DE10246389B4 - Method for producing a trench semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zum Herstellen eines Trench-Halbleiterbauelementes, umfassend die
folgenden Schritte:
(a) Ausbilden eines Trenches (2) in einem
Halbleiterkörper (1),
(b)
Ausbilden der Isolierschicht (3) auf dem Boden und der Wand des
Trenches (2),
(c) Abscheiden von polykristallinem Silizium
(4) im Trench (2) und auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers (1),
(d)
Rückätzen des
polykristallinen Siliziums (4) von der Oberfläche des Halbleiterkörpers (1)
und aus dem oberen Bereich des Trenches (2),
(e) Auftragen
eines weiteren Materials (10) zur Auffüllung des Trenches und Bedeckung
der Oberfläche
des Halbleiterkörpers,
(f)
Planarisieren der Oberfläche
durch Abtragen des abgeschiedenen weiteren Materials bis zur Oberfläche des Halbleiterkörpers (1),
(h)
Implantieren wenigstens einer dotierten Zone (6, 13) mit zugehörigen Temperaturbehandlungen
zur Bildung wenigstens einer Zone aus einer Body-Zone (6) und einer Source-Zone
(13),
(i) Auftragen einer Zwischenoxidschicht (14),
(j)
Ausbilden wenigstens eines Kontaktloches (15) in der Zwischenoxidschicht
(14), bei dem...A method of manufacturing a trench semiconductor device, comprising the following steps:
(a) forming a trench (2) in a semiconductor body (1),
(b) forming the insulating layer (3) on the bottom and the wall of the trench (2),
(c) depositing polycrystalline silicon (4) in the trench (2) and on the surface of the semiconductor body (1),
(d) back etching of the polycrystalline silicon (4) from the surface of the semiconductor body (1) and from the upper region of the trench (2),
(e) applying a further material (10) to fill the trench and cover the surface of the semiconductor body,
(f) planarizing the surface by removing the deposited further material up to the surface of the semiconductor body (1),
(h) implanting at least one doped zone (6, 13) with associated temperature treatments to form at least one zone of a body zone (6) and a source zone (13),
(i) applying an intermediate oxide layer (14),
(j) forming at least one contact hole (15) in the intermediate oxide layer (14), in which ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Trench-Halbleiterbauelements, insbesondere Trench-Leistungshalbleiterbauelements, bei dem nach Erzeugen eines Trenches in einem Halbleiterkörper, Belegen von mindestens Teilen der Trenchwände mit einer Isolierschicht und wenigstens teilweisem Füllen des Trenches mit einem ersten Material, insbesondere polykristallinem Silizium, im Halbleiterkörper neben dem Trench wenigstens eine dotierte Zone durch Ionenimplantation eingebracht wird.The The present invention relates to a method for producing a Trench semiconductor device, in particular trench power semiconductor device, in that after creating a trench in a semiconductor body, slip at least parts of the trench walls with an insulating layer and at least partially filling the trench with a first material, in particular polycrystalline Silicon, in the semiconductor body at least one doped zone by ion implantation in addition to the trench is introduced.
Bei der Herstellung von Trench-Leistungstransistoren werden Source-Zonen und Body-Zonen bevorzugt mittels Implantationen und anschließenden Temperungen eingebracht. Die Implantationen werden dabei zumeist in einem Prozessstadium ausgeführt, in welchem der Trench bereits mit einer Isolierschicht als Gateoxid und polykristallinem Silizium als Gateelektrode gefüllt ist, wobei das polykristalline Silizium mittels einer Recessätzung (Aussparungsätzung) wieder von der Oberfläche des Halbleiterkörpers entfernt wurde.at The production of trench power transistors become source zones and body zones preferably by means of implantations and subsequent annealing brought in. The implantations are usually in a process stage executed in which the trench already with an insulating layer as a gate oxide and polycrystalline silicon is filled as a gate electrode, wherein the polycrystalline silicon by means of a Recessätzung (Aussparungsätzung) again from the surface of the semiconductor body was removed.
Die in diesem Prozessstadium vorgenommenen Implantationen zur Erzeugung der Source-Zone und der Body-Zone verursachen ungewünschte Trenchseitenwand-Implanationen durch laterales „Straggling" (laterales Streuen) und nicht perfekte „0°-Tilt"-(Neigungs-)Einstellung der Implantationsquelle in Bezug auf die Trenchseitenwände und/oder durch getaperte (bzw. schräge) Trenchseitenwände. Solche ungewollten Trenchseitenwand-Implantationen erreichen häufig sogar den späteren Kanalbereich der Trenchtransistoren und beeinflussen damit deren Einsatzspannung. Hieraus resultieren wiederum starke Streuungen der Einsatzspannungen der hergestellten Tenchtransistoren, wobei sich sogar Ausfälle von diesen nicht ausschließen lassen.The implantations made at this stage of the process the source zone and the body zone cause unwanted trench sidewall implants by lateral "straggling" (lateral spreading) and imperfect "0 ° tilt" (pitch) setting the implantation source with respect to the trench sidewalls and / or through taped (or oblique) Trench sidewalls. Such unwanted trench sidewall implants often even reach later Channel region of the trench transistors and thus influence their Threshold voltage. This in turn results in large spreads the threshold voltages of Tenchtransistoren produced, wherein even failures not exclude them to let.
Zur
Vermeidung solcher ungewollten Trenchseitenwand-Implantationen wurde bereits daran gedacht,
die Herstellung der Source-Zone und der Body-Zone durch Implantationen
komplett vor die Trenchätzung
vorzuziehen, wie dies in der
Außerdem ist zu bedenken, dass bereits geringste Schwankungen im Temperaturbudget des Trenchblockes sich direkt und stark auf die Dotierungsprofile von Body-Zone und Source-Zone auswirken und damit die Parameter des fertiggestellten Trench-Transistors beeinflussen.Besides that is to keep in mind that even the slightest fluctuations in the temperature budget of the trench block directly and strongly on the doping profiles of body zone and source zone and thus affect the parameters of the completed trench transistor influence.
Aufgrund der obigen Überlegungen, nach welchen die Source-Zone gegenüber dem hohen Temperaturbudget des Trenchblockes besonders kritisch reagiert, wurde auch bereits daran gedacht, die Implantation für die Einbringung der Source-Zone mehrstufig zu fahren und dabei Auswirkungen auf die Trenchseitenwand durch entsprechende Einstellung von Dosis und Energie sowie mittels einer zusätzlichen Fotoebene zu minimieren.by virtue of the above considerations, after which the source zone across from the high temperature budget of the trench block particularly critical reacted, was already thought of the implantation for the introduction the source zone to drive in several stages and thereby affect the trench sidewall by appropriate adjustment of dose and Energy as well as by means of an additional Minimize photo level.
Anstelle
einer zusätzlichen
Fotoebene kann zur Maskierung bei der Herstellung der Source-Zone gegebenenfalls
auch ein Spacerprozess eingesetzt werden, wie dies in der
Es wurden also schon zahlreiche Anstrengungen unternommen, ungewollte Trenchseitenwand-Implantationen und damit starke Einsatzspannungsstreuungen von Trenchtransistoren zu vermeiden.It so many efforts have been made, unwanted Trench sidewall implants and thus strong application voltage scattering to avoid trench transistors.
Als
allgemeines Beispiel für
einen Trench-Leistungstransistor ist auf die
Weiterhin
ist aus der
Die
Schließlich ist
noch aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines Trench-Halbleiterbauelements anzugeben, bei welchem ungewollte Trenchseitenwand-Implantationen vermieden werden, ohne implantierte Zonen einem Trenchblock auszusetzen, und bei dem eine gute Kontaktgabe zu einer dotierten Zone gewährleistet ist.It It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a trench semiconductor device to indicate in which unwanted Trench sidewall implantations be avoided without exposing implanted zones to a trench block, and ensuring good contact with a doped zone is.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.These Task is in accordance with the invention in a method of the type mentioned a method with the features of claim 1 solved.
Der Trench wird also zuerst im Wesentlichen vollständig mit einem weiteren Material gefüllt und erst dann die wenigstens eine Ionenimplantation vorgenommen wird. Für das Einbringen dieses weiteren Materials in den Trench eignet sich die Abscheidung eines Oxids, insbesondere Siliziumdioxids, wobei vorzugsweise auch TEOS (Tetraethylenorthosilikat), USG (undotiertes Silikatglas), PSG (Phosphorsilikatglas) oder BPSG (Borphosphorsilikatglas) zur Anwendung gelangen.Of the So Trench becomes essentially complete with another material first filled and only then made the at least one ion implantation becomes. For the introduction of this further material in the trench is suitable the deposition of an oxide, in particular silicon dioxide, wherein preferably also TEOS (tetraethylene orthosilicate), USG (undoped silicate glass), PSG (phosphosilicate glass) or BPSG (borophosphosilicate glass) for Application reach.
Die bei dem Verfahren zum Herstellen eines Trench-Halbleiterbauelementes, insbesondere eines Trench-Leistungstransistors, vorgenommenen Verfahrensschritte eines „Prozessflows", lassen sich wie folgt zusammenfassen:
- (a) Im Halbleiterkörper wird zunächst ein Trench, vorzugsweise durch Ätzen, ausgebildet.
- (b) Wände und Boden des Trenches werden mit einer Oxidschicht, insbesondere einer Siliziumdioxidschicht, versehen, wozu große Temperaturbudgets erforderlich sind.
- (c) In den Trench hinein und auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wird polykristallines Silizium abgeschieden.
- (d) Es schließt sich eine Polyrecessätzung an, bei der das polykristalline Silizium im oberen Bereich des Trenches und auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers wieder entfernt wird.
- (e) Es wird eine Isolierschicht, insbesondere eine Siliziumdioxidschicht und vorzugsweise eine Schicht aus TEOS, USG, PSG oder BPSG abgeschieden, um den oberen Bereich des Trenches aufzufüllen und die Oberfläche des Halbleiterkörpers zu bedecken.
- (f) Mittels eines CMP-Schrittes (CMP = chemisch-mechanisches Polieren) und vorzugsweise eines TEOS-CMP-Schrittes wird die Oberfläche bis zum Silizium des Halbleiterkörpers planarisiert.
- (g) Optional kann anschließend ein definiertes Streuoxid für nachfolgende Implantationen aufgebracht werden (dieser Schritt kann gegebenenfalls auch weggelassen werden).
- (h) Es werden sodann Implantationen mit zugehörigen Temperungen vorzugsweise für Body-Zone, Source-Zone und Body-Kontakgebiete vorgenommen.
- (i) Es schließt sich die Abscheidung einer Zwischenoxidschicht auf der Oberfläche des planarisierten und gegebenenfalls mit dem Streuoxid versehenen Halbleiterkörpers an.
- (j) In der Zwischenoxidschicht werden sodann Kontaktlöcher für die Source-Zone bzw. Body-Zone ausgebildet.
- (k) Über die Kontaktlöcher wird schließlich eine Metallisierung zu der Body-Zone bzw. Source-Zone geführt.
- (a) In the semiconductor body, a trench is first formed, preferably by etching.
- (b) Walls and bottom of the trench are provided with an oxide layer, in particular a silicon dioxide layer, which requires large temperature budgets.
- (c) Polycrystalline silicon is deposited in the trench and on the surface of the semiconductor body.
- (D) This is followed by a Polyrecessätzung, in which the polycrystalline silicon in the upper region of the trench and on the surface of the semiconductor body is removed again.
- (e) An insulating layer, in particular a silicon dioxide layer and preferably a layer of TEOS, USG, PSG or BPSG is deposited in order to fill up the upper region of the trench and to cover the surface of the semiconductor body.
- (f) By means of a CMP step (CMP = chemical-mechanical polishing) and preferably a TEOS-CMP step, the surface is planarized to the silicon of the semiconductor body.
- (g) Optionally, then a defined littering oxide for subsequent implantations can be applied (this step can also be omitted if necessary).
- (h) Implants with associated anneals are then preferably made for body zone, source zone and body contact areas.
- (i) The deposition of an intermediate oxide layer on the surface of the planarized semiconductor body optionally provided with the scattering oxide follows.
- (j) Contact holes are then formed in the intermediate oxide layer for the source zone or body zone.
- (k) Via the contact holes, a metallization is finally led to the body zone or source zone.
In dem Prozessblock mit den Verfahrensschritten (e) bis (h) wird der Trench mit der Isolierschicht versiegelt; die Iso lierschicht wird sodann mittels des CMP-Schrittes planarisiert und stellt so eine reproduzierbare und einheitliche Basis für alle nachfolgenden Implantationen des Schrittes (h) dar. Diese Implantationen des Schrittes (h) können aber keine unerwünschten Trenchseitenwand-Implantationen mehr erzeugen, da die im Trench befindliche Isolierschicht des Schrittes (e) die Trenchseitenwand zuverlässig maskiert.In the process block with the method steps (e) to (h) is the Trench sealed with the insulating layer; the iso lierschicht is then planarized by means of the CMP step and thus provides a reproducible and uniform basis for all subsequent implants of step (h). These implants of step (h) but no unwanted Trench sidewall implants produce more, since those in the trench insulating layer of step (e) the trench sidewall reliable masked.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine Reihe von Vorteilen:
- – Es treten keine ungewollten Trenchseitenwand-Implantation auf, da die Isolierschicht des Verfahrensschrittes (e) im Trench die Implantationen für Source-Zone und Body-Zone maskiert.
- – Durch eine planare und gemeinsame Basis nach dem CMP-Schritt (f) ist eine hohe Reproduzierbarkeit für die Implantationen gewährleistet, wobei optional noch ein definiertes Streuoxid (Schritt (g)) eingeführt werden kann.
- – Das hohe Temperaturbudget des Trenchblockes der Schritte (a) bis (c) beeinflusst die Ausbildung der Source-Zone und der Body-Zone nicht.
- – Der hohe Aufwand für mehrstufige Implantationen für die Source-Zone wird vermieden; außerdem sind keine zusätzlichen Fototechniken und Maskenebenen erforderlich; schließlich ist kein Spacerprozess notwendig. Insgesamt liegt aber eine nicht unerhebliche Prozessvereinfachung vor.
- - There is no unwanted trench sidewall implantation, since the insulating layer of process step (e) in the trench mask the implantations for source zone and body zone.
- By a planar and common base after the CMP step (f) a high reproducibility for the implantations is ensured, whereby optionally a defined litter oxide (step (g)) can be introduced.
- The high temperature budget of the trench block of steps (a) to (c) does not affect the formation of the source zone and the body zone.
- - The high cost of multi-stage implantation for the source zone is avoided; In addition, no additional photo techniques and mask levels are required; finally, no spacer process is necessary. Overall, however, there is a considerable process simplification.
Ein
weiterer wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung liegt darin, dass
zur Vergrößerung der
Kontaktfläche
der Metallisierungsschicht speziell zur Source-Zone und zur Body-Zone
ein Kontaktloch-Überätzen vorgenommen
wird, so dass das abgeschiedene Material der Isolierschicht im oberen Teil
des Trenches teilweise entfernt wird und Mesabereiche zwischen benachbarten
Trenchs zurückbleiben.
Es wird hier also gerade das zu dem Trenchtransistor der
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:following The invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:
Wird
nun eine Implantation mit nachfolgender Temperaturbehandlung vorgenommen,
um eine p-leitende Body- bzw. Bulk-Zone
Diese
Trenchseitenwand-Implantation im Gebiet
Der
wesentliche Unterschied zwischen dem vorliegenden Verfahren und
dem anhand der
Bei
der vorliegenden Erfindung wird das Isoliermaterial
Im
Einzelnen wird nun der Prozessflow bei dem vorliegenden Verfahren
anhand der
Zunächst wird,
wie in
Sodann
wird eine Gateoxidation durchgeführt,
bei der im Boden und an den Seitenwänden des Trenches
Es
schließt
sich sodann eine Abscheidung von dotiertem polykristallinem Silizium
Es
folgt ein Rückätzen des
polykristallinen Siliziums von der Oberfläche des Halbleiterkörpers
Anschließend werden
die folgenden Schritte des Verfahrens vorgenommen: Anstelle einer
Ionenimplantation zur Bildung der Body-Zone wird eine Isolierschicht
Es
schließt
sich sodann ein CMP-Schritt an, bei dem die Isolierschicht
Auf
die planarisierte Oberfläche
kann optional eine Streuoxidschicht
Es
schließt
sich sodann eine Implantation an, um im Halbleiterkörper
Es
schließt
sich sodann in üblicher
Weise eine Temperaturbehandlung an, bei der eine eigentliche Body-Zone
Anschließend folgt
ein weiterer Implantationsschritt mit einer Temperaturbehandlung
(Drive) zur Bildung einer Source-Zone
Sodann
wird in die Zwischenoxidschicht
Schließlich werden,
wie in
- 11
- HalbleiterkörperSemiconductor body
- 22
- Trenchtrench
- 33
- Isolierschichtinsulating
- 44
- Polykristallines Siliziumpolycrystalline silicon
- 55
- Streuoxidschichtscreen oxide
- 6, 6'6 6 '
- Body-ZoneBody zone
- 77
- Implantationimplantation
- 88th
- Gebiet mit Trenchseitenwand-Implantationarea with trench sidewall implantation
- 99
- Kreiscircle
- 1010
- Isoliermaterialinsulating material
- 1111
- Strichliniedotted line
- 1212
- Maskierungsschichtmasking layer
- 1313
- Source-ZoneSource zone
- 1414
- Zwischenoxidschichtintermediate oxide
- 1515
- Kontaktlochcontact hole
- 1616
- Source-MetallisierungSource metallization
- 1717
- Drain-MetallisierungDrain metallization
- 1818
- Mesabereichmesa
- WW
- MesaweiteMesaweite
- DD
- Trenchweitetrench width
- dd
- Dicke der Isolierschichtthickness the insulating layer
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DE10246389A1 (en) | 2004-04-22 |
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