-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Halbleiterkörper mit
einem Graben und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
-
Ein
Graben, englisch: trench, in einem Halbleiterkörper ist
häufig mit einem isolierenden Material gefüllt
und kann zur Isolation zweier Transistoren dienen. Ein Graben, dessen
Seitenwand mit einer Isolationsschicht versehen ist und der mit
einem leitfähigen Material gefüllt ist, kann bei
der Realisierung einer Speicherzelle eingesetzt werden.
-
Das
Dokument
WO 00/13208 befasst
sich mit einem Graben, dessen Seitenwand und dessen Boden mittels
einer Siliziumoxidschicht isoliert ist und der mit Polysilizium
aufgefüllt ist.
-
Im
Dokument
US 5,436,190 ist
ein Graben angegeben, dessen Seitenwand mit Siliziumoxid versehen
ist und der mit Polysilizium gefüllt ist. Die Siliziumoxidschicht
wird mittels einer chemischen Abscheidung aus der Gasphase, englisch:
chemical vapor deposition, abgekürzt CVD, hergestellt.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen
eines Halbleiterkörpers mit einem Graben und einen Halbleiterkörper
mit einem Graben bereitzustellen, die mit geringem Aufwand realisierbar
sind und an einem Boden des Grabens einen elektrischen Kontakt zu
dem Halbleiterkörper ermöglichen.
-
Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch
1 sowie dem Gegenstand des Patentanspruchs 11 gelöst. Weiterbildungen
und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
In
einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Herstellen
eines Halbleiterkörpers mit einem Graben ein Ätzen
des Grabens in den Halbleiterkörper und ein Herstellen
einer Siliziumoxidschicht an zumindest einer Seitenwand des Grabens
und an einem Boden des Grabens. Die Siliziumoxidschicht wird mittels
einer thermischen Oxidation realisiert. Weiter wird die Siliziumoxidschicht
am Boden des Grabens entfernt. Der Graben wird darüber
hinaus mit Polysilizium aufgefüllt. Das Polysilizium im
Graben bildet einen Polysiliziumkörper.
-
Mit
Vorteil wird mittels der thermisch oxidierten Siliziumoxidschicht
eine verglichen mit einer mittels CVD abgeschiedenen Siliziumoxidschicht
qualitativ sehr hochwertige Isolationsschicht an der Seitenwand
des Grabens angeordnet. Eine Durchschlagsfestigkeit der thermisch
oxidierten Siliziumoxidschicht ist vorteilhafterweise größer
als eine Durchschlagsfestigkeit einer mittels CVD abgeschiedenen
Siliziumoxidschicht der gleichen Dicke. Dabei weist eine Grenzschicht
zwischen der Siliziumoxidschicht und dem Halbleiterkörper
eine geringere Anzahl von Verunreinigungen verglichen mit einer Grenzschicht
zwischen einer mittels CVD abgeschiedenen Siliziumoxidschicht und
einem Halbleiterkörper auf. Mit Vorteil kann mittels des
Polysiliziumkörpers ein elektrischer Kontakt zu dem Halbleiterkörper unterhalb
des Bodens des Grabens hergestellt werden, da dotiertes Polysilizium
ein leitfähiges Material ist. Vorteilhafterweise werden
zur Herstellung des Halbleiterkörpers Standardprozessschritte
der Halbleitertech nologie eingesetzt. Ein derartiger Graben ist folglich
mit geringem Aufwand herstellbar.
-
In
einer Ausführungsform weist der Graben eine Tiefe mit einem
Wert > 5 μm
auf. Bevorzugt weist die Tiefe des Grabens einen Wert > 10 μm auf. Mit
Vorteil kann mittels einer thermisch oxidierten Siliziumoxidschicht
ein derartig tiefer Graben mit hoher Zuverlässigkeit ausgekleidet
werden. Die Siliziumoxidschicht kann somit als Linerschicht dienen.
Mit Vorteil werden mittels des Oxidationsverfahrens Fehlstellen
in der Siliziumoxidschicht vermieden.
-
In
einer Ausführungsform weist eine Ätzmaskenanordnung,
die als Maskierung zum Ätzen des Grabens eingesetzt wird,
eine Hard-Mask-Oxidschicht und/oder eine Siliziumnitridschicht und/oder eine
Polysiliziumschicht auf. Die Siliziumnitridschicht wird im Folgenden
als Nitridschicht bezeichnet. Die Ätzmaskenanordnung kann
mindestens eine der genannten Schichten aufweisen. Bevorzugt umfasst
die Ätzmaskenanordnung die Polysiliziumschicht. Zusätzlich
kann die Ätzmaskenanordnung einen Fotolack aufweisen.
-
Die
Hard-Mask-Oxidschicht kann als Ätzmaskenoxidschicht bezeichnet
sein. Die Hard-Mask-Oxidschicht kann auch als Oxidschicht bezeichnet
sein.
-
Der
Boden weist einen Bereich auf, der ausschließlich eine
Fläche in der Mitte des Bodens umfasst. Alternativ kann
der Bereich den Boden bis zu der Seitenwand umfassen. Der Boden
kann leicht gekrümmt sein und einen Übergangsbereich
zu der Seitenwand des Grabens aufweisen.
-
In
einer Ausführungsform bilden der Polysiliziumkörper
und der Halbleiterkörper an dem Boden des Grabens einen
pn-Übergang. In einer alternativen Ausführungsform
ist der Übergang von dem Polysiliziumkörper zu
dem Boden des Grabens als ohmsch leitender Übergang realisiert.
Der Übergang kann somit niederohmig resistiv erfolgen.
Der Polysiliziumkörper kann einen pn-Übergang
beziehungsweise einen niederohmig resistiven Übergang zu dem
Bereich des Bodens aufweisen.
-
In
einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterkörper
einen Graben mit zumindest einer Seitenwand und einem Boden. An
der Seitenwand ist eine thermisch oxidierte Siliziumoxidschicht
angeordnet. Der Halbleiterkörper weist einen Polysiliziumkörper
auf, der direkt auf einem Substratmaterial des Bodens angeordnet
ist. Der Polysiliziumkörper ist ferner an der Siliziumoxidschicht
angeordnet.
-
Mit
Vorteil weist der Polysiliziumkörper einen Kontakt zu dem
Halbleiterkörper unter dem Boden des Grabens auf, so dass
das Substratmaterial des Halbleiterkörpers unterhalb des
Grabens elektrisch kontaktiert werden kann. Eine derartige Kontaktierung
des Halbleiterkörpers ist mit Standardprozessen der Halbleitertechnologie
machbar und damit aufwandsarm realisierbar. Dabei kann der Polysiliziumkörper
in einem Bereich des Bodens, das heißt an einer Fläche
in der Mitte des Bodens, oder alternativ an dem Boden bis hin zu
der Seitenwand einen unmittelbaren Kontakt zu dem Substratmaterial
aufweisen. Die thermisch oxidierte Siliziumoxidschicht gewährleistet
eine sehr gute Isolation der Seitenwand des Grabens.
-
In
einer Ausführungsform weist der Halbleiterkörper
einen ersten und einen zweiten Transistor sowie den Graben auf.
Der Graben wird mit Vorteil dazu verwendet, den ersten Transistor von
dem zweiten Transistor zu isolieren. Damit kann ein ungewolltes
Beeinflussen des ersten Transistors durch den zweiten Transistor
beispielsweise mittels eines Latch-up Vorganges vermieden werden.
Der erste und/oder der zweite Transistor kann jeweils ein Hochspannungstransistor
sein. Die Transistoren können als Metall-Oxid-Halbleiter
Feldeffekttransistoren realisiert sein.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren näher erläutert. Funktions-
beziehungsweise wirkungsgleiche Gebiete und Strukturen tragen gleiche
Bezugszeichen. Insoweit sich Gebiete oder Strukturen in ihrer Funktion
entsprechen, wird deren Beschreibung nicht in jeder der folgenden
Figuren wiederholt.
-
Es
zeigen:
-
1A bis 1C beispielhafte
Ausführungsformen eines Halbleiterkörpers mit
einem Graben nach dem vorgeschlagenen Prinzip und
-
2A bis 2L eine
beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens nach dem
vorgeschlagenen Prinzip, wobei jeweils Querschnittsansichten eines
Halbleiterkörpers in verschiedenen Stufen des Verfahrens
gezeigt sind.
-
1A zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform eines Halbleiterkörpers
nach dem vorgeschlagenen Prinzip im Querschnitt. Der Halbleiterkörper 10 umfasst
einen Graben 11, eine thermisch oxidierte Siliziumoxidschicht 12 und
einen Polysiliziumkörper 13. Der Graben 11 verläuft
senkrecht zu einer ersten Hauptfläche 17 des Halbleiterkörpers 10.
Der Graben 11 umfasst eine Seitenwand 14 und einen Boden 15.
Der Graben 11 erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 17 bis
zu dem Boden 15 und ist orthogonal zu der ersten Hauptfläche 17 ausgerichtet. Der
Graben 11 weist eine Tiefe T und eine Breite D auf. Dabei
entspricht die Tiefe T dem Abstand des Bodens 15 zu der
ersten Hauptfläche 17. Die erste Hauptfläche 17 stellt
eine der Begrenzungen des Substratmaterials 16 dar.
-
Die
Seitenwand 14 ist orthogonal zu der ersten Hauptfläche 17 angeordnet.
Ferner erstreckt sich die Seitenwand 14 von der ersten
Hauptfläche 17 bis zum Boden 15. Die
Seitenwand 14 ist flächig ausgebildet. Die Seitenwand 14 umfasst
eine erste Fläche 46 und eine zweite Fläche 47,
die näherungsweise parallel zueinander angeordnet sind
und sich von der ersten Hauptfläche 17 bis zu
dem Boden 15 erstrecken. Die erste und die zweite Fläche 46, 47 sind nicht
gekrümmt. Der Boden 15 weist eine leichte Krümmung
auf. Der Boden 15 ist jedoch im wesentlichen parallel zu
der ersten Hauptfläche 17 ausgebildet. Ein Übergang
von der Seitenwand 14 zum Boden 15 ist abgerundet.
-
Die
Siliziumoxidschicht 12 ist an der Seitenwand 14 angeordnet.
Die Siliziumoxidschicht 12 ist daher in unmittelbarem Kontakt
zu einem Substratmaterial 16 des Halbleiterkörpers 10 an
der Seitenwand 14. Die Siliziumoxidschicht 12 bedeckt
jedoch nicht den Boden 15. Das Substratmaterial 16 umfasst Silizium.
Die Siliziumoxidschicht 12 erstreckt sich von einer Umgebung
des Bodens 15 bis zu der ersten Hauptfläche 17 des
Halbleiterkörpers 10. Die Siliziumoxidschicht 12 weist
eine Dicke E auf.
-
Der
Polysiliziumkörper 13 ist auf dem Boden 15 angeordnet
und grenzt direkt an die Siliziumoxidschicht 12 an. Der
Polysili ziumkörper 13 ist somit in unmittelbarem
Kontakt zu dem Substratmaterial 16 des Halbleiterkörpers 10 an
dem Boden 15 und weist folglich einen elektrischen Kontakt
zu dem Substratmaterial 16 des Halbleiterkörpers 10 an
dem Boden 15 auf. In einer Umgebung der Seitenwand 14 ist
der Polysiliziumkörper 13 in unmittelbarem Kontakt
zu der Siliziumoxidschicht 12. Der Polysiliziumkörper 13 hat
somit keinen Kontakt zu dem Substratmaterial 15 an der
Seitenwand 14. Der Polysiliziumkörper 13 weist
eine Höhe H senkrecht zu der ersten Hauptfläche 17 auf,
die näherungsweise der Tiefe T entspricht. Der Polysiliziumkörper 13 erstreckt
sich somit von dem Boden 15 bis in etwa zu einer Ebene,
die von der ersten Hauptfläche 17 gebildet ist.
-
Weiter
weist der Halbleiterkörper 10 eine erste zusätzliche
Siliziumoxidschicht 18 und eine zweite zusätzliche
Siliziumoxidschicht 19 auf, die sich beiderseits des Grabens 11 an
der ersten Hauptfläche 17 erstrecken und in die
Siliziumoxidschicht 12 übergehen. Die erste Hauptfläche 17 bildet
eine Grenzfläche zwischen dem Substratmaterial 16 und
der ersten und der zweiten zusätzlichen Siliziumoxidschicht 18, 19.
Eine Ausnehmung des Substratmaterials 16 weist eine Breite
auf, welcher der Breite D des Grabens entspricht. Ferner weist eine
Ausnehmung in der Siliziumoxidschicht 12 in einer Ebene
parallel zur ersten Hauptfläche 17 eine Breite
F auf. Die Breite F entspricht dem Wert einer Ausdehnung des Polysiliziumkörpers 13 in
einer Ebene parallel zur ersten Hauptfläche 17.
-
Mit
Vorteil befindet sich der Polysiliziumkörper 13 durch
den elektrischen Kontakt zu dem Substratmaterial 16 an
dem Boden 15 des Grabens 11 auf einem definierten
elektrischen Potential und kann potentialmäßig
nicht frei schweben, englisch: floaten. Mit Vorteil kann mittels
des Polysiliziumkörpers 13 ein elektrisch leitender
Kontakt von der Ebene der ersten Hauptfläche 17 zu
dem Substratmaterial 16 an dem Boden 15 hergestellt
werden. Der Polysiliziumkörper 13 kann somit als
aktives Element eingesetzt werden, um zum Beispiel im Substratmaterial 16 injizierte
Ladungsträger zu sammeln.
-
In
einer Ausführungsform ist die Höhe H des Polysiliziumkörpers 13,
welche senkrecht zu der ersten Hauptfläche 17 ist,
größer als die Tiefe T. Der Polysiliziumkörper 13 ragt über
die erste Hauptfläche 17 hinaus und ist somit
einfach elektrisch mittels einer über der ersten Hauptfläche 17 angeordneten
leitenden Schicht anschließbar. In einer beispielhaften Ausführungsform
beträgt die Tiefe T 16 μm. Bevorzugt weist die
Tiefe T des Grabens 11 mindestens den fünffachen
Wert der Breite D des Grabens 11 auf.
-
1B zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform eines Halbleiterkörpers
nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Aufsicht. Der Halbleiterkörper 10 umfasst
ein erstes Gebiet 42 mit einem ersten Transistor 44 und
ein zweites Gebiet 43 mit einem zweiten Transistor 45.
In der Aufsicht ist der Graben 11 als eine Ausnehmung ausgebildet.
Die Ausnehmung kann lang gestreckt sein. Der Graben 11 weist genau
eine Seitenwand, nämlich die Seitenwand 14 auf.
Die erste und die zweite Fläche 46, 47 der
Seitenwand 14 sind parallel zueinander angeordnet. Der Graben 11 isoliert
das erste Gebiet 42 von dem zweiten Gebiet 43 und
damit den ersten Transistor 44 von dem zweiten Transistor 45.
-
In
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform kann
der Graben 11 als Tiefenanschluss, englisch Sinker, zum
Anschluss eines in dem Halbleiterkörper 10 vergrabenen
Gebietes dienen. Der Polysiliziumkörper 13 ist
dazu mit Phosphor dotiert.
-
1C zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Halbleiterkörpers
nach dem vorgeschlagenen Prinzip in einer Aufsicht. Der Graben 11 umschließt
das erste Gebiet 42 mit dem ersten Transistor 44.
Der Graben 11 umgibt somit das erste Gebiet 42 an
der Hauptfläche 17 des Halbleiterkörpers 10.
Das erste Gebiet 42 kann beispielsweise rechteckig oder
rund sein. Gemäß dieser Ausführungsform
weist der Graben 11 zwei Seitenwände auf, nämlich
die Seitenwand 14 und eine weitere Seitenwand 20.
Die Seitenwand 14 umfasst die erste Fläche 46.
Hingegen umfasst die weitere Seitenwand 20 eine dritte
Fläche 48. Die erste und die dritte Fläche 46, 48 sind
parallel zueinander angeordnet. Der in 1A gezeigte
beispielhafte Ausschnitt eines Querschnittes des Halbleiterkörpers 10 ist
somit für beide Ausführungsformen einer Aufsicht
bis auf die Angabe der Bezugszeichen für die Seitenwand
beziehungsweise die Seitenwände zutreffend.
-
2A bis 2K zeigen
ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterkörpers nach
dem vorgeschlagenen Prinzip. Es wird jeweils ein beispielhafter
Querschnitt des Halbleiterkörpers nach verschiedenen aufeinander
folgenden Schritten des Verfahrens dargestellt.
-
2A zeigt
den Halbleiterkörper 10 mit dem Substratmaterial 16 nach
einer Durchführung von Schichtherstellungsschritten. Zuerst
wird eine Hard-Mask-Oxidschicht 21 auf dem Halbleiterkörper 10 hergestellt.
Die Hard-Mask-Oxidschicht 21 ist auf der ersten Hauptfläche 17 des
Halbleiterkörpers 10 angeordnet. Die Herstellung
der Hard-Mask-Oxidschicht 21 erfolgt mittels thermischer
Oxidation des Substratmaterials 16.
-
Die
Hard-Mask-Oxidschicht 21 umfasst Siliziumoxid. Auf der
Hard-Mask-Oxidschicht 21 wird eine Nitridschicht 22 abgeschieden.
Auf der Nitridschicht 22 hingegen wird eine Polysiliziumschicht 23 abgeschieden.
Das Abscheiden der Nitridschicht 22 und der Polysiliziumschicht 23 erfolgt
jeweils mittels eines CVD-Verfahrens.
-
In
einer alternativen Ausführungsform kann das Abscheiden
der Nitridschicht 22 entfallen.
-
In
einer alternativen Ausführungsform kann die Hard-Mask-Oxidschicht 21 abgeschieden
werden.
-
2B zeigt
den Halbleiterkörper 10 während eines Ätzvorganges.
Auf den Halbleiterkörper 10 gemäß 2A wird
ein Fotolack 24 abgeschieden. Die Abscheidung erfolgt mittels
eines Aufschleuderverfahrens. Der Fotolack 24 wird belichtet und
entwickelt. Der Fotolack 24 weist eine Ausnehmung 25 auf.
Die Ausnehmung 25 definiert näherungsweise den
Graben 11. Ein Ätzgas 26 greift die Polysiliziumschicht 23 an.
-
2C zeigt
den Halbleiterkörper 10 mit einer Ätzmaskenanordnung 38,
welche die Hard-Mask-Oxidschicht 21, die Nitridschicht 22,
die Polysiliziumschicht 23 und den Fotolack 24 umfasst. Die Ätzmaskenanordnung 38 weist
die Ausnehmung 25 auf und ist oberhalb der ersten Hauptfläche 17 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet.
Gegenüber dem Halbleiterkörper 10 gemäß 2B wird
die Polysiliziumschicht 23 unter der Ausnehmung 25 des
Fotolackes 24 entfernt. Ein Ätzstopp bei dem Ätzverfahren der
Polysiliziumschicht 23 wird durch die darunter liegende
Nitridschicht 22 definiert. Anschließend wird die
Nitridschicht 22 unter der Ausnehmung 25 entfernt.
Ein Ätzstopp bei dem Ätzverfahren der Nitridschicht 22 wird
durch die darunter liegende Hard-Mask-Oxidschicht 21 definiert.
Ferner wird die Hard-Mask-Oxidschicht 21 entfernt. Dabei
wird ein Ätzstopp durch das Substratmaterial 16 definiert.
Anschließend wird der Graben 11 geätzt.
Dabei tritt eine Unterätzung 27 auf. In einer
Ausführungsform weist die Unterätzung 27 einen
Wert von 0,3 μm auf. Die Hard-Mask-Oxidschicht 21 wird
somit unterätzt. Der Graben 11 umfasst eine Ausnehmung
mit einer Breite B. Die Breite B ist aufgrund der Unterätzung 27 größer
als eine Breite A einer Ausnehmung der Ätzmaskenanordnung 38.
Der Graben 11 wird mittels eines Tiefenätzprozesses
hergestellt. Das Ätzverfahren ist anisotrop.
-
2D zeigt
den Halbleiterkörper 10 während eines
Ionenimplantationsschrittes. Dotieratome 28 werden mittels
einer Ionenimplantationsanlage in das Substratmaterial 16 in
einen Implantationsbereich des Bodens 15 eingebracht, so
dass ein dotierter Bereich 29 im Substratmaterial 16 unterhalb
des Bodens 15 erzeugt wird. Die Dotieratome 28 wirken als
Donatoren. Dabei bedeutet die Ionenimplantation in einen Implantationsbereich
des Bodens 15, dass in Abhängigkeit einer Parameterwahl
zum Betrieb der Ionenimplantationsanlage in den gesamten Boden oder
in eine Teilfläche des Bodens implantiert wird.
-
In
einer alternativen Ausführungsform werden Dotieratome 28 gewählt,
der als Akzeptoren im Substratmaterial 16 wirken.
-
In
einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann
der Implantationsschritt entfallen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
ist der dotierte Bereich 29 in den weiteren Figuren nicht
eingezeichnet.
-
2E zeigt
den Halbleiterkörper 10 nach dem Entfernen des
Fotolackes 24 und nach einem thermischen Oxidationsverfahren.
Bei dem thermischen Oxidationsverfahren wird das Substratmaterial 16 des
Halbleiterkörpers 10 an der Seitenwand 14 und
an dem Boden 15 im Graben 11 oxidiert, so dass die
Siliziumoxidschicht 12 an der Seitenwand 14 und dem
Boden 15 erzeugt wird. Die Polysiliziumschicht 23 ist
von einer Kante 30 in Richtung der Ausnehmung 25 begrenzt.
Die Kante 30 befindet sich an einer Grenzfläche
der Polysiliziumschicht 23 und der Ausnehmung 25.
Mittels der Oxidation der Polysiliziumschicht 23 wird eine
zusätzliche Siliziumoxidschicht 31 hergestellt.
Sauerstoff kann auch zu der Kante 30 gelangen. Daher wird
die Polysiliziumschicht 23 nicht nur auf ihrer Oberfläche,
sondern auch an der Kante 30 oxidiert. Die entstehende
zusätzliche Siliziumoxidschicht 31 weist größere
Abmessungen als ein bei dem Oxidationsprozess umgewandelter Anteil
der Polysiliziumschicht 23 auf. Daher weist eine Breite
C der Ausnehmung in der zusätzlichen Siliziumoxidschicht 31 einen
kleineren Wert als die Breite A der Ausnehmung in der Hard-Mask-Oxidschicht 21 und
der Nitridschicht 22 auf. Somit wird eine Öffnung
für den folgenden Ätzschritt verkleinert.
-
Da
Sauerstoff im Unterschied zu größeren Molekülen,
wie sie etwa bei CVD-Prozessen eingesetzt werden, eine sehr hohe
Diffusionskonstante in der Atmosphäre während
des Oxidationsprozesses aufweist, gelangt Sauerstoff in ausreichender
Menge zu der Seitenwand 14 und zu dem Boden 15.
Da ferner das Schichtwachstum der Siliziumoxidschicht 12 während
des Oxidationsprozesses im Wesentlichen durch eine Diffusion von
Sauerstoff durch die bereits gebildete Siliziumoxidschicht 12 und
nicht von der Hindiffusion von Sauerstoff aus der Atmosphäre
während des Oxidationsverfahrens zu der Seitenwand 14 beziehungsweise
zu dem Boden 15 limitiert wird, ist eine sehr hohe Homogenität
der Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 12 erzielt. So
entspricht eine Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 12 nahe
der ersten Hauptfläche 17 in der Umgebung der
Unterätzung 27 in etwa der Schichtdicke der Siliziumoxidschicht 12 an
einer beliebigen anderen Stelle der Seitenwand 14. Durch
den thermischen Oxidationsprozess wird die Ausnehmung im Substratmaterial 16 und
somit der Graben 11 vergrößert. Die Breite
D der Ausnehmung des Substratmaterials 16 ist somit größer
als die Breite B der Ausnehmung des Grabens 11 unmittelbar
nach dem in 2C gezeigten Ätzprozess
des Grabens 11.
-
Mit
Vorteil wächst die Siliziumoxidschicht 12 lateral
in das Substratmaterial 16 des Halbleiterkörpers 10 hinein,
sodass die Siliziumoxidschicht 12 an der Seitenwand 14 aufgrund
dieses Hineinwachsens bei einem folgenden Ätzvorgang zum
Entfernen der Siliziumoxidschicht 12 auf dem Boden 15 geschützt ist.
Mit Vorteil kann die thermische Oxidation zur Erzeugung der Siliziumoxidschicht 12 während
eines Diffusionsschrittes zur Herstellung einer Wanne durchgeführt
werden. Mit Vorteil wird eine Siliziumoxidschicht 12 mit
einer sehr geringen Defektdichte hergestellt. Die Siliziumoxidschicht 12 weist
vorteilhafterweise eine sehr hohe Reinheit auf. Aufgrund der geringen
Defektdichte und der geringen Dichte von Verunreinigungen in der
Siliziumoxidschicht 12 zeigt die Siliziumoxidschicht 12 eine
sehr hohe Durchschlagsfestigkeit gegenüber elektrischen Spannungen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Dicke
E der Siliziumoxidschicht 12 einen Wert in einem Intervall
von 300 nm bis 400 nm betragen. Mit Vorteil wird bereits bei einer
derart geringen Dicke E aufgrund der hohen Qualität der
Siliziumoxidschicht 12 eine hohe Durchschlagsfestigkeit erzielt.
-
2F zeigt
den Halbleiterkörper 10 am Ende eines Ätzvorganges
der Siliziumoxidschicht 12. Als Ätzverfahren wird
ein anisotropes Verfahren eingesetzt. Das Ätzverfahren
weist somit eine Vorzugsrichtung 32 auf. Die Vorzugsrichtung 32 des Ätzverfahrens
ist näherungsweise senkrecht zu der ersten Hauptfläche 17.
Eine weitere Ätzmaskenanordnung 39 umfasst die
zusätzliche Siliziumoxidschicht 31, die Polysiliziumschicht 23,
die Nitridschicht 22 und die Hard-Mask-Oxidschicht 21.
Die weitere Ätzmaskenanordnung ist oberhalb der ersten
Hauptfläche 17 angeordnet. Aufgrund der Anisotropie
des Ätzverfahrens wird die Siliziumoxidschicht 12 am
Boden 15 entfernt. Die Siliziumoxidschicht 12 an
der Seitenwand 14 bleibt unverändert und wird
nahezu nicht angegriffen. Als Ätzverfahren wird ein reaktives
Ionenätzen, englisch: reactive ion etching, abgekürzt RIE,
verwendet. Alternativ kann ein nicht-reaktives Ionenstrahlverfahren,
englisch: ion milling, oder ein reaktives Ionenstrahlverfahren,
englisch: reactive ion beam etching, abgekürzt RIBE, eingesetzt
werden. Bei dem Ätzverfahren wird auch die zusätzliche
Siliziumoxidschicht 31 entfernt. Da diese in etwa die Dicke
der Siliziumoxidschicht 12 am Boden 15 aufweist,
kann das Freilegen der verbliebenen Polysiliziumschicht 23 als
Anhaltspunkt zur Kontrolle einer Ätzdauer dienen.
-
Mit
Vorteil wird mittels des anisotropen Ätzverfahrens die
Siliziumoxidschicht 12 im Wesentlichen ausschließlich
am Boden 15 und nicht an der Seitenwand 14 entfernt.
Das selektive Wegätzen der Siliziumoxidschicht 12 am
Boden 15 und das Verbleiben der Siliziumoxidschicht 12 an
der Seitenwand 14 wird durch die Unterätzung 27 unterstützt.
Auch die geringere Breite C der Ausnehmung in der zusätzlichen
Siliziumoxidschicht 31 verglichen mit der Breite A der
Ausnehmung der Nitridschicht 22 und der Hard-Mask-Oxidschicht 21 dient
dem Schutz der Siliziumoxidschicht 12 auf der Seitenwand 14.
Mittels der zusätzlichen Siliziumoxidschicht 31 wird
mit Vorteil ein Angriff auf einen Schichtstapel auf der ersten Hauptfläche 17,
welche die verbliebene Polysiliziumschicht 23, die Nitridschicht 22 und
die Hard-Mask-Oxidschicht 21 umfasst, vermieden. Mit Vorteil
schützt die verbliebene Polysiliziumschicht 23 die
darunter liegende Nitridschicht 22.
-
2G zeigt
den Halbleiterkörper 10 nach einem Abscheiden
einer weiteren Polysiliziumschicht 33 auf der Polysiliziumschicht 23 und
im Graben 11. Der Graben 11 wird mittels dieses
Abscheideverfahrens mit Polysilizium aufgefüllt. Bei diesem
Abscheideverfahren wird somit der Polysiliziumkörper 13 im Graben 11 hergestellt.
Das Polysilizium ist akzeptordotiert. In einer alternativen Ausführungsform
ist das Polysilizium donatordotiert.
-
2H zeigt
den Halbleiterkörper 10 nach einem Entfernen der
weiteren Polysiliziumschicht 33 und der Polysiliziumschicht 23 auf
einer Oberfläche 34 des Halbleiterkörpers 10.
Das Ätzverfahren wird gestoppt, sobald die Nitridschicht 22 freigelegt
ist. Somit wird mittels dieses Ätzverfahrens der Polysiliziumkörper 13 im
Graben 11 nicht entfernt. Eine Höhe H des Polysiliziumkörpers 13 senkrecht
zu der ersten Hauptfläche 17 ist daher größer
als die Tiefe T des Grabens 11. Dies ist vorteilhaft für
einen elektrischen Anschluss des Polysiliziumkörpers 13.
-
2I zeigt
den Halbleiterkörper 10 nach einem Entfernen der
Nitridschicht 22.
-
2K zeigt
den Halbleiterkörper 10 nach einem Entfernen der
Hard-Mask-Oxidschicht 21. Da bei dem Entfernen der Hard- Mask-Oxidschicht 21 der
Polysiliziumkörper 13 nicht angegriffen wird,
ragt er über die erste Hauptfläche 17 hinaus.
Das Substratmaterial 16, die Siliziumoxidschicht 12 und
der Polysiliziumkörper 13 sind somit an der ersten
Hauptfläche 17 angeordnet, da die weitere Ätzmaskenanordnung 39 nun
entfernt ist.
-
2L zeigt
den Halbleiterkörper 10, der dem in 1A gezeigten
Halbleiterkörper entspricht, nach einer Oxidation. Mittels
der Oxidation, die als Feldoxidation realisiert ist, wird die erste
zusätzliche Siliziumoxidschicht 18 und die zweite
zusätzliche Siliziumoxidschicht 19, welche sich
an der ersten Hauptfläche 17 beidseitig des Grabens 11 befinden, hergestellt.
Die erste und die zweite zusätzliche Siliziumoxidschicht 18, 19 befindet
sich somit angrenzend an den Polysiliziumkörper 13 an
der ersten Hauptfläche 17. Zum Schutz des Polysiliziumkörpers 13 wird
vor der Feldoxidation eine Oberfläche 37 des Polysiliziumkörpers 13 mittels
einer nicht eingezeichneten, weiteren Nitridschicht geschützt.
Da der Polysiliziumkörper 13 die erste Hauptfläche 17 überragt, weist
er eine Seitenfläche auf, an der der Polysiliziumkörper 13 teilweise
mittels der Feldoxidation oxidiert wird. Das dabei gebildete Oxid
wird von der ersten und der zweiten zusätzlichen Siliziumoxidschicht 18, 19 umfasst.
Darüber hinaus werden Bereiche 35, 36,
welche sich beabstandet zu dem Graben 11 auf der ersten
Hauptfläche 17 befinden, ebenfalls mit der weiteren
Nitridschicht bedeckt, um ein Aufwachsen der ersten und der zweiten
zusätzlichen Siliziumoxidschicht 18, 19 in
den Bereichen 35, 36 zu vermeiden. Die Feldoxidation
erfolgt somit mittels eines Verfahrens zur lokalen Oxidation von
Silizium, abgekürzt LOCOS. Die erste und die zweite zusätzliche
Siliziumoxidschicht 18, 19 umfasst somit die mittels
des LOCOS-Verfahrens aufoxidierten Anteile des Polysiliziumkörpers 13.
-
- 10
- Halbleiterkörper
- 11
- Graben
- 12
- Siliziumoxidschicht
- 13
- Polysiliziumkörper
- 14
- Seitenwand
- 15
- Boden
- 16
- Substratmaterial
- 17
- erste
Hauptfläche
- 18
- erste
zusätzliche Siliziumoxidschicht
- 19
- zweite
zusätzliche Siliziumoxidschicht
- 20
- weitere
Seitenwand
- 21
- Hard-Mask-Oxidschicht
- 22
- Nitridschicht
- 23
- Polysiliziumschicht
- 24
- Fotolack
- 25
- Ausnehmung
- 26
- Ätzgas
- 27
- Unterätzung
- 28
- Dotieratom
- 29
- dotierter
Bereich
- 30
- Kante
- 31
- zusätzliche
Siliziumoxidschicht
- 32
- Richtung
des Ätzangriffes
- 33
- Polysiliziumschicht
- 34
- Oberfläche
- 35
bis 37
- Bereich
- 38
- Ätzmaskenanordnung
- 39
- weitere Ätzmaskenanordnung
- 42
- erstes
Gebiet
- 43
- zweites
Gebiet
- 44
- erster
Transistor
- 45
- zweiter
Transistor
- 46
- erste
Fläche
- 47
- zweite
Fläche
- 48
- dritte
Fläche
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 00/13208 [0003]
- - US 5436190 [0004]