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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung
einer Halbleiteranordnung, zum Beispiel eines Isolierschicht-Feldeffektleistungstransistor
(im Allgemeinen als „MOSFET" bezeichnet) mit
einem Graben-Gate oder eines Isolierschicht-Bipolartransistors (im Allgemeinen als „IGBT" bezeichnet) mit
einem Graben Gate.
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Halbleiteranordnungen
dieser Art, welche einen Source- und Drainbereich eines ersten Leitfähigkeitstyps,
die durch einen Kanal aufnehmenden Bereich, an welchen ein Gate
kapazitiv gekoppelt ist, getrennt sind, und einen lokalisierten
Bereich eines entgegengesetzten, zweiten Leitfähigkeitstyps aufweisen, welcher
sich in Angrenzung an den Sourcebereich befindet, durch die Sourceelektrode
kontaktiert wird und stärker
dotiert als der Kanal aufnehmende Bereich ist, sind bekannt. Eine
Anordnung mit einem Graben-Gate, welche diese Merkmale aufweist,
ist aus US-A-5 665 619 bekannt. Nach dem in US-A-5 665 619 offenbarten
Herstellungsverfahren wird:
- (a) auf einer Oberfläche eines
Halbleiterträgers eine
erste Maske mit einem ersten Fenster auf einer ersten Fläche des
Trägers
dort ausgebildet, wo das Graben-Gate und der Kanal vorzusehen sind;
- (b) der Graben an dem ersten Fenster in den Träger geätzt und
ein Gate in dem Graben dort vorgesehen, wo ein Trägerbereich
den Kanal aufnehmenden Bereich vorsieht;
- (c) über
dem Gate in dem Graben eine zweite Maske einer zu der ersten Maske
komplementären
Fensterstruktur ausgebildet, indem in dem ersten Fenster ein Material
vorgesehen wird, welches eine andere Ätzbarkeit als die erste Maske aufweist,
und die erste Maske dann von dem Träger abgeätzt wird, während die zweite Maske auf der
ersten Fläche
dort, wo sich das Graben-Gate befindet, belassen wird, wobei an
dem komplementären
Fenster in der zweiten Maske eine zweite Fläche des Trägerbereichs vorhanden ist;
- (d) der Sourcebereich ausgebildet, indem ein Dotierstoff des
ersten Leitfähigkeitstyps
in einen Teil der zweiten Fläche
eingebaut wird, während
das Graben-Gate mit der zweiten Maske maskiert wird;
- (e) ein lokalisierter Bereich eines entgegengesetzten, zweiten
Leitfähigkeitstyps
ausgebildet, indem ein Dotierstoff des zweiten Leitfähigkeitstyps über das
zweite Fenster in den zweiten Bereich eingebaut wird, während das
Graben-Gate mit der zweiten Maske maskiert wird, wobei der lokalisierte
Bereich in einer Tiefe in dem Träger
ausgebildet wird, welche geringer als diese des Kanal aufnehmenden
Bereichs ist; und
- (f) eine Sourceelektrode auf dem Träger vorgesehen, während das
Graben-Gate mit
der zweiten Maske maskiert wird, um den Sourcebereich des ersten
Leitfähigkeitstyps
und den lokalisierten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps auf der Oberfläche zu kontaktieren.
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Diese
erste Maske in US-A-5 665 619 enthält Siliciumnitrid. Das Siliciumnitrid
maskiert darunter liegende Bereiche des Trägers gegen Oxidation, während ein
oberer Teil des Gatematerials oxidiert wird, um die zweite Maske
aus Siliciumdioxid auszubilden. Diese zweite Maske in US-A-5 665
619 bildet an der angrenzenden Oberfläche des Trägers eine vorspringende Stufe.
Diese Stufenkonfiguration wird selbstjustierend verwendet, um eine
weitere Maske mit einem kleineren Fenster auszubilden, indem Seitenwanderweiterungen
auf der zweiten Maske an der Stufe vorgesehen werden. Somit beschreibt
US-A-5 665 619 eine modifizierte Erweiterung einer zuvor bekannten
Graben-Gate-Selbstjustierungstechnik,
zum Beispiel wie in US-A-5 378 655 offenbart. Durch Anwendung solcher
Selbstjustierungstechniken, wie in US-A-5 378 655 und US-A-5 665
619 offenbart, kann die Anzahl fotolithografischer Maskierungsschritte, welche
eine separate Justierung erforderlich machen, reduziert und kompakte,
zellulare Bauelementstrukturen ausgebildet werden.
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Der
lokalisierte Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, welcher durch
die Sourceelektrode kontaktiert wird, wird in US-A-5 665 619 durch
Einbau eines Dotierstoffs über
das zweite Fenster, d.h. in einem späten Stadium des Herstellungsverfahrens, ausgebildet.
Seine lokalisierten, lateralen Dimensionen werden durch Überdotierung
bei einer höheren Dotierungskonzentration
des ersten Leitfähigkeitstyps
definiert, welche lediglich in einen Teil des zweiten Bereichs in
Schritt (d) eingebaut wird, um den Sourcebereich auszubilden. Somit
wird der lokalisierte Bereich in einer geringeren Tiefe in dem Träger als der
Sourcebereich und der Kanal aufnehmende Bereich ausgebildet. Zur
Verbesserung der Sperr-/Durchschlageigenschaften der Anordnung ist es
jedoch von Vorteil, dass der lokalisierte Bereich in einer größeren Tiefe
in dem Träger
als der Kanal aufnehmende Bereich vorgesehen wird.
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Der
Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Halbleiteranordnungen
mit einem Graben-Gate und weitere Feldeffekthalbleiteranordnungen
zu modifizieren, um die Anwendung von selbstjustierenden Maskierungstechniken
zu ermöglichen,
wobei der lokalisierte Bereich in einer größeren Tiefe in dem Träger als
der Kanal aufnehmende Bereich ausgebildet werden kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Herstellungsverfahren, wie in Anspruch 1 definiert, vorgesehen.
Der lokalisierte Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps wird durch Einbau
eines Dotierstoffs über
ein erstes Fenster in einer ersten Maske gebildet und in eine größere Tiefe
in dem Träger
als der den Kanal aufnehmende Bereich thermisch eindiffundiert,
danach eine zweite Maske einer zu der ersten Maske komplementären Fensterstruktur
ausgebildet, indem ein Material mit einer anderen Ätzbarkeit
in dem ersten Fenster vorgesehen und die erste Maske dann abgeätzt wird,
während
die zweite Maske dort belassen wird, wo sich der lokalisierte Bereich
befindet. Der Sourcebereich wird durch Einbau eines Dotierstoffs
in einen, sich an dem komplementären
Fenster in der zweiten Maske befindlichen, zweiten Bereich, d.h.
nach thermischer Diffusion des lokalisierten Bereichs, gebildet,
und das Gate wird ebenfalls in diesem zweiten Bereich, und zwar
dort, wo der den Kanal aufnehmende Bereich vorgesehen ist, angeordnet.
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Somit
sieht das in Anspruch 1 dargelegte Verfahren wollig andere Schritte
(a) bis (f) als die Verfahrensschritte von US-A-5 665 619 vor, und
der lokalisierte Bereich, welcher über das erste Fenster in der
ersten Maske ausgebildet wird, kann tief in den Träger eindiffundiert
werden, bevor der Sourcebereich vorgesehen wird. Auf diese Weise
kann eine tiefe Zone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorgesehen werden,
um die Sperr-/Durchschlageigenschaften
der Anordnung zu verbessern, ohne dabei das Dotierungsprofil des
anschließend
ausgebildeten Sourcebereichs negativ zu beeinflussen.
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In
den Ansprüchen
2 bis 10 sind verschiedene bevorzugte Merkmale der Erfindung dargelegt.
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Es
ist von besonderem Vorteil, innerhalb des komplementären Fensters
der zweiten Maske eine selbstjustierende Technik anzuwenden, um
die relativen Ausmaße
des Gates, des Sourcebereichs und dessen Kontaktfläche zu definieren.
Es sind verschiedene Optionen möglich.
Bei einer bevorzugten Form können
Seitenwanderweiterungen der zweiten Maske an dem zweiten Fenster
vorgesehen werden, um eine weitere Maske mit einem kleineren Fenster als
das zweite Fenster auszubilden, und an diesem kleineren Fenster
kann dann das Gate vorgesehen werden.
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Das
Gate kann vorteilhafterweise durch ein Graben-Gate dargestellt sein,
welches sich in einem Graben einer Hauptoberfläche befindet, wobei der Kanal
in Angrenzung an eine Seitenwand des Grabens aufgenommen wird. Der
Graben kann an einem/dem kleineren Fenster so in den Träger geätzt werden,
dass er sich durch einen Trägerbereich
und in einen darunter liegenden Drainbereich erstreckt. Der den
Sourcebereich bildende Dotierstoff kann zum Beispiel über das
komplementäre
Fenster implantiert werden oder kann zum Beispiel von, an dem zweiten
Fenster vorgesehenen, dotierten Seitenwanderweiterungen aus eindiffundiert
werden.
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Jedoch
kann das Gate durch ein Planargate dargestellt sein, welches sich über einen
Bereich einer Hauptoberfläche
erstreckt, auf welcher der Kanal aufgenommen wird. In diesem Fall
kann der Sourcebereich nach Ausbildung des Gates in Schritt (e)
in Schritt (d) vorgesehen werden, so dass das Gate mit der zweiten
Maske eine zusammengesetzte Maskenstruktur bilden kann, wenn der
Source-Dotierstoff des ersten Leitfähigkeitstyps in lediglich einen
Teil des zweiten Bereichs eingebaut wird. Bei einem Graben-Gate
besteht ebenfalls die Möglichkeit,
den Sourcebereich in Schritt (d) auszubilden, nachdem das Gate in
Schritt (e) vorgesehen worden ist.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 bis 9 – einen
Querriss von Transistorzellenflächen
eines Halbleiterträgers
in aufeinander folgenden Stufen der Herstellung einer Halbleiteranordnung
mit einem Graben-Gate nach einem Beispiel eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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10 und 11 – einen
Querriss der Transistorzellenflächen
der 7 bis 9 in aufeinander folgenden Stufen
eines modifizierten Herstellungsverfahrens ebenfalls gemäß der vorliegenden
Erfindung; sowie
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12 – einen
Querriss der Transistorzellenflächen
einer Anreicherungsanordnung, welche ebenfalls nach einem modifizierten
Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung vorgesehen werden kann.
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Es
sei erwähnt,
dass sämtliche
Figuren schematisch, nicht jedoch maßstabsgetreu sind. Relative
Dimensionen und Proportionen von Teilen der Zeichnung wurden zum
Zwecke einer deutlicheren Darstellung in der Größe übertrieben oder reduziert wiedergegeben.
Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen im Allgemeinen entsprechende
oder ähnliche Merkmale
in verschiedenen Herstellungsstufen sowie in modifizierten und verschiedenen
Ausführungsbeispielen.
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9 zeigt
ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
einer Leistungshalbleiteranordnung mit einem Graben-Gate 11.
In den Transistorzellenbereichen dieser Anordnung sind der Source-
und Drainbereich 13 und 14, welche jeweils vom
ersten Leitfähigkeitstyp
(in diesem Beispiel vom n-Typ) sind, durch einen Kanal aufnehmenden
Bereich 15a vom entgegengesetzten, zweiten Leitfähigkeitstyp
(d.h. in diesem Beispiel vom p-Typ) getrennt. Das Gate 11 befindet
sich in einem Graben 20, welcher sich durch die Zonen 13 und 15 in
einen darunter liegenden Teil des Drainbereichs 14 erstreckt.
Das Anlegen eines Spannungssignals an das Gate 11 in dem
Einschaltzustand der Anordnung dient in bekannter Weise zur Induzierung
eines Leitungskanals 12 in dem Bereich 15a und
zur Regelung des Stromflusses in diesem Leitungskanal 12 zwischen
dem Source- und Drainbereich 13 und 14. Der Sourcebereich 13 wird
durch eine Sourceelektrode 23 auf der oberen Hauptoberfläche 10a des
Bauelementträgers
kontaktiert. Zum Beispiel zeigt 9 die Struktur
einer Vertikalanordnung, bei welcher der Bereich 14 durch
einen Drain-Drift-Bereich dargestellt sein kann, welcher durch eine
Epitaxialschicht mit hohem spezifischen Widerstand auf einem Substratbereich 14a hoher Leitfähigkeit
gebildet wird. Dieser Substratbereich 14a kann, um einen
vertikalen MOSFET vorzusehen, vom gleichen Leitfähigkeitstyp (in diesem Beispiel vom
n-Typ) wie der Bereich 14 oder vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp
(in diesem Beispiel vom p-Typ) sein, um einen vertikalen IGBT vorzusehen. Der
Substratbereich 14a wird auf der unteren Hauptoberfläche 10b des
Bauelementträgers
durch eine Elektrode 24, Drainelektrode bei einem MOSFET
und Anodenelektrode bei einem IGBT genannt, kontaktiert.
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Die
Anordnung von 9 wird durch ein Verfahren vorgesehen,
wonach, wie in den 1 bis 4 dargestellt,
- (a) auf einer Oberfläche 10a eines Halbleiterträgers 10 (typischerweise
aus Silicium) eine erste Maske 53 mit einem ersten Fenster 53a in
einem Bereich des Trägers 15 ausgebildet
wird;
- (b) ein lokalisierter Bereich 15b des zweiten Leitfähigkeitstyps
(in diesem Beispiel vom p-Typ) ausgebildet wird, indem ein Dotierstoff 62 des
zweiten Leitfähigkeitstyps
(in diesem Beispiel ein Akzeptordotierstoff) über das erste Fenster 53a in
den ersten Bereich eingebaut wird, wobei der lokalisierte Bereich 15b in
dem Träger 10 in
eine größere Tiefe
als diese des Kanal aufnehmenden Bereichs 15a thermisch
eindiffundiert wird;
- (c) eine zweite Maske 51 einer zu der ersten Maske 53 komplementären Fensterstruktur
ausgebildet wird, indem ein Materia 51', welches sich in der Ätzbarkeit
von diesem der ersten Maske 53 unterscheidet, in dem ersten
Fenster 53a vorgesehen und die ersten Maske 53 sodann
abgeätzt wird,
während
die zweite Maske in dem ersten Bereich dort, wo der lokalisierte
Bereich 15b angeordnet ist, belassen wird, wobei sich ein
zweiter Bereich des Trägers
an dem komplementären Fenster 51a in
der zweiten Maske 51 befindet, und
- (d) der Sourcebereich 13 ausgebildet wird, indem ein
Dotierstoff 63 des ersten Leitfähigkeitstyps (in diesem Beispiel
ein Donatordotierstoff) in den zweiten Bereich eingebaut wird, nachdem
der lokalisierte Bereich 15b thermisch diffundiert wurde und
während
der erste Bereich mit der zweiten Maske 51 maskiert wird.
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Danach
wird, wie in den 5 bis 9 dargestellt,
das Gate 11 an einem Teil des zweiten Bereichs in Angrenzung
an die Stelle, an welcher der Trägerbereich 15 den
Kanal aufnehmenden Bereich 15a vorsieht, angeordnet. Die
Sourceelektrode 23 wird auf dem Träger 10 nach Entfernen
der zweiten Maske 51 vorgesehen, um den Sourcebereich 13 und
den lokalisierten Bereich 15b auf der Oberfläche 10a zu
kontaktieren. In dem in den 5 bis 9 dargestellten
Ausführungsbeispiel
bildet die Maske 51 während
der Ausbildung des Graben-Gates 11 einen Teil einer erweiterten
Maske 52. Somit werden, wie aus den 5 bis 9 ersichtlich,
die folgenden Schritte ausgeführt:
- – Ausbildung
des Sourcebereichs 13 durch Einbau des Dotierstoffs 63 über das
Fenster 51a;
- – Ausbildung
der Maske 52 mit ihrem Fenster 52a, welches kleiner
als das Fenster 51a ist, indem Seitenwanderweiterungen 52b auf
der Maske 51 an dem Fenster 51a vorgesehen werden;
- – Ätzung eines
Grabens 20 in den Träger 10 an dem
Fenster 52a, so dass dieser sich durch den Sourcebereich 13 sowie
durch eine verbleibende Dicke des Bereichs 15 und in einen
darunter liegenden Teil des Drainbereichs 14 erstreckt;
- – Ausbildung
des Gates 11 in dem Graben 20 an der Stelle, an
welcher die verbleibende Dicke des Bereichs 15 den Kanal
aufnehmenden Bereich 15a vorsieht; sowie
- – anschließende Ausbildung
der Sourceelektrode 23 nach Entfernen der Maske 52.
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Durch
Anwendung selbstjustierender Techniken in diesem Ausführungsbeispiel
wird die Notwendigkeit separater Maskenjustierungen reduziert. In der
Tat ist das in den 1 bis 9 dargestellte Ausführungsbeispiel
so ausgeführt,
dass sämtliche nachfolgenden
Maskierungsschritte in den in den 1 bis 9 dargestellten
Zellenbereichen selbstjustierend nach der Maske 53 bestimmt
werden können.
Diese Selbstjustierung ermöglicht
einen reproduzierbaren, engen Abstand der Transistorzellen, zum
Beispiel mit einem Mittenabstand der Zellen von weniger als 5μm, d.h. mit
einem Abstand von 5μm (oder
weniger) zwischen Mittelpunkten der benachbarten Gräben 20.
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Es
ist in der Zeichnung keine Draufsicht der geometrischen Form der
Zellenanordnung dargestellt, da das Verfahren der 1 bis 9 bei
völlig unterschiedlichen,
bekannten, geometrischen Zellenformen angewandt werden kann. Somit
können
die Zellen zum Beispiel, wie in 14 von
US-A-5 378 655 dargestellt, eine quadratische Form aufweisen, oder
sie können
eine dicht gepackte, hexagonale Form oder aber eine längliche
Streifenform besitzen. In jedem Fall erstreckt sich der Graben 20 (mit
seinem Gate 11) durch die Grenze jeder Zelle. 9 zeigt
lediglich einige Zellen, wobei die Anordnung jedoch typischerweise
viele Hundert dieser parallelen Zellen zwischen den Elektroden 23 und 24 aufweisen kann.
Die aktive Zellenfläche
der Anordnung kann um den Rand des Trägers 10 durch verschiedene
bekannte, periphere Abschlusskonfigurationen (ebenfalls nicht dargestellt)
begrenzt sein. Solche Konfigurationen sehen vor den Herstellungsschritten
der Transistorzelle normalerweise die Ausbildung einer dicken Feldoxidschicht
in dem Randbereich der Trägeroberfläche 10a vor.
Des Weiteren können
bei der Anordnung verschiedene bekannte Schaltkreise (wie zum Beispiel
Gatesteuerkreise) in einem Bereich des Trägers 10 zwischen der
aktiven Zellenfläche
und der peripheren Abschlusskonfiguration mit der Anordnung integriert
sein. Typischerweise können
deren Schaltelemente auf dieser Schaltkreisfläche unter Anwendung einiger
der gleichen Maskierungs- und Dotierungsschritte, wie diese für die Transistorzellen ausgeführt werden,
mit ihrer eigenen Konfiguration hergestellt werden.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 9 werden
nun sukzessive Stufen der Herstellung der Transistorzellen beschrieben.
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1 zeigt
die Stufe, in welcher durch Implantation von Akzeptordotierungsionen 61,
zum Beispiel Borionen, in der schwach dotierten, n-leitenden Zone 14 eine
p-leitende Zone 15 ausgebildet wird. Die Implantation wird
auf der, durch ein Fenster in der dicken Feldoxidschicht (nicht
dargestellt) definierten, aktiven Zellenfläche durchgeführt. Es
kann vor Implantation der Ionen 61 eine dünne Schicht 16 aus
Siliciumdioxid auf der Siliciumträgerfläche 10a aufgebracht
werden. Es kann bei der Zone 15 in dem Träger 10 ein
Erwärmungsschritt
ausgeführt
werden, um den implantierten Dotierstoff anschließend bis
zu der gewünschten
Tiefe einzudiffundieren. Dieser Erwärmungsschritt kann bis nach
der in 2 dargestellten Ionenimplantation aufgeschoben
werden.
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Wie
in 2 dargestellt, wird nun die Maske 53 auf
der Trägeroberfläche 10a vorgesehen.
Diese Maske 53 kann durch Aufbringen von Siliciumdioxid und
anschließendes Öffnen der
Fenster 53a unter Anwendung bekannter fotolithografischer
und Ätztechniken
ausgebildet werden. Auf diese Weise kann bei der Maske 53 ein
genau abgegrenzter Fensterrand vorgesehen werden. Die Dicke der
Oxidmaske 53 kann zum Beispiel im Bereich von 1μm bis 1,5μm liegen.
Die Maske 53 weist bei Herstellung einer Anordnung mit
hexagonaler Form eine hexagonale Gitterstruktur auf Die Fenster 53a sind
schmal, zum Beispiel 0,5μm
bis 1μm
in der Breite.
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Wie
in 2 dargestellt, wird nun eine zweite Ionenimplantation,
zum Beispiel Borionen 62, durchgeführt. Die Oxidmaske 53 ist
dick genug, um den darunter liegenden Siliciumträger 10, bis auf das Fenster 53a,
gegen diese Implantation zu maskieren. Der implantierte Dotierstoff
bildet lokalisierte, stark dotierte, p-leitende Zonen 15b.
Diese lokalisierten Zonen 15b können von der Oberfläche 10a aus
in einer größeren Tiefe
in dem Träger 10 als
die zuvor implantierte Trägerzone 15 ausgebildet
werden. Somit kann nun ein Erwärmungsschritt
ausgeführt
werden, um den implantierten Dotierstoff 62 (und 61)
auszuheilen und bis zu der gewünschten
Tiefe einzudiffundieren.
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Sodann
wird eine dicke Schicht 51' aus
Siliciumnitrid, zum Beispiel unter Anwendung einer bekannten, Plasma
gestützten,
chemischen Aufdampfung (PECVD), aufgebracht. Wie in 3 dargestellt, wird
das Siliciumnitrid in einer Dicke aufgebracht, welche ausreicht,
um die schmalen Fenster 53a in der Oxidmaske 53 aufzufüllen und
eine im Wesentlichen plane Oberseite vorzusehen. Die Siliciumnitridschicht 51 wird
dann einer bekannten Planarisierungsätzbehandlung unterworfen, welche
die Schicht 51' rückätzt, um
die Oxidmaske 53 wieder freizulegen und schmale Siliciumnitridsäulen in
den Fenstern 53a zu belassen. Diese Siliciumnitridsäulen bilden
die nächste
Maske 51 von 4.
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Die
Struktur von 4 wird durch Wegätzen der
Oxidmaske 53 unter Anwendung einer bekannten, selektiven Ätzbehandlung
für Siliciumdioxid
erhalten. Die schmalen Siliciumnitridsäulen verbleiben dann auf der
Trägeroberfläche 10a als
Maske 51. Die Maske 51 weist bei Zellen hexagonaler
Form zum Beispiel ein hexagonales Punktmuster auf. Es wird nun eine
Implantation von Donatorionen 63 (zum Beispiel aus Phosphor
oder Arsen) durchgeführt,
um die n-leitenden Zonen 13 an den Fenstern 51a aus zubilden.
Die Siliciumnitridmaske 51 ist dick genug, um die darunter
liegenden Oberflächenbereiche
gegen diese Implantation der Donatorionen 63 zu maskieren.
Eine Wärmebehandlung
zur Ausheilung dieses Donatorimplantationsstoffs kann entweder jetzt
oder später
durchgeführt
werden. Wie aus 4 ersichtlich, sind die n-leitenden
Zonen 13 komplementär
zu den tiefen, p-leitenden Zonen 15b selbstjustierend.
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Über der
Schichtstruktur auf der Oberfläche 10a wird
nun eine zweite Siliciumnitridschicht 52' aufgebracht. Die Dicke der Schicht 52' kann zum Beispiel
etwa 1μm
oder mehr betragen. Da die Fenster 51a wesentlich breiter
als die, die Maske 51 bildenden, schmalen Säulen sind,
ist die Oberseite der Schicht 52' nicht plan, sondern weist eine
Kontur auf, welche durch die, die Maske 51 bildenden, aufrechten
Säulen
auf der Oberfläche 10a bestimmt
wird. Die Siliciumnitridschicht 52' wird nun gleichmäßig rückgeätzt, bis
zentrale Flächen
der ursprünglichen
Fenster 51a erneut geöffnet
werden. Durch die profilierte Oberfläche der Schicht 52' hinterlässt diese
allgemeine Rückätzung Seitenwanderweiterungen 52b auf der
ersten Siliciumnitridmaske 51. Somit umfasst die sich ergebende,
zweite Siliciumnitridmaske 52 die erste Maske 51 zusammen
mit den durch diese Seitenwanderweiterungen 52b gebildeten,
selbstjustierenden Abstandsschichten. Das resultierende, kleinere
Fenster 52a der Maske 52 ist daher zu den breiten
Fenstern 51a der Maske 51 selbstjustierend. Diese
zusammengesetzte Struktur der Maske 52 ist in 6 dargestellt.
Wie auch in 6 dargestellt, wird nun an den
schmaleren Fenstern 52a der Maske 52 eine Ätzbehandlung
durchgeführt.
Sobald sich eine dünne
Oxidschicht 16 zeigt, wird diese zuerst an den Fenstern 52a weggeätzt. Sodann
wird unter Verwendung der Siliciumnitridmaske 52 als Ätzmaske
eine Siliciumätzbehandlung
in bekannter Weise durchgeführt,
um an den Fenstern 52a den Graben 20 in den Siliciumträger 10 zu ätzen. Die
sich ergebende Struktur ist in 6 dargestellt.
Der Graben 20 weist bei Herstellung einer Anordnung mit
hexagonaler Form eine hexagonale Gitterstruktur auf.
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Der
Siliciumträger 10 wird
nun einer Oxidationsbehandlung unterworfen, um eine dünne Siliciumdioxidschicht 17 auf
den freigelegten Flächen
des Grabens 20 auszubilden, wobei die Siliciumnitridmaske 52 eingesetzt
wird, um die Siliciumoberfläche 10a gegen
Oxidation zu maskieren. Nun kann das Gate 11 in bekannter
Weise ausgebildet werden, indem dotiertes, polykristallines Silicium
aufgebracht und das aufgebrachte, polykristalline Silicium dann rückgeätzt wird,
bis es nur noch in dem Graben 20 vorhanden ist. Die sich
ergebende Struktur ist in 7 dargestellt.
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Wie
in 8 dargestellt, wird nun eine weitere Oxidationsbehandlung
durchgeführt,
um über
dem Gate 11 in dem Graben 20 eine isolierende
Deckschicht 18 aus Siliciumdioxid auszubilden. Die Siliciumnitridmaske 52 schützt die
Siliciumträgerflächen zwischen
den Gräben 20 gegen
Oxidation. Die isolierende Deckschicht 18 wird durch Oxidation
des oberen Teils des aufgebrachten Siliciummaterials in dem Graben 20 gebildet.
Die sich ergebende Struktur ist in 8 dargestellt.
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Die
Siliciumnitridmaske 52 wird nun durch Ätzung entfernt und die Siliciumoberfläche 10a zwischen
den isolierenden Deckschichten 18 auf den Graben-Gates 11 freigelegt.
Sobald eine dünne
Oxidschicht 16 auf der Trägeroberfläche 10a zu sehen ist, wird
eine Ätzbehandlung
vorgenommen, um die Schicht 16 zu entfernen. Diese Oxidätzbehandlung reduziert
ebenfalls geringfügig
die isolierenden Deckschichten 18.
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Es
wird nun Elektrodenmaterial (zum Beispiel Aluminium) aufgebracht,
um die Sourceelektrode 23 in Kontakt mit der freigelegten
Siliciumoberfläche 10a der
Bereiche 13 und 15 vorzusehen. Das laterale Ausmaß der Sourceelektrode 23 wird
durch fotolithografische Definition und Ätzung des aufgebrachten Elektrodenmaterials
in bekannter Weise bestimmt. Wie in 9 dargestellt,
kann sich die Sourceelektrode 23 ebenfalls auf der isolierenden
Deckschicht 18 über
dem Graben-Gate 11 erstrecken. Die stärkere Dotierung des Bereichs 15b,
wie durch den implantierten Dotierstoff 62 vorgesehen,
bildet einen guten Kontaktbereich auf der Siliciumträgeroberfläche 10a.
Des Weiteren erstreckt sich dieser Kontaktbereich 15b in
eine größere Tiefe
des Trägers 10 als der
Kanal aufnehmende Bereich 15a, wodurch die Sperreigenschaften
des pn-Übergangs
zwischen den Bereichen 14 und 15 verbessert werden.
Bei der in 9 dargestellten Struktur erstreckt
sich dieser Bereich 15b geringfügig tiefer in den Träger 10 als
der Graben 20.
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Es
liegt auf der Hand, dass viele Variationen und Modifikationen im
Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich sind. In 8 wird
die isolierende Deckschicht 18 durch Oxidieren des oberen
Teils des aufgebrachten Siliciummaterials in dem Graben 20 gebildet.
Eine isolierende Deckschicht 18 über dem Graben-Gate 11 kann
jedoch durch Aufbringen eines isolierenden Materials, welches sich
gegenüber
dem Material der Maske 52 in der Ätzbarkeit unterscheidet, gebildet
werden. In dem in den 2 bis 7 beschriebenen
Verfahren bestand die Maske 53 aus Siliciumdioxid, die
Masken 51 und 52 dagegen aus Siliciumnitrid. Es
sind jedoch modifizierte Verfahren möglich, in welchen die Maske 53 aus
Siliciumnitrid besteht, während
eine oder mehrere der nachfolgend aufgebrachten Schichten 51' und/oder 52' sich aus Siliciumdioxid
zusammensetzen. Außerdem können statt
der Verwendung von Siliciumnitrid und Siliciumdioxid weitere, eine
andere Ätzbarkeit
vorsehende Materialien für
die Masken 51, 52 und 53 eingesetzt werden.
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Bei
der in den 4 bis 8 dargestellten Form
bestehen die Maske 51 und die Seitenwanderweiterungen 52b aus
dem gleichen Material, und sowohl die Maske 51 als auch
die Seitenwanderweiterungen 52b werden nach der aus 8 ersichtlichen Stufe
entfernt. In diesem Verfahren wird der Sourcebereich 13 in 4 ausgebildet
und der Graben in 6 geätzt. Diese Verfahrensfolge
ist besonders günstig.
Es sind jedoch Modifikationen möglich.
Somit zeigen die 10 und 11 eine
Modifikation, bei welcher die Maske 51 und die Seitenwanderweiterungen 52 aus,
eine andere Ätzbarkeit
vorsehenden Materialien bestehen und der Sourcebereich 13 später ausgebildet
wird. In diesem Fall wird in dem in 4 dargestellten
Stadium keine Implantation mit Ionen 62 durchgeführt, wodurch
in dem in 7 dargestellten Stadium die
Struktur von 10 (ohne Sourcebereich 13)
erhalten wird. Danach werden die Seitenwanderweiterungen 52 weggeätzt, damit
die Maske 51 auf der Oberfläche 10a verbleibt,
und es wird die in 11 dargestellte Implantation
von Dotierungsionen 63 durchgeführt, um den Sourcebereich 13 auszubilden. 11 zeigt
die isolierende Deckschicht 18, welche sich während dieser
Implantation von Dotierungsionen ergibt. Diese Deckschicht 18 kann
durch Ausbringen eines, eine andere Ätzbarkeit vorsehenden Isolatormaterials
an den Fenstern 52a und anschließendes Wegätzen der Seitenwanderweiterungen 52 gebildet
werden. Sollte der Wunsch bestehen, die isolierende Deckschicht 18 von 11 durch
Oxidation des Gatematerials auszubilden, können die Seitenwanderweiterungen 52 aus
Siliciumnitrid bestehen, und die Maske 51 kann zum Beispiel
eine mehrlagige Schicht aus Siliciumdioxid und Siliciumnitrid aufweisen.
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Statt
bei der unmaskierten Ätzung
der Isolationsschicht 52' von 5 die
selbstpositionierenden Erweiterungen 52b vorzusehen, kann
ein getrennt justierender, fotolithografischer und Ätzschritt
ausgeführt
werden, um das Fenster 52a der Maske 52 auszubilden.
Dieses getrennt positionierte Fenster 52a kann dann, wie
in 6, zur Ätzung
des Grabens 20 verwendet werden. In diesem Fall kann die
Maske 51 dünner
sein. In einem spezifischen Ausführungsbeispiel
kann diese dünnere
Maske 51 zum Beispiel durch Oxidation an dem Fenster 53a in
einer ersten Siliciumnitridmaske 53 aus Siliciumdioxid
gebildet sein; die Isolationsschicht 52' kann aus aufgebrachtem Siliciumdioxid
bestehen; und die isolierende Deckschicht 18 auf dem Gate 11 kann
aus, an den Fenstern 52a durch Ausbringen und Ätzplanarisierung
gebildetem Siliciumnitrid bestehen.
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Gewöhnlich wird
das leitende Gate 11, wie oben beschrieben, aus dotiertem,
polykristallinem Silicium gebildet. Es können jedoch auch andere Gatetechnologien
bei den einzelnen Bauelementen angewandt werden. Somit können zum
Beispiel andere Materialien für
das Gate verwendet werden, wie zum Beispiel eine dünne Metallschicht,
welche mit dem polykristallinen Siliciummaterial ein Silicid bildet.
Alternativ kann das gesamte Gate 11 aus einem Metall statt
aus polykristallinem Silicium bestehen. 9 zeigt
den bevorzugten Zustand einer isolierten Gatestruktur, bei welchem
das leitende Gate 11 durch eine dielektrische Schicht 17 an
den Kanal aufnehmenden Bereich 15a kapazitiv gekoppelt
ist. Alternativ können
jedoch sogenannte Schottky-Gatetechnologien angewandt werden, bei
welchen die Gateisolierungsschicht 17 nicht vorhanden ist
und das leitende Gate 11 aus einem Metall besteht, welches
mit dem schwach dotierten, Kanal aufnehmenden Bereich 15a eine
Schottky-Barriere bildet. Das Schottky-Gate 11 ist durch
die an der Schottky-Barriere
vorhandene Verarmungsschicht an den Kanal aufnehmenden Bereich 15a kapazitiv
gekoppelt.
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Wie
in 1 dargestellt, wird das Dotierungsprofil für den Kanal
aufnehmenden Bereich 15a (durch Implantation von Dotierungsionen 61)
vor Ausbildung des tiefen, lokalisierten Bereichs 15a vorgesehen.
Jedoch kann das Dotierungsprofil für den Kanal aufnehmenden Bereich 15a später, zum
Beispiel durch Implantation von Dotierungsionen 61 an dem
Fenster 51a in der Maske 51 von 4,
vorgesehen werden. Diese Implantation der Dotierungsionen 61 an
dem Fenster 51a in der Maske 51 kann vor Implantieren
der Sourcedotierungsionen 63 von 4 durchgeführt werden.
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Die
Verwendung separater Dosen der Ionen 61 und 62 ist
von Vorteil, um die Dotierungsprofile für den Kanal aufnehmenden Bereich 15a und
den tiefen, lokalisierten Bereich 15b zu optimieren. Es
können
jedoch modifizierte Verfahren für
einige Bauelemente akzeptabel sein, in welchen zum Beispiel zur Ausbildung
der Trägerzone 15 in 1 eine
dotierte Epitaxialschicht aufgebracht wird. In einer weniger vorteilhaften
Form kann das Dotierungsprofil für
den Kanal aufnehmenden Bereich 15a sogar durch Implantation
der Ionen 62 durch eine dünnere Maske gebildet werden,
während
der tiefere Bereich 15b gleichzeitig durch die an den Fenstern 53a implantierten
Ionen 62 gebildet wird.
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Das
oben beschriebene, spezifische Beispiel bezieht sich auf eine n-Kanal-Anordnung, bei welcher
die Bereiche 13 und 14 vom n-Leitfähigkeitstyp, die
Bereiche 15a und 15b vom p-Leitfähigkeitstyp sind
und in dem Bereich 15a ein Elektroneninversionskanal 12 durch
das Gate 11 induziert wird. Durch Verwendung von Dotierstoffen
vom entge gengesetzten Leitfähigkeitstyp
kann durch ein Verfahren gemäß der Erfindung
eine p-Kanal-Anordnung
vorgesehen werden, bei welcher die Bereiche 13 und 14 vom p-Leitfähigkeitstyp,
die Bereiche 15a und 15b vom n-Leitfähigkeitstyp
sind und in dem Bereich 15a ein Defektelektronen-Inversionskanal 12 durch
das Gate 11 induziert wird.
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Es
können ähnliche
Verfahrensschritte angewandt werden, um eine Anreicherungsanordnung
gemäß der Erfindung
vorzusehen. 12 zeigt ein spezifisches Beispiel
einer solchen p-Kanal-Anordnung mit einem p-leitenden Source- und
Drainbereich 13 und 14a, einem p-leitenden, Kanal
aufnehmenden Bereich 15a und einem n-leitenden, tiefen,
lokalisierten Bereich 15b. In diesem spezifischen Beispiel kann
der Kanal aufnehmende Bereich 15a durch eine schwach dotierte
(p–),
p-leitende Epitaxialschicht vorgesehen werden, welche die Trägerzone 15 vom gleichen
Leitfähigkeitstyp
wie der Source- und Drainbereich 13 und 14a bildet.
Diese Epitaxialschicht 15 kann auf einer etwas stärker dotierten
(p), p-leitenden Epitaxialschicht 14' auf einem stark dotierten (p+), p-leitenden
Substratbereich 14a aufgebracht werden. Der n-leitende,
tiefe, lokalisierte Bereich 15b wird, ähnlich wie in den 2 und 3,
durch Implantation und thermische Diffusion gebildet, erstreckt sich
jedoch durch die Tiefe der p-leitenden Schicht 15 und in
die p-leitende Schicht 14'.
Die p-leitenden Sourcebereiche 13 und Graben-Gates 11 werden durch ähnliche
Stufen, wie in den 4 bis 8 dargestellt,
gebildet. Für
das Gate 11 kann n-leitendes,
polykristallines Silicium verwendet werden. Bei Betrieb wird im
eingeschalteten Zustand in dem Bereich 15a durch das Gate 11 ein
Defektelektronen-Anreicherungskanal 12 induziert. Die schwach dotierten,
p-leitenden Bereiche 15a können durch Verarmungsschichten
von dem tiefen, n-leitenden Bereich 15b und dem isoliertem
Gate 11 aus im ausgeschalteten Zustand vollständig verarmt
sein. Die Beibehaltung der Schicht 14' zwischen dem stark dotierten Substratbereich 14a und
der Unterseite des Bereichs 15b sieht für den durch den Bereich 15b gebildeten
pn-Übergang
eine hohe Lawinendurchbruchspannung vor. Es ist ebenfalls eine einfachere Bauelementstruktur
und ein Verfahren, bei welchem eine einzelne, schwach dotierte,
p-leitende Epitaxialschicht die beiden Schichten 14' und 15 ersetzt,
möglich.
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Bei
Lesen der vorliegenden Offenbarung ergeben sich für Fachkundige
weitere Variationen und Modifikationen. Solche Variationen und Modifikationen
können äquivalente
und weitere Merkmale umfassen, welche von der Konstruktion, der
Herstellung und dem Einsatz von Halbleiteranordnungen sowie Bauelementteilen
derselben her bekannt sind und an Stelle oder zusätzlich zu
hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden können.