischen Einschaltwiderstandes Ron × A
in Kombination mit einem kostengünstigen Herstellungsprozess durch Einsatz
möglichst weniger Maskenebenen ein vorrangiges Entwicklungsziel dar.
Eine bekannte Vorgehensweise zur Absenkung des spezifischen Einschaltwiderstands
kann etwa dadurch erzielt werden, dass anstelle einer Zellenstruktur mit planaren
Transistoren eine Zellenstruktur mit Trench-Transistoren verwendet wird. Dadurch
lässt sich insbesondere der Kanalwiderstand durch Vergrößerung der
Kanalweite pro Chipfläche erniedrigen. Zur Erniedrigung des Widerstandes einer
Driftzone, z. B. dem Widerstand einer epitaktischen Schicht, können tiefe Trenches
verwendet werden, wie etwa von Temple in US 4,941,026
vorgeschlagen wurde. Eine weitere Erniedrigung des Widerstandes im Driftzonengebiet
lässt sich durch eine in diesem Gebiet anwachsende Dotierstoffkonzentration
erzielen, wie von Baliga in US 5,637,898
vorgeschlagen wurde. Eine weitere Optimierung im Hinblick auf einen geringeren Einschaltwiderstand
wurde vom Erfinder dieser Anmeldung in der Form so genannter Dense-Trench-Transistoren
vorgeschlagen, siehe etwa US 6,885,062 B2.
Hierbei werden die Trenches derart dicht aneinandergereiht, dass ein Avalanche-Durchbruchsort
im Bereich des Trenchbodens lokalisiert ist. Infolgedessen bestehen jedoch besondere
Anforderungen an die Homogenität der Trenches über das gesamte Zellenfeld,
was sich in hohen Anforderungen an die Prozesstechnik niederschlägt. Eine derartige
Homogenität der Trenches ist insbesondere beim so genannten offenen Design,
d. h. einem Design mit streifenförmiger Anordnung der Trenches gegeben. Im
Vergleich zu einem Zellendesign mit Homogenitätsstörung (z. B. bei verwinkelten
Trenches) erfordert das offene Design eine aufwändigere Prozessführung,
was zusätzliche Maskenschritte mit sich bringt, um einen für den Trench-Transistor
vorteilhaften Randabschluss zu gestalten. Dies kann sich beispielsweise durch eigens
für Source- und Bodygebiete vorgesehene Lithografiemasken, d. h. Fototechniken,
bemerkbar machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen
eines Trench-Transistors anzugeben, mit dem sich die oben im Zusammenhang mit bekannten
Verfahren genannten Probleme beseitigen oder reduzieren lassen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Trench-Transistors
gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie durch einen Trench-Transistor
nach Patentanspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Herstellen eines
Trench-Transistors wenigstens die Schritte auf: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats,
Ausbilden einer Grabenstruktur im Halbleitersubstrat von einer Oberfläche des
Halbleitersubstrats aus, Ausbilden einer die Oberfläche und Innenwände
der Grabenstruktur bedeckenden Feldisolationsstruktur, Strukturieren der Feldisolationsstruktur,
Ausbilden einer Sourcestruktur von einem ersten Leitfähigkeitstyp durch Einbringen
von Dotierstoffen in das Halbleitersubstrat unter Verwendung der Feldisolationsstruktur
als Maske, so dass die die Sourcestruktur definierenden Dotierstoffe in solche Bereiche
des Halbleitersubstrats eingebracht werden, die nicht von der Feldisolationsstruktur
bedeckt sind, und Ausbilden einer Gateisolationsstruktur, einer Bodystruktur von
einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp,
einer Drainstruktur vom ersten Leitfähigkeitstyp und wenigstens einer leitfähigen
Struktur, die wenigstens teilweise innerhalb der Grabenstruktur ausgebildet ist.
Somit wird in vorteilhafter Weise die strukturierte Feldisolationsstruktur
zur Definition der Sourcestruktur herangezogen. Demnach kann auf eine eigens für
die Sourcestruktur vorgesehene Fototechnik verzichtet werden.
Die Drainstruktur kann beispielsweise auf einer Rückseite des
Halbleitersubstrats (d. h. einer zur Oberfläche gegenüberliegenden Seite)
ausgebildet sein. Ebenso kann die Drainstruktur auch über eine leitfähige
vergrabene Schicht und eine Anschlusszone (z. B. Sinker oder Trench) zur Oberfläche
geführt werden.
Die Grabenstruktur kann beispielsweise in einem Zellenfeld aus einer
Mehrzahl zueinander parallel verlaufenden streifenförmigen Gräben bestehen.
Die Feldisolationsstruktur wird beispielsweise aus einem isolierenden Material,
wie etwa einer Oxidstruktur oder Nitridstruktur, ausgebildet. Eine Dicke der Feldisolationsstruktur
wird vorzugsweise unter Berücksichtigung auf eine während des Betriebszustands
des Transistors maximal abfallende Spannungsdifferenz gewählt. Die Feldisolationsstruktur
wird insbesondere dicker als eine Gateisolationsstruktur ausgebildet. Eine Strukturierung
der Feldisolationsstruktur kann beispielsweise über eine lithografisch definierte
Lackmaske erfolgen, welche als Ätzmaske bei der Entfernung freigelegter Bereiche
der Feldisolationsstruktur dient.
Der erste Leitfähigkeitstyp kann ein p-Typ oder
ein n-Typ sein. Im ersten Fall entspricht dann der zweite Leitfähigkeitstyp
einem n-Typ und im letzten Fall entspricht der zweite Leitfähigkeitstyp einem
p-Typ.
Das Halbleitersubstrat kann beispielsweise eine auf einem Halbleiterkörper
gewachsene und als Driftgebiet dienende epitaktische Schicht umfassen. Der Leitfähigkeitstyp
des Halbleitersubstrats stimmt mit demjenigen der Sourcestruktur überein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Gateisolationsstruktur
nach der Strukturierung der Feldisolationsstruktur und vor dem Ausbilden der Sourcestruktur
ausgebildet. Der Schritt zur Strukturierung der Feldisolationsstruktur dient damit
der Definition derjenigen Bereiche, in denen die Gateisolationsstruktur ausgebildet
werden soll. Bei der Strukturierung der Feldisolationsstruktur wird insbesondere
ein oberer Bereich der Grabenstruktur freigelegt, so dass die Gateisolationsstruktur
über Seitenwände der Grabenstruktur unmittelbar an das Halbleitersubstrat
angrenzt. Als Material für die Gateisolationsstruktur eignet sich ein im Hinblick
auf das Halbleitersubstrat geeignetes isolierendes Material, z. B. ein Nitrid oder
ein Oxid.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine der
wenigstens einen leitfähigen Struktur oberhalb der Feldisolationsstruktur ausgebildet
und strukturiert. Ebenso wird die Bodystruktur durch Einbringen von Dotierstoffen
in das Halbleitersubstrat unter Verwendung der einen leitfähigen Struktur als
Maske ausgebildet, so dass die die Bodystruktur definierenden Dotierstoffe in solche
Bereiche des Halbleitersubstrats eingebracht werden, die nicht von der einen leitfähigen
Struktur bedeckt sind. Das Einbringen der Dotierstoffe kann beispielsweise über
einen Implantationsschritt erfolgen. Ebenso ist es denkbar, die Dotierstoffe aus
einer Feststoffquelle in den auszubildenden Bereich der Bodystruktur zu diffundieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Feldisolationsstruktur
vor dem Ausbilden der Bodystruktur unter Verwendung der einen leitfähigen Struktur
als Maske erneut strukturiert, so dass die Feldisolationsstruktur in Bereichen,
in denen diese an der Oberfläche freiliegt, entfernt wird. Trotz des Entfernens
der Feldisolationstruktur in entsprechenden Oberflächenbereichen liegt die
Sourcestruktur, abgesehen von einer Ausdiffusion aufgrund eines thermischen Budgets
bei der Herstellung des Trench-Transistors, bündig zu einem Übergang der
Gatisolationsstruktur in die Feldisolationsstruktur im Seitenwandbereich der Grabenstruktur,
d. h. einem Übergang von einem aktiven Zellenfeld in einen Randbereich.
Alternativ hierzu kann es von Vorteil sein, die die Bodystruktur definierenden
Dotierstoffe durch freiliegende Bereiche der Feldisolationsstruktur hindurch in
das Halbleitersubstrat einzubringen. Im Gegensatz zur vorherigen Ausführungsform
kann hierbei auf einen erneuten Strukturierungsschritt der Gateisolationsstruktur
verzichtet werden. Das Einbringen der Dotierstoffe durch die freiliegenden Bereiche
der Feldisolationsstruktur hindurch kann etwa über eine Implantation mit entsprechend
hoher Implantationsenergie erzielt werden. Eine Stufe an der Oberfläche des
Halbleitersubstrats am Abschluss der Feldisolationsstruktur (z. B. am Übergang
zur Gateisolationsstruktur) führt zu einer entsprechenden Stufe der innerhalb
des Halbleitersubstrats ausgebildeten Bodystruktur. Nimmt man an, dass die die Bodystruktur
ausbildenden Dotierstoffe sowohl durch die Feldisolationsstruktur als auch durch
eine benachbarte dünnere Gateisolationsstruktur implantiert werden, wird die
Bodystruktur im Bereich der dünneren Gateisolationsstruktur tiefer in das Halbleitersubstrat
eindringen als im Bereich der Feldisolationsstruktur. Diese Stufe bildet sich jedoch
lediglich im Randabschlussbereich des Zellenfeldes aus, so dass die elektrischen
Eigenschaften im aktiven Zellenfeld hiervon unberührt bleiben.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Bodystruktur
vor der Sourcestruktur ausgebildet. Hierzu kann beispielsweise eine eigens zur Definition
der Bodystruktur vorgesehene Maskenebene genutzt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Grabenstruktur
einschließlich eines ein Zellenfeld abgrenzenden geschlossenen Grabens ausgebildet,
wobei eine Innenseite des geschlossenen Grabens die Bodystruktur innerhalb des Zellenfeldes
begrenzt. Bei dieser Ausführungsform lässt sich die Bodystruktur beispielsweise
durch flächige Implantation von Dotierstoffen, die die Bodystruktur ausbilden,
definieren, weshalb auf eine eigens zur Definition der Bodystruktur vorgesehene
Maske verzichtet werden kann. Eine Abgrenzung der Bodystruktur im Zellenfeld wird
somit durch den geschlossenen Graben bereitgestellt. Innerhalb des geschlossenen
Grabens finden sich weitere der Grabenstruktur zugeordnete und den Trench-Transistor
definierende Gräben, z. B. in der Form parallel zueinander verlaufender Streifen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird eine durch
die Sourcestruktur reichende Kontaktlochstruktur zur Bereitstellung eines elektrischen
Anschlussgebiets für die Bodystruktur ausgebildet. Die Kontaktlochstruktur
kann sich beispielsweise entlang von Mesagebieten zwischen benachbarten streifenförmigen
Gräben im Zellenfeld erstrecken. Da die Bodystruktur tiefer in das Halbleitersubstrat
reicht als die Sourcestruktur lässt sich somit über einen Bodenbereich
und/oder Seitenwandbereich der Kontaktlochstruktur eine leitfähige
Verbindung zur Bodystruktur bereitstellen. Vorzugsweise wird eine Bodystrukturanschlusszone
im Halbleitersubstrat im Bereich des Bodens der Kontaktlochstruktur als Halbleiterzone
mit hoher Dotierstoffkonzentration (z. B. oberhalb 1018 cm–3)
ausgebildet, um einen möglichst geringen Übergangswiderstand zur Bodystruktur
zu erzielen.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird wenigstens eine der wenigstens
einen leitfähigen Struktur aus dotiertem polykristallinen Silizium ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform besteht das Halbleitersubstrat aus Silizium. Jedoch
ist es ebenso möglich, die eine leitfähige Struktur und das Halbleitersubstrat
aus weiteren Materialien auszubilden. So kann die eine leitfähige Struktur
etwa aus weiteren dotierten Halbleitermaterialien oder auch Metallen bestehen. Ebenso
kann das Halbleitersubstrat neben Silizium auch aus SiGe, SiC, III–V Verbindungshalbleitern
wie GaAs oder auch ternären oder quaternären Verbindungshalbleitern ausgebildet
sein.
Besonders vorteilhaft ist es, die wenigstens eine leitfähige
Struktur außerhalb eines Zellenfeldes des Trench-Transistors über einen
planaren Bereich außerhalb der Grabenstruktur zu kontaktieren. Hierbei kann
die wenigstens eine leitfähige Struktur aus der Grabenstruktur hinaus über
einen Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats gelegt und somit einem Metallisierungs-
und Verdrahtungsbereich des Transistors zugängig gemacht werden. Falls die
wenigstens eine leitfähige Struktur eine Mehrzahl von Strukturen aufweist,
können diese auch an unterschiedlichen Seiten des Zellenfeldes an die Oberfläche
geführt werden. Ebenso ist es möglich, jede einzelne leitfähige Struktur
über verschiedene Seiten außerhalb des Zellenfeldes zu kontaktieren.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die eine
leitfähige Struktur als Gateelektrodenstruktur ausgebildet.
Ebenso kann es von Vorteil sein, die eine leitfähige Struktur
als Feldelektrodenstruktur unterhalb einer als weitere leitfähige Struktur
auszubildenden Gateelektrodenstruktur zu erzeugen. Innerhalb des Grabenbereichs
kann somit eine Mehrzahl von leitfähigen Strukturen ausgebildet sein, die voneinander
elektrisch isoliert sind. Eine dieser leitfähigen Strukturen stellt vorzugsweise
die Gateelektrodenstruktur dar. Die wieteren leitfähigen Strukturen können
beispielsweise als Feldelektrodenstrukturen dienen.
Eine weitere Ausführungsform betrifft einen Trench-Transistor
mit einer Grabenstruktur, die von einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats
aus in das Halbleitersubstrat ragt, einer innerhalb der Grabenstruktur ausgebildeten
Feldisolationsstruktur sowie einer Gateisolationsstruktur, wobei die Gateisolationsstruktur
im Seitenwandbereich der Grabenstruktur an einem Übergang zwischen einem aktiven
Zellenfeld und einem Randbereich in die Feldisolationsstruktur übergeht, einer
Sourcestruktur von einem ersten Leitfähigkeitstyp, die von der Oberfläche
aus bis zu einer bestimmten Tiefe ins Halbleitersubstrat reicht, einer Bodystruktur
von einem zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeitstyp
und einer Drainstruktur vom ersten Leitfähigkeitstyp, wobei die Sourcestruktur
an dem Übergang höchstens bis zum Wert der bestimmten Tiefe lateral vom
aktiven Zellenfeld in den Randbereich ragt. Hierbei werden Dotierstoffe der Sourcestruktur
etwa zunächst bündig zum Übergang in das Halbleitersubstrat eingebracht,
z. B. implantiert, und über ein nachfolgendes Prozess-Temperaturbudget lateral
ausdiffundiert. Dies kann zu einem lateralen Versatz zwischen dem Übergang
vom aktiven Zellenfeld in der Randbereich und einer Außenkante der Sourcestruktur
führen.
Besonders vorteilhaft ist es, den Trench-Transistor mit einem offenen
Zellendesign auszubilden.
Die Erfindung und insbesondere weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung
werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen verdeutlicht. Es zeigen:
1 einen Ausschnitt einer Aufsicht auf einen Trench-Transistor
gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 bis 8 schematische Querschnittsansichten
von Zwischenprodukten während der Herstellung des Trench-Transistors der ersten
Ausführungsform;
9 einen Ausschnitt einer Aufsicht auf einen Trench-Transistor
gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
10 und 11 schematische Querschnittsansichten
von Zwischenprodukten während der Herstellung des Trench-Transistors gemäß
der zweiten Ausführungsform;
12 eine schematische Aufsicht auf einen Trench-Transistor
gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und
13 eine schematische Aufsicht auf den erfindungsgemäßen
Trench-Transistor mit zugeordneter Querschnittsansicht.
In 1 ist ein Ausschnitt einer schematischen
Aufsicht auf einen Trench-Transistor gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Der Trench-Transistor dieser ersten Ausführungsform
weist ein offenes Zellendesign auf und ist in ein aktives Zellenfeld 1
und einen Randbereich 2 unterteilt. Eine Grabenstruktur 3 besteht
aus parallel zueinander verlaufenden streifenförmigen Gräben
4, die sich vom aktiven Zellenfeld 1 in den Randbereich
2 hinein erstrecken. Zwischen den Gräben 4 sind Mesagebiete
5 ausgebildet. Im aktiven Zellenfeld 1 ist eine Gateisolationsstruktur
6 an Seitenwänden der Gräben 4 angrenzend zu den Mesagebieten
5 angeordnet. Am Übergang vom aktiven Zellenfeld 1 in den
Randbereich 2 geht die Gateisolationsstruktur 6 in eine vergleichsweise
dickere Feldisolationsstruktur 7 über. In den Mesagebieten
5 ist innerhalb des aktiven Zellenfeldes 1 eine Sourcestruktur
8 bündig zum Übergang der Gateisolationsstruktur 6 in
die Feldisolationsstruktur 7 ausgebildet. Unterhalb der Sourcestruktur
8 ist eine Bodystruktur 9 ausgebildet (nicht sichtbar), die sich
zudem in den Randbereich 2 bis zu einer als Gateelektrode dienenden leitfähigen
Struktur 10 erstreckt. Zum Anschluss der unterhalb der Sourcestruktur
8 liegenden Bodystruktur 9 ist eine Kontaktlochstruktur
11 ausgebildet, die durch die Sourcestruktur 8 bis in die Bodystruktur
9 hinein reicht (senkrecht zur Zeichenebene, nicht sichtbar in
1). Hiermit wird ein vorteilhafter elektrischer Anschluss
der Bodystruktur sichergestellt und damit der Ausbildung eines unerwünschten
parasitären Bipolartransistors mit der Sourcestruktur 8 als Emitter
und der Bodystruktur 9 als Basis entgegengewirkt. Die Sourcestruktur
8 liegt bündig zum Übergang zwischen der Gateisolationsstruktur
6 und der Feldisolationsstruktur 7. Die Sourcestruktur
8 lässt sich in vorteilhafter Weise mit der zu diesem Zeitpunkt definierten
Feldisolationsstruktur 7 als Maske ausbilden. Somit kann auf eine eigens
zur Ausbildung der Sourcestruktur 8 vorgesehene Fototechnik verzichtet
werden. Auch die Bodystruktur 9 erfordert keine eigene Fototechnik, da
diese mit Hilfe der als Gateelektrode dienenden leitfähigen Struktur
10 als Maske ausgebildet werden kann.
In 2a ist eine schematische Querschnittsansicht
zu Beginn der Herstellung der in 1 gezeigten ersten
Ausführungsform entlang der Schnittlinie AA' im aktiven Zellenfeld
1 gezeigt. Nach dem Ausbilden eines Grabens 4 in einem Halbleitersubstrat
12 wird die Feldisolationsstruktur 7 derart erzeugt, dass diese
sowohl eine Oberfläche 13 des Halbleitersubstrats 12 als
auch einen Seitenwand- und Bodenbereich im Graben 4 bedeckt. Das Halbleitersubstrat
kann beispielsweise aus Silizium und die Feldisolationsstruktur 7 kann
aus SiO2 ausgebildet sein. Selbstverständlich können weitere
Materialien für sowohl das Halbleitersubstrat 12 als auch die Feldisolationsstruktur
7 verwendet werden.
In 2b ist das Prozessstadium von
2a als Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie
BB' (siehe 1) gezeigt. Diese Querschnittsansicht erstreckt
sich vom aktiven Zellenfeld 1 in den Randbereich 2 hinein. Auch
hier ist die Feldisolationsstruktur 7 auf der Oberfläche
13 des Halbleitersubstrats 12 ausgebildet. Der Graben
4 erstreckt sich jedoch nur teilweise in den Randbereich 2 hinein.
In 3a ist ein zur 2a
nachfolgendes Prozessstadium entlang der Schnittlinie AA' als schematische Querschnittsansicht
dargestellt. Hierbei wird eine als Feldelektrode dienende leitfähige Struktur
14 in einem unteren Bereich des Grabens 4 ausgebildet. Zur Ausbildung
der leitfähigen Struktur in 3a kann diese zunächst
beispielsweise flächig erzeugt werden, gefolgt von einem Ätzschritt, der
die wie in 3a gezeigte leitfähige Struktur
14 innerhalb des Grabens 4 zurücklässt.
In 3b ist das zur 3a
entsprechende Prozssstadium schematisch als Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie
BB' dargestellt. Ein der Dimensionierung der leitfähigen Struktur
14 dienender Strukturierungsschritt erhält einen planaren Teil der
leitfähigen Struktur 14 auf der Feldisolationsstruktur 7
im Randbereich 2. Dieser Teil der leitfähigen Struktur 14
dient insbesondere einer späteren Kontaktierung der leitfähigen Struktur
14. Zu beachten gilt, dass sich die leitfähige Struktur
14 im Randbereich 2 aus den Gräben 4 auf die Feldisolationsstruktur
7 hinaus planar erstreckt.
In 4a ist ein zur 3a
nachfolgendes Prozessstadium schematisch als Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie
AA' dargestellt. Die Feldisolationsstruktur 7 wird innerhalb des aktiven
Zellenfelds 1 in einem oberen Bereich der Gräben 4 entfernt,
wonach die Gateisolationsstruktur 6 an den freiliegenden Seitenwänden
innerhalb der Gräben 4 als auch der Oberfläche 13 des
Halbleitersubstrats 12 im aktiven Zellenfeld 1 ausgebildet wird.
Ebenso wird eine die leitfähige Struktur 14 bedeckende Zwischenisolationsstruktur
15 erzeugt (siehe 4b). Die Strukturierung
der Feldisolationsstruktur 7 erfolgt derart, dass diese die Oberfläche
13 des Halbleitersubstrats 12 lediglich noch im Randbereich
2 bedeckt. Innerhalb der Gräben 4 erfolgt an den Seitenwänden
am Übergang vom aktiven Zellenfeld 1 in den Randbereich
2 ein entsprechender Übergang von der Gateisolationsstruktur
6 zur Isolationsstruktur 7 (vgl. hierzu insbesondere
1).
5a zeigt ein zur 4a nachfolgendes
Prozessstadium während der Ausbildung des Trench-Transistors der ersten Ausführungsform
entlang der Schnittlinie AA'. Hierbei werden zunächst Dotierstoffe zur Ausbildung
der Sourcestruktur 8 in die Mesagebiete 5 implantiert. Ebenso
wird eine als Gateelektrode dienende leitfähige Struktur 10 innerhalb
der Gräben 4 ausgebildet. Die leitfähige Struktur 10
kann beispielsweise zunächst flächig ausgebildet werden, gefolgt von einer
Strukturierung durch Ätzung, so dass die leitfähige Struktur
10 in den Gräben 4 wie dargestellt zurückbleibt.
In 5b ist eine schematische Querschnittsansicht
eines zur 5a korrespondierenden Prozessstadiums entlang
der Schnittlinie BB' dargestellt. Auf der Oberfläche 13 des Halbleitersubstrats
12 geht die Gateisolationsstruktur 6 in die hierzu vergleichsweise
dickere Feldisolationsstruktur 7 am Übergang vom aktiven Zellenfeld
1 in den Randbereich 2 über. Zur Ausbildung der Sourcestruktur
8 wird die Feldisolationsstruktur 7 im Randbereich 2
als Implantationsmaske genutzt. Dadurch treten die zu implantierenden Dotierstoffe
einerseits durch die Gateisolationsstruktur 6 im aktiven Zellenfeld
1 ins Halbleitersubstrat 12 zur Definition der Sourcestruktur
8, andererseits werden diese jedoch im Randbereich 2 von der Feldisolationsstruktur
7 maskiert. Somit dient die Feldisolationsstruktur 7 als Maske
bei der Ausbildung der Sourcestruktur 8. Auf eine eigens zur Ausbildung
der Sourcestruktur 8 vorgesehene Fototechnik kann verzichtet werden. Die
innerhalb der Gräben 4 im aktiven Zellenfeld 1 ausgebildete
leitfähige Struktur 10 wird im Randbereich 2 ebenso wie die
als Feldelektrode dienende leitfähige Struktur 14 aus den Gräben
4 in einen planaren Bereich auf der Oberfläche 13 geführt
(in der schematischen Querschnittsansicht sind die leitfähigen Strukturen
10, 14 lediglich oberhalb der Oberfläche 13 sichtbar).
Hierdurch lässt sich etwa die als Gateelektrode dienende leitfähige Struktur
10 auf einfache Weise an einen Metallisierungs- und Verdrahtungsbereich
(nicht dargestellt) anschließen. Die als Gateelektrode dienende leitfähige
Struktur 10 wird durch die Zwischenisolationsstruktur 15, die
etwa als Zwischenoxid ausgebildet ist, von der als Feldelektrode dienenden leitfähigen
Struktur 14 elektrisch isoliert.
In 6a ist ein der Querschnittsansicht
von 5a nachfolgendes Prozessstadium entlang der Schnittlinie
AA' gezeigt. Hierbei werden Dotierstoffe zur Ausbildung der Bodystruktur
9 in das Halbleitersubstrat 12 derart eingebracht, dass die Bodystruktur
9 tiefer in das Halbleitersubstrat 12 reicht im Vergleich zur
Sourcestruktur 8 und diese einbettet.
In 6b ist eine schematische Querschnittsansicht
entlang der Schnittlinie BB' von 1 in einem mit der
6a übereinstimmenden Prozessstadium gezeigt. Vor
der Erzeugung der Bodystruktur 9 wird die Feldisolationsstruktur
7 erneut strukturiert, wobei die als Gateelektrode dienende leitfähige
Struktur 10 als Maske für diesen Strukturierungsschritt dient. Somit
wird die Feldisolationsstruktur 7 teilweise auf der Oberfläche
13 des Halbleitersubstrats 12 im Randbereich 2 entfernt.
Nach dem teilweisen Entfernen der Feldisolationsstruktur 7 erfolgt die
Erzeugung der Bodystruktur 9, so dass diese im Randbereich 2,
abgesehen von einer lateralen Ausdiffusion aufgrund eines thermische Budgets im
Prozessablauf, bündig zur Kante der als Gateelektrode dienenden leitfähigen
Struktur 10 ausgebildet wird. Somit kann auf eine eigens zur Ausbildung
der Bodystruktur 9 vorgesehene Fototechnik, d. h. einen entsprechenden
Lithografieschritt, verzichtet werden.
In 7 ist eine schematische Querschnittsansicht
entlang der Schnittlinie BB' entsprechend einem der 6b
nachfolgenden Prozessstadium gezeigt. Nach Ausbildung der Bodystruktur
9 wird eine weitere Zwischenisolationsstruktur 16 auf der Oberfläche
des Halbleitersubstrats 12 als auch auf der leitfähigen Struktur
10 unter Einsatz eines thermischen Budgets derart ausgebildet, dass durch
diesen thermischen Schritt zusätzlich sowohl die Bodystruktur 9 als
auch die Sourcestruktur 8 innerhalb des Halbleitersubstrats 12
durch Diffusion der jeweils zugeordneten Dotierstoffe in eine gewünschte Form
gebracht werden. Nach der Ausbildung der weiteren Zwischenisolationsstruktur
16 wird eine Abdeckungsisolationstruktur 17 auf die weitere Zwischenisolationsstruktur
16 aufgebracht. Ebenso können die Zwischenisolationsstruktur
16 sowie die Abdeckungsisolationsstruktur 17 in einem Prozessschritt
thermisch als einzelne Struktur erzeugt werden, z. B. durch eine Oxidation der leitfähigen
Struktur 10. Auch kann auf eine Oxidation der leitfähigen Struktur
10 verzichtet werden und lediglich eine oder mehrere als Abdeckungs- und
Isolationsstruktur dienende Schichten abgeschieden werden, z. B. aus BPSG (Bor-Phosphor-Silikat-Glas)
oder TEOS (Tetraethylorthosilan).
In 8 ist eine schematische Querschnittsansicht
entlang der Schnittlinie BB' bezüglich einem der Querschnittsansicht von
7 nachfolgenden Prozessstadium dargestellt. Nach einem
Strukturierungsschritt der Abdeckungsisolationsstruktur 17 sowie der weiteren
Zwischenisolationsstruktur 16 wird die Kontaktlochstruktur 11
zur Bereitstellung eines elektrischen Anschlussgebiets an die Bodystruktur
9 ausgebildet. Hierbei wird das Halbleitersubstrat 12 im Mesagebiet
5 teilweise geöffnet, wobei die Sourcestruktur 8 lokal entfernt
und die Bodystruktur 9 teilweise freigelegt wird. Um einen Anschluss an
die Bodystruktur 9 mit möglichst geringem Widerstand zu erzielen,
wird die Bodystrukturanschlusszone 18 im planaren Bereich der freigelegten
Bodystruktur 9 ausgebildet. Die Bodystrukturanschlusszone 18 kann
beispielsweise mit einer im Vergleich zur Bodystruktur 9 höheren Dotierstoffkonzentration
als Halbleiterzone ausgebildet werden. Zur Erzeugung der Bodystrukturanschlusszone
18 kann beispielsweise ein Implantationsschritt herangezogen werden. Im
Zusammenhang mit der Ausbildung der Kontaktlochstruktur 11 sei auch auf
die schematische Aufsicht der ersten Ausführungsform in 1
verwiesen.
Dem in 8 gezeigten Prozessstadium schließen
sich weitere bekannte Verfahrensschritte zur Kontaktierung des gezeigten Trench-Transistors an
einen auszubildenden Metallisierungs- und Verdrahtungsbereich an, die einem Fachmann
geläufig sind und hierin keiner weiteren Erläuterung bedürfen.
In 9 ist eine schematische Aufsicht auf
einen Teil eines Trench-Transistors gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung gezeigt. Komponenten dieser und weiterer Ausführungsformen, die
denjenigen der ersten Ausführungsform ähneln oder entsprechen, werden
mit denselben Bezugskennzeichen bezeichnet. Auf eine Wiederholung der Beschreibung
dieser Komponenten wird im weiteren Verlauf verzichtet und stattdessen auf die entsprechenden
Beschreibungsteile der 1 bis 8
verwiesen.
Die in 9 gezeigte zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in 1
dadurch, dass die Feldisolationsstruktur 7 im Randbereich 2 nicht,
wie in den schematischen Querschnittsansichten der 5 und
6 der ersten Ausführungsform gezeigt, erneut strukturiert
wird.
Somit erfolgt die Ausbildung des Trench-Transistors der zweiten Ausführungsform
bis zum in 10a und 10b
dargestellten Prozessstadium in Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform
(siehe korrespondierende 5a und 5b).
Jedoch erfolgt, wie in 11b als schematische Querschnittsansicht
entlang der Schnittlinie BB' von 9 gezeigt ist, vor
der Implantation von die Bodystruktur 9 definierenden Dotierstoffen keine
erneute Strukturierung der Feldisolationsstruktur 7 im Randbereich
2 (vergleiche hierzu insbesondere die 6 der ersten Ausführungsform).
Um dennoch die Bodystruktur 9 unterhalb des freiliegenden Bereichs der
Feldisolationsstruktur 7 im Randbereich 2 auszubilden, werden
die entsprechenden Dotierstoffe über eine Hochenergieimplantation eingebracht,
so dass diese die Feldisolationsstruktur 7 bei der Implantation durchdringen.
Hierzu kann beispielsweise eine Abstimmung der Implantationsenergie auf die Dicke
und das Material der Feldisolationsstruktur 7 erfolgen. Da die implantierten
Dotierstoffe jedoch bei deren Implantation innerhalb der Feldisolationsstruktur
7 stärker abgebremst werden im Vergleich zur Gateisolationsstruktur
6, führt dies zur Übertragung der Stufe am Übergang zwischen
Gateisolationsstruktur 6 und Feldisolationsstruktur 7 in die innerhalb
des Halbleitersubstrats 12 ausgebildete Bodystruktur 9. Ein lateraler
Versatz der beiden Stufen kommt dadurch zustande, dass die Dotierstoffe aufgrund
eines thermischen Budgets bei der Prozessierung des Trench-Transistors lateral als
auch vertikal ausdiffundieren. Abhängig vom thermischen Budget und der Diffusivität
der Dotierstoffe kann dieser laterale Versatz mehr oder wenig stark ausgeprägt
sein.
In 12 ist eine schematische Aufsicht
auf einen Trench-Transistor gemäß einer dritten Ausführungsform der
Erfindung dargestellt. Im Gegensatz zur in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform wurde dem Verständnis der dritten Ausführungsform
dienend auf eine Darstellung der leitfähigen Struktur 10 verzichtet.
Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1
gezeigten ersten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass diese einen geschlossenen
Graben 19 aufweist, der zusammen mit den innerhalb des geschlossenen Grabens
19 ausgebildeten Gräben 4 die Grabenstruktur darstellt. Der
geschlossene Graben 19 dient insbesondere zur Abgrenzung der Bodystruktur
9. Die Bodystruktur 9 wird nunmehr nicht nach der Ausbildung der
Sourcestruktur 8 mit der leitfähigen Struktur 10 als Maske
erzeugt, sondern eine Definition der Bodystruktur 9 kann nach Ausbildung
des geschlossenen Grabens über eine flächige Implantation entsprechender
Dotierstoffe ohne eine eigens hierfür vorgesehene Fototechnik erfolgen. Der
geschlossene Graben 19 ermöglicht somit eine lokal abgegrenzte Bodystruktur
9.
In 13a ist eine schematische Aufsicht
auf einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Trench-Transistors gezeigt.
der Ausschnitt zeigt den Übergang vom aktiven Zellenfeld 1 in den
Randbereich 2. Zu erkennen sind der diesem Übergang korrespondierende
Übergang der Gateisolationsstruktur 6 in die Feldisolationsstruktur
7 im Seitenwandbereich des Grabens 4 und die an den Graben
4 angrenzende Sourcestruktur 8 bzw. Bodystruktur 9. Die
Sourcestruktur 8 ragt um einen Versatz l in den Randbereich 2
hinein. Wie der zur Schnittlinie CC' in 13a korrespondierenden
schematischen Querschnittsansicht von 13b entnommen
werden kann, ist der Versatz l kleiner als eine Tiefe t, bis zu der die Sourcestruktur
8 vertikal in das Halbleitersubstrat 12 ragt. Die Dimensionen
der Größen t und l hängen beispielsweise von der Art des Dotierstoffs,
dessen Diffusivität und dem Temperaturbudget ab.
- 1
- aktives Zellenfeld
- 2
- Randbereich
- 3
- Grabenstruktur
- 4
- Graben
- 5
- Mesastruktur
- 6
- Gateisolationsstruktur
- 7
- Feldisolationsstruktur
- 8
- Sourcestruktur
- 9
- Bodystruktur
- 10
- als Gateelektrode dienende leitfähige Struktur
- 11
- Kontaktlochstruktur
- 12
- Halbleitersubstrat
- 13
- Oberfläche
- 14
- als Feldelektrode dienende leitfähige Struktur
- 15
- Zwischenisolationsstruktur
- 16
- weitere Zwischenisolationsstruktur
- 17
- Abdeckungsisolationsstruktur
- 18
- Bodystrukturanschlusszone
- 19
- geschlossener Graben
- t
- Tiefe der Sourcestruktur
- l
- Versatz der Sourcestruktur
