DE10009345C1 - Feldeffekt-Transistoranordnung mit hoher Latch-up-Festigkeit und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Feldeffekt-Transistoranordnung mit hoher Latch-up-Festigkeit und Verfahren zu deren Herstellung

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Feldeffekt-Transistoranordnung, bei der zur Erhöhung der Latch-up-Festigkeit das Sourcegebiet (6) in selbstjustierter Weise sich entlang eines Grabens (2) bis unter das hochdotierte Basisgebiet (8) erstreckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feldeffekt-Transi­ storanordnung mit einer grabenförmigen Gate-Elektrode mit
  • - einem Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps,
  • - mindestens einem Graben, der sich von einer ersten Oberflä­ che des Halbleitersubstrates aus in das Halbleitersubstrat erstreckt,
  • - einer Isolationsschicht, die die Wände des mindestens einen Grabens bedeckt,
  • - einem Leitungsmaterial, das den Graben ausfüllt und eine Gate-Elektrode bildet,
  • - einem Sourcegebiet des ersten Leitungstyps, das entlang des Grabens angeordnet ist und sich von der ersten Oberfläche des Halbleitersubstrates aus in das Halbleitersubstrat er­ streckt,
  • - einem Bodygebiet eines zweiten Leitungstyps, welcher zum ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, wobei sich das Bo­ dygebiet unter das Sourcegebiet erstreckt und an dem Graben angrenzt,
  • - einem Draingebiet des ersten Leitungstyps, das an das Body­ gebiet angrenzt, und
  • - mindestens einem hochdotierten Gebiet des zweiten Leitungs­ typs im Bodygebiet, das mindestens teilweise unter dem Sourcegebiet angeordnet ist und dabei an das Sourcegebiet angrenzt, wie aus der Druckschrift WO 00/382 44 A1 entnommen werden kann.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Feldeffekt-Transistoranordnung.
Eine Feldeffekt-Transistoranordnung der eingangs genannten Art, bei der zusätzlich das hochdotierte Gebiet des zweiten Leitungstyps zumindest teilweise an den Graben angrenzt, ist aus der Druckschrift WO 00/382 44 A1 be­ kannt.
Bereits oben und auch im folgenden sollen unter einer "Feld­ effekt-Transistoranordnung" beispielsweise MOSFET-Transisto­ ren und IGBT-Transistoren (IGBT = Bipolartransistor mit iso­ liertem Gate) verstanden werden.
Speziell an IGBTs werden für einen Einsatz in Modulen bei Traktions- oder Umrichteranwendungen sehr hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Überstrom-Abschaltfähigkeit und Latch-up- Festigkeit gestellt. Die Fähigkeit von IGBTs Überströme ab­ schalten zu können, wird im allgemeinen durch das Zünden ei­ ner parasitären Thyristorstruktur im IGBT begrenzt.
Derzeit übliche IGBT-Technologien wenden bevorzugt die Trenchtechnik zur Realisierung einzelner IGBT-Zellen an. Dies gilt auch für die in obiger Internationaler Patentanmeldung PCT/DE98/03747 beschriebene Feldeffekt-Transistoranordnung.
Der Trench - oder Graben - ermöglicht eine Anhebung der La­ dungsträgerdichte an der Vorderseite, also im Bereich von Source, was die Durchlaßeigenschaften der Transistoranordnung wesentlich verbessert.
Ausgehend von dem aus der obigen Internationalen Patentanmel­ dung PCT/DE98/03747 bekannten Stand der Technik ist es Aufga­ be der vorliegenden Erfindung, eine Feldeffekt-Transistoran­ ordnung zu schaffen, die sich durch eine hohe Latch-up- Festigkeit auszeichnet und die außerdem weitgehend durch eine einfache, selbstjustierte technologische Prozeßabfolge her­ stellbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Feldeffekt-Transistoranordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Sourcegebiet sich von der ersten Oberfläche des Halb­ leitersubstrates entlang des Grabens bis unter das hochdo­ tierte Gebiet des zweiten Leitungstyps im Bodygebiet er­ streckt.
Da sich das Sourcegebiet von der ersten Oberfläche des Halb­ leitersubstrates aus entlang des Grabens bis unter das hoch­ dotierte Gebiet des zweiten Leitungstyps im Bodygebiet er­ streckt, hat das Sourcegebiet ein "gewinkeltes" Profil. Dabei ist die Schichtdicke des Sourcegebietes entlang des Grabens kleiner als etwa 500 nm. Derart flache Dotierungsgebiete kön­ nen durch oberflächennahe Ionenimplantation erzeugt werden. Besteht das Halbleitersubstrat - wie üblich - aus Silizium, so kann beispielsweise bis zu einer Tiefe von unter 100 nm ionenimplantiert werden, woran sich eine Temperaturbehandlung zur Ausheilung des Kristallgitters anschließt, bei der dann die oben erwähnte Schichtdicke von bis zu 500 nm erreicht wird.
Infolge des gewinkelten Dotierungsprofiles hat das hochdo­ tierte Gebiet des zweiten Leitungstyps eine Unterkante, die tiefer als die Unterkante des Sourcegebietes im Bereich ab­ seits von der Wand des Grabens liegt. Dabei ist die Dotie­ rungskonzentration in diesem hochdotierten Gebiet des zweiten Leitungstyps erheblich höher als im Bodygebiet des zweiten Leitungstyps, jedoch nicht so hoch, daß das Sourcegebiet an der Oberfläche und an der Wand des Grabens umdotiert wird. Auch zeichnet sich die erfindungsgemäße Feldeffekt-Transi­ storanordnung durch einen sehr geringen Abstand unter etwa 500 nm zwischen dem hochdotierten Gebiet des zweiten Lei­ tungstyps und dem entlang der Seitenwand des Grabens verlau­ fenden MOS-Kanal im Bodygebiet aus. Dieser geringe Abstand stellt sich, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird, durch eine selbstjustierte Prozeßführung ein.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Feldeffekt-Transistor­ anordnung und insbesondere des Sourcegebietes mit dem gewin­ kelten Dotierungsprofil kann auf verschiedene Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft ist aber, wenn zunächst das den Graben füllende Leitungsmaterial auf der an das Bodygebiet angren­ zenden Seite rückgeätzt und sodann eine Source-Implantation unter einem schrägen Einfallswinkel vorgenommen wird. Bei dieser Teilrückätzung des den Graben füllenden Leitungsmate­ rials, bei dem es sich insbesondere um dotiertes polykristal­ lines Silizium handeln kann, sollte darauf geachtet werden, daß ein Öffnungswinkel zwischen der Vorderkante des verblei­ benden Leitungsmaterials an der an das Bodygebiet angrenzen­ den Seite und der Vorderkante des nicht rückgeätzten Lei­ tungsmaterials in bezug auf die Senkrechte zur Oberfläche des Halbleitersubstrates größer als etwa 30° ist.
Nach einer derartigen Teilrückätzung des den Graben füllenden Leitungsmaterials wird in bevorzugter Weise die Source- Implantation unter dem schrägen Einfallswinkel vorgenommen, wodurch an der Oberfläche des Halbleitersubstrates und an der Seitenwand des Grabens das bereits erwähnte gewinkelte Dotie­ rungsprofil für das Sourcegebiet entsteht. Anstelle einer solchen Source-Implantation unter einem schrägen Einfallswin­ kel kann aber auch die Dotierung des Sourcegebietes durch ei­ nen Ofenbelegungsprozeß erfolgen, mit dem ebenfalls das ge­ wünschte gewinkelte Dotierungsprofil erreicht wird.
Das hochdotierte Gebiet des zweiten Leitungstyps wird in be­ vorzugter Weise ebenfalls durch Ionenimplantation herge­ stellt. Dabei liegt die Unterkante dieses hochdotierten Ge­ bietes des zweiten Leitungstyps tiefer als die Unterkante des Sourcegebietes in einem Bereich abseits von der Wand des Gra­ bens, wie dies bereits oben erwähnt wurde.
Der erste Leitungstyps ist in bevorzugter Weise der n-Lei­ tungstyp, so daß der zweite Leitungstyps der p-Leitungstyps ist. Selbstverständlich können die angegebenen Leitungstypen aber auch umgekehrt sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines IGBTs als einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Feldeffekt-Transistoranordnung,
Fig. 2 bis 5 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsge­ mäßen Verfahrens,
Fig. 6 bis 9 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungs­ gemäßen Verfahrens und
Fig. 10 bis 13 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungs­ gemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines IGBTs nach der Erfindung.
In einem n--leitenden Substratgebiet 1 aus Silizium, das eine n--leitende Basis des IGBTs bildet, befinden sich Gräben 2, die beispielsweise durch Ätzen in das Substratgebiet 1 einge­ bracht sind. Die Wände dieser Gräben 2 sind mit einer Isola­ tionsschicht 4 aus beispielsweise Siliziumdioxid belegt, wel­ ches sich auch auf einer ersten Oberfläche 3 des Substratge­ bietes 1 erstreckt. In den Oberflächenbereich zwischen den Gräben 2 ist eine p-leitende Basis eingebracht, die ein Body­ gebiet 7 der Feldeffekt-Transistoranordnung darstellt.
Im Oberflächenbereich zwischen den Gräben 2 sind noch ein p+- leitendes hochdotiertes Gebiet 8 sowie an dessen Rand, an­ grenzend an die Isolationsschicht 4, ein n+-leitendes Source­ gebiet 6 vorgesehen, das ein gewinkeltes Dotierungsprofil be­ sitzt und sich von der ersten Oberfläche 3 aus entlang des Grabens 2 bis unter das p+-leitende Gebiet 8 im Bodygebiet 7 erstreckt.
Die Gräben 2 sind auf der Isolationsschicht 4 mit einem Lei­ tungsmaterial 5 gefüllt, bei dem es sich in bevorzugter Weise um dotiertes polykristallines Silizium handelt.
Das Leitungsmaterials 5 ist teilweise rückgeätzt, wodurch die Seitenwand des Grabens 2 bis zu einer Tiefe t (200 nm < t < 1000 nm) freigelegt wird. Der dadurch gebildete Öffnungswin­ kel α sollte - speziell bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 9 - größer als 30° sein.
Die n--leitende Basis, die aus dem Substratgebiet 1 besteht, bildet auch ein n--leitendes Draingebiet 10, das auf einem p- leitenden Emitter 11 angeordnet ist, auf den auf der der Oberfläche 3 gegenüberliegenden zweiten Oberfläche 12 eine Rückseitenmetallisierung 13 aus beispielsweise Aluminium auf­ gebracht ist.
Auf der ersten Oberfläche 3 befinden sich noch eine Isolier­ schicht 14 aus beispielsweise Borphosphorsilikatglas, in die ein Fenster eingebracht ist, durch das eine Vorderseitenme­ tallisierung 15 aus beispielsweise Aluminium in dem Fenster der Isolierschicht 14 als Grabenkontakt zum Anschluß des Sourcegebietes 6 und des hochdotierten Gebietes 8 dient.
Im folgenden werden anhand der Fig. 2 bis 13 noch drei Aus­ führungsbeispiele für ein Verfahren zum Herstellen der erfin­ dungsgemäßen Feldeffekt-Transistoranordnung erläutert.
In dem ersten Ausführungsbeispiel, das in den Fig. 2 bis 5 gezeigt ist, wird eine sogenannte "verkippte Source-Implan­ tation" vorgenommen.
Zunächst wird, wie in Fig. 2 dargestellt ist, das Leitungs­ material 5 durch definierte Überätzung teilweise entfernt, so daß die Kante des Leitermaterials 5 ("Polykante") in einer Tiefe t von 0,2 µm bis 1,0 µm gelegen ist und ein Öffnungs­ winkel α entsteht. Sodann wird das hochdotierte Gebiet 8 durch Ionenimplantation von Bor unter einem Einfallswinkel von 0° zur Normalen auf der Oberfläche 3 vorgenommen, wie dies durch Pfeile 16 ("Implantation von p+-leitendem Gebiet 8") veranschaulicht ist. Die Dosis dieser Ionenimplantation wird dabei so gewählt, daß bei einer späteren Source-Implan­ tation zur Erzeugung des Sourcegebietes 6 das p+-leitende hochdotierte Gebiet in Oberflächennähe umdotiert wird.
Es schließt sich sodann ein isotropes Dünnen der Isolations­ schicht 4 auf eine Restdicke von 10 nm bis 40 nm an, um so die Schichtdicke des Gateoxids zu reduzieren und das Source­ gebiet implantieren zu können (vgl. Fig. 3).
Anschließend wird unter einer Verkippung von 30 bis 45° zur Normalen der Oberfläche 3 eine Ionenimplantation mit vorzugs­ weise Arsen und/oder Phosphor vorgenommen, um das Sourcege­ biet 6 zu erzeugen (vgl. Fig. 4). Diese Implantation erfolgt in Draufsicht von Fig. 4 von allen vier Seiten eines Rechtec­ kes oder Quadrates ("Quad-Mode"), so daß die vier Seiten ei­ ner in Aufsicht quadratischen oder rechteckförmigen Trench­ zelle implantiert werden. Die Implantation unter der Verkip­ pung von 30 bis 45° für das Sourcegebiet 6 ist in Fig. 4 durch Pfeile 17 veranschaulicht.
Nach einem Ausheilen bzw. einer Diffusion für das hochdotier­ te Gebiet 8 und das Sourcegebiet 6 derart, daß das hochdo­ tierte Gebiet 8 nicht tiefer als das Sourcegebiet 6 an der Wand des Grabens 2 diffundiert, wird schließlich noch die Vorderseitenmetallisierung 15 aufgetragen.
Es sei angemerkt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel die Schritte bis zur Erzeugung der in Fig. 2 gezeigten Struktur und die Schritte, die nach Fertigung der Struktur von Fig. 5 noch vorzunehmen sind, jeweils in üblicher Art ablaufen, so daß diese Schritte hier nicht näher erläutert werden müssen.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 erlaubt eine selbst­ justierte Herstellung des Sourcegebietes 6 durch die verkipp­ te Implantation (vgl. Pfeile 17). Bei diesem Ausführungsbei­ spiel wie auch bei den folgenden Ausführungsbeispielen liegt die Schichtdicke d (vgl. Fig. 1) des Sourcegebietes 6 längs der Wand des Grabens 2 im Bereich unterhalb 500 nm, so daß der Abstand zwischen dem hochdotierten Gebiet 8 und dem MOS- Kanal an der Seitenwand des Grabens 2 äußerst gering ist, wo­ bei sich dieser Abstand durch die selbstjustierte Prozeßfüh­ rung über den Verkippungswinkel der Implantation und die Energie der Implantation (vgl. Pfeile 17 in Fig. 4) ohne wei­ teres einstellen läßt.
Die Fig. 6 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem eine "verkippte Sour­ ce-Implantation mit zweiter Recess-Ätzung" vorgenommen wird.
Ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 wird zunächst das Leitungsmaterial 5, also polykristallines Silizium, mit definierter Überätzung geätzt, so daß die Poly­ kante in einer Tiefe t1, die kleiner als 0,2 µm ist, liegt. Es folgt sodann eine Implantation von Bor unter einem Ein­ fallswinkel von 0° zur Erzeugung des hochdotierten Gebietes 8, wobei die Dotierungsdosis wieder derart gewählt ist, daß die spätere Source-Implantation das hochdotierte Gebiet 8 in Oberflächennähe umdotiert. Damit wird die in Fig. 6 gezeigte Struktur erhalten.
Es schließt sich sodann eine zweite Recess-Ätzung des Lei­ tungsmaterials 5 an, so daß die Polykante im Graben 2 in ei­ ner Tiefe t2 von 0,2 bis 1,0 µm gelegen ist (vgl. Fig. 7). Der Öffnungswinkel α ist dabei wie im ersten Ausführungsbei­ spiel größer als etwa 30°.
Die folgenden Verfahrensschritte sind ähnlich wie beim Aus­ führungsbeispiel der Fig. 2 bis 5: das Gateoxid, also die Isolationsschicht 4, wird im freiliegenden Bereich isotrop auf eine Restdicke von 10 nm bis 40 nm gedünnt, was durch Ät­ zen geschehen kann. Anschließend wird sodann das Sourcegebiet 6 implantiert, was unter einer Verkippung von 30 bis 45° von allen Seiten geschieht (vgl. Fig. 8), so daß die vier Seiten der in Draufsicht quadratischen oder rechteckförmigen Trench­ zelle implantiert werden.
Es folgen ein übliches Ausheilen/Diffusion für das hochdo­ tierte Gebiet 8 sowie das Sourcegebiet 6 derart, daß das hochdotierte Gebiet 8 nicht tiefer als das Sourcegebiet 6 an der Wand des Grabens 2 diffundiert.
Schließlich wird noch - wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 - die Vorderseitenmetallisierung 15 aus beispielswei­ se Aluminium aufgetragen, um so schließlich die in Fig. 9 ge­ zeigte Struktur zu erhalten.
Wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 2 bis 5 sind auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 6 bis 9 die Schritte zum Erhal­ ten der Struktur von Fig. 6 bzw. die Schritte, die noch an der in Fig. 9 gezeigten Struktur vorgenommen werden, von üb­ licher Art.
Schließlich zeigen die Fig. 10 bis 13 ein weiteres Ausfüh­ rungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren.
Zunächst wird, wie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 2 bis 5 bzw. der Fig. 6 bis 9 ein Ätzen des Leitungsmaterials, also der dotierten polykristallinen Siliziumschicht im Graben 2, mit definierter Überätzung so vorgenommen, daß die Poly­ kante in einer Tiefe t von etwa 0,4 bis 1,0 µm liegt (vgl. Fig. 10).
Es schließt sich ein isotropes Ätzen der Isolationsschicht 4, also des Gateoxids, bis auf das Bodygebiet 7 (vgl. Fig. 11) oder eine geringe Restdicke an, so daß sodann das Sourcege­ biet 6 durch einen Belegungsprozeß eindiffundiert werden kann. Für diesen Belegungsprozeß werden vorzugsweise Arsen und/oder Phosphor herangezogen, welche bis in eine Tiefe von etwa 100 nm bis maximal 400 nm eindiffundiert werden. Damit wird die in Fig. 12 gezeigte Struktur mit dem Sourcegebiet 6 erhalten.
Es folgt eine Oxidation von Streuoxid auf der Oberfläche des Sourcegebietes 6. Anschließend wird das hochdotierte Gebiet 8 durch Ionenimplantation von Bor unter einem Einfallswinkel von 0° zur Normalen zur Oberfläche 3 (vgl. Pfeile 16 in Fig. 13) vorgenommen, wobei die Implantationsdosis derart gewählt ist, daß das Sourcegebiet 6 in Oberflächennähe nicht umdo­ tiert wird.
Es folgen noch die üblichen Ausheil- und Diffusionsschritte der Ausführungsbeispiele der Fig. 2 bis 5 bzw. 6 bis 9 für das hochdotierte Gebiet 8 bzw. das Sourcegebiet 6 derart, daß das hochdotierte Gebiet 8 nicht tiefer als das Sourcegebiet 6 an der Wand des Grabens 2 diffundiert.
Bezugszeichenliste
1
Halbleitersubstrat
2
Graben
3
erste Oberfläche des Halbleitersubstrats
4
Isolationsschicht
5
Leitungsmaterial
6
Sourcegebiet
7
Bodygebiet
8
hochdotiertes Gebiet
10
Draingebiet
11
p-leitender Emitter
12
zweite Oberfläche des Halbleitersubstrats
13
Rückseitenmetallisierung
14
Isolierschicht aus Borphosphorsilikatglas
15
Vorderseitenmetallisierung
16
Pfeile für Implantation des Gebietes
8
17
Pfeile für Implantation des Sourcegebietes
6
t, t1, t2 Tiefe der Überätzung des Leitungsmaterials
5
in Graben
2
d Dicke des Sourcegebietes
6
längs Wand des Grabens
2
α Öffnungswinkel der Überätzung

Claims (14)

1. Feldeffekt-Transistoranordnung mit einer grabenförmigen Gate-Elektrode mit
  • - einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps,
  • - mindestens einem Graben (2), der sich von der ersten Oberfläche (3) des Halbleitersubstrats (1) aus in das Halbleitersubstrat (1) erstreckt,
  • - einer Isolationsschicht (4), die die Wände des minde­ stens einen Grabens (2) bedeckt,
  • - einem Leitungsmaterial (5), das den Graben (2) ausfüllt und eine Gate-Elektrode bildet,
  • - einem Sourcegebiet (6) des ersten Leitungstyps, das entlang des Grabens (2) angeordnet ist und sich von der ersten Oberfläche (3) des Halbleitersubstrats (1) aus in das Halbleitersubstrat (1) erstreckt,
  • - einem Bodygebiet (7) eines zweiten Leitungstyps, wel­ cher zum ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, wobei sich das Bodygebiet (7) unter das Sourcegebiet (6) er­ streckt und an den Graben (2) angrenzt,
  • - einem Draingebiet (10) des ersten Leitungstyps, das an das Bodygebiet (7) angrenzt, und
  • - mindestens einem hochdotierten Gebiet (8) des zweiten Leitungstyps im Bodygebiet (7), das zumindest teilweise unter dem Sourcegebiet (6) angeordnet ist und dabei an das Sourcegebiet (6) angrenzt,
  • dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das Sourcegebiet (6) sich von der ersten Oberfläche (3) des Halbleitersubstrats (1) entlang des Grabens (2) bis unter das hochdotierte Gebiet (8) des zweiten Leitungs­ typs im Bodygebiet (7) erstreckt.
2. Feldeffekt-Transistoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke (d) des Sourcegebietes (6) längs des Grabens (2) 500 nm oder weniger beträgt.
3. Feldeffekt-Transistoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante des Leitungsmaterials an der an das Bodygebiet (7) angrenzenden Seitenwand des Grabens um 200 nm bis 1000 nm rückgeätzt ist.
4. Feldeffekt-Transistoranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel (α) der Rückätzung des Leitungsmateri­ als (5) größer als etwa 30° ist.
5. Feldeffekt-Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das hochdotierte Gebiet (8) des zweiten Leitungstyps durch Ionenimplantation und anschließendes Ausheilen/Dif­ fusion gebildet ist.
6. Feldeffekt-Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sourcegebiet (6) durch Ionenimplantation und an­ schließendes Ausheilen/Diffusion gebildet ist.
7. Feldeffekt-Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sourcegebiet (6) durch Belegung gebildet ist.
8. Feldeffekt-Transistoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen IGBT hoher Latch-up-Festigkeit bildet.
9. Verfahren zum Herstellen des Feldeffekt-Transistors nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Graben (2) füllende Leitungsmaterial (5) auf der an das Bodygebiet (7) angrenzenden Seite rückgeätzt wird und daß eine Source-Implantation unter schrägem Einfalls­ winkel vorgenommen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der schräge Einfallswinkel auf 30 bis 45° eingestellt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückätzen so vorgenommen wird, daß die Kante des Lei­ tungsmaterials (5) in einer Tiefe (t, t1) von 0,2 µm bis 1,0 µm liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsmaterial (5) teilweise in zwei Schritten ge­ ätzt wird (vgl. Fig. 6 bis 9).
13. Verfahren zum Herstellen des Feldeffekt-Transistors nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Sourcegebiet (6) durch einen Ofenbelegungsprozeß her­ gestellt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das hochdotierte Gebiet (8) des zweiten Leitungstyps durch Ionenimplantation hergestellt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008045488B4 (de) * 2007-09-28 2014-12-04 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100729923B1 (ko) * 2005-03-31 2007-06-18 주식회사 하이닉스반도체 스텝 sti 프로파일을 이용한 낸드 플래쉬 메모리 소자의트랜지스터 형성방법
JP2010147219A (ja) * 2008-12-18 2010-07-01 Renesas Electronics Corp 半導体装置及びその製造方法
DE102015118616B3 (de) * 2015-10-30 2017-04-13 Infineon Technologies Austria Ag Latchup-fester Transistor
CN109873032A (zh) * 2017-12-05 2019-06-11 株洲中车时代电气股份有限公司 一种沟槽栅igbt器件及其制造方法
CN111540783B (zh) * 2020-01-16 2023-09-26 重庆康佳光电科技有限公司 一种金属-氧化物半导体场效应晶体管及其制备方法
EP4258360A1 (de) * 2022-04-04 2023-10-11 Hitachi Energy Switzerland AG Herstellungsverfahren für ein halbleiterbauelement und halbleiterbauelement

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633611A1 (de) * 1993-07-05 1995-01-11 Philips Electronics Uk Limited Bipolartransistor mit isoliertem Gate
EP0755076A2 (de) * 1995-07-21 1997-01-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Vertikale MOS-Halbleiteranordnung mit versenktem Gate und Herstellungsverfahren
WO1997007548A1 (en) * 1995-08-21 1997-02-27 Siliconix Incorporated Low voltage short channel trench dmos transistor
DE19742181A1 (de) * 1996-09-30 1998-04-02 Denso Corp Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung
DE19750827A1 (de) * 1997-11-17 1999-05-20 Asea Brown Boveri Leistungshalbleiterbauelement mit Emitterinjektionssteuerung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01185976A (ja) * 1988-01-20 1989-07-25 Mitsubishi Electric Corp パワーmos−fet
JPH01198076A (ja) * 1988-02-02 1989-08-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JPH0493083A (ja) * 1990-08-08 1992-03-25 Matsushita Electron Corp 半導体装置およびその製造方法
GB9512089D0 (en) * 1995-06-14 1995-08-09 Evans Jonathan L Semiconductor device fabrication
US5895951A (en) * 1996-04-05 1999-04-20 Megamos Corporation MOSFET structure and fabrication process implemented by forming deep and narrow doping regions through doping trenches
WO2000038244A1 (de) * 1998-12-18 2000-06-29 Infineon Technologies Ag Feldeffekt-transistoranordnung mit einer grabenförmigen gate-elektrode und einer zusätzlichen hochdotierten schicht im bodygebiet

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0633611A1 (de) * 1993-07-05 1995-01-11 Philips Electronics Uk Limited Bipolartransistor mit isoliertem Gate
EP0755076A2 (de) * 1995-07-21 1997-01-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Vertikale MOS-Halbleiteranordnung mit versenktem Gate und Herstellungsverfahren
WO1997007548A1 (en) * 1995-08-21 1997-02-27 Siliconix Incorporated Low voltage short channel trench dmos transistor
DE19742181A1 (de) * 1996-09-30 1998-04-02 Denso Corp Herstellungsverfahren für eine Halbleitervorrichtung
DE19750827A1 (de) * 1997-11-17 1999-05-20 Asea Brown Boveri Leistungshalbleiterbauelement mit Emitterinjektionssteuerung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANG, H.R. et al.: "Insulated gate bipolar tran- sistor (IGBT) with a trench gate structure" in "IEDM 87", 1987, pp. 674-677 *
HUANG, Q. and AMARATUNGA, G.A.J.: "Analysis of double trench insulated gate bipolar transistor" in "Solid-State Electronics" 38 (1995) 4, pp. 829-838 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008045488B4 (de) * 2007-09-28 2014-12-04 Infineon Technologies Austria Ag Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung desselben

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