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    • 专利摘要:
    MOS-Leistungstransistoranordnungmit Vertikal-Tansistorstrukturen mit einer Zonenfolge Substrat (10),Driftzone (11), Bodyzone (12), Source-Zone (13), Trench-Gate (14,15) und einer Kontaktzone (17) für dieBodyzone (12). In der Bodyzone (12) am Boden eines Grabens ist eineImplantations-Bodyverstärkungszone(19) vorgesehen, welche die Body-Kontaktzone (17) enthält. Im Grabenselbst ist eine Body-/Sorceelektrode (18) vorgesehen.
    公开号:DE102004009083A1
    申请号:DE102004009083
    申请日:2004-02-25
    公开日:2005-09-22
    发明作者:Ralf Dr. Henninger；Franz Dr. Hirler；Martin Pölzl；Walter Dr. Rieger；Hans Dr. Weber
    申请人:Infineon Technologies AG；
    IPC主号:H01L21-336
    专利说明:
    [0001] Dievorliegende Erfindung betrifft eine MOS-Leistungstransistoranordnungmit einer Vertikal-Transistorstruktur bei der auf einem Halbleitersubstrateines ersten Leitungstyps nacheinander eine Driftzone des erstenLeitungstyps und eine Bodyzone eines zweiten, zum ersten Leitungstypentgegengesetzten Leitungstyps und eine Source-Zone des ersten Leitungstypsvorgesehen sind und bei der sich ein Trench-Gate durch die Source-Zoneund die Bodyzone bis in die Driftzone erstreckt, wobei die Bodyzoneam Boden eines Kontaktgrabens eine Kontaktzone mit einer gegenüber derDotierungskonzentration der Bodyzone hohen Dotierungskonzentration aufweist.Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einersolchen MOS-Leistungstransistoranordnung.
    [0002] Einewichtige Eigenschaft von MOS-Leistungstransistoren ist die Avalanche-Festigkeit.Dazu ist es notwendig, das Einschalten eines parasitären Bipolartransistors,der durch die vertikale Folge von Source-Zone, Bodyzone und Driftzonegebildet wird, durch einen Spannungsabfall, der durch den Löcherstromin der Bodyzone erzeugt wird, zu verhindern. Dies kann dadurch erreichtwerden, dass die Durchbruchspannung durch eine beispielsweise zwischen zweibenachbarten Transistorstrukturen gelegenen Body-Kontaktzone geklemmtwird. Hierzu ist es erforderlich, diese Body-Kontaktzone über einenKontaktgraben in die Raumladungszone einzubringen. Wird eine solcheBody-Kontaktzone vorgesehen, kann der Strom in der Bodyzone direktin diese Kontaktzone abfließen,ohne einen Spannungsabfall zu verursachen.
    [0003] Problematischist dabei, dass die Tiefe der Kontaktzone sehr genau eingestelltwerden muss. Eine zu flache Kontaktzone reicht nicht aus, den Durchbrucheffektiv zu klemmen, während einezu tiefe Kontaktzone zu einer zu starken Absenkung der Durchbruchspannungführt.
    [0004] ImEinzelnen ist aus der WO 01/01484 A2 ein Trench-MOS-Transistor bekannt,bei dem ein Bodybereich durch eine implantierte Bodyverstärkungszoneverstärktist. Damit soll ein Durchbruch an der Oxidschicht im Trench verhindertwerden, um so die Avalanche-Festigkeit zu verbessern.
    [0005] Weiterhinist in der DE 19935 442 C1 ein Trench-MOS-Leistungstransistor beschrieben, bei demam Rand eines Gate-Trenches übereinander vomBoden des Trenches aus eine p-leitende Schicht,eine n+-leitende Bodyverstärkungszone,ein n-leitendes Bodygebiet und eine n++-leitendeBody-Kontaktzone vorgesehen sind.
    [0006] Beiden aus den beiden zuletzt genannten Druckschriften bekannten Transistorenwird zu deren Herstellung fürdie Source-Implantation eine zusätzlicheMaske benötigt.Zudem ist ein weiterer Platzbedarf für den Bodykontakt erforderlich.Schließlichist dadurch der Abstand zwischen Trenchwand und Bodykontakt relativgroß,so dass die Avalanche-Festigkeit reduziert sein kann.
    [0007] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine MOS-Leistungstransistoranordnung anzugeben,bei der bei platzsparender Gestaltung ohne genaue Festlegung derTiefe der Body-Kontaktzoneein Avalanche-Durchbruch zwischen den Transistorstrukturen geklemmtwerden kann, um so eine hohe Spannungsfestigkeit zu erreichen. Außerdem sollein Verfahren angegeben werden, mit dem auf einfache und kostengünstige Weiseeine solche Leistungstransistoranordnung hergestellt werden kann.
    [0008] DieseAufgabe wird bei einer MOS-Leistungstransistoranordnung der eingangsgenannten Art durch eine durch Implantation und anschließende Ausheilungeingebrachte Bodyverstärkungszone, welchezumindest Teile der Body-Kontaktzone enthält, gelöst.
    [0009] Insbesondereist die Dotierungskonzentration der Implantations-Bodyverstärkungszonegrößer alsdie Dotierungskonzentration der Bodyzone und kleiner als die Dotierungskonzentrationder Body-Kontaktzone.
    [0010] Speziellist die Dotierungskonzentration der Implantations-Bodyverstärkungszoneso gewählt, dassbei Implantation durch die Source-Zone keine Umdotierung der Source-Zoneerfolgt.
    [0011] DerAbstand zwischen der Bodyverstärkungszoneund dem Trench-Gateist so gewählt, dassdie Kanaleinsatzspannung nicht oder nur wenig beeinflusst wird.
    [0012] Beieinem Verfahren zur Herstellung einer MOS-Leistungstransistoranordnungder vorstehend definierten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass nach Bildungvon Trench-Gates und Source-Zonenbereichen die Implantations-Bodyverstärkungszonendurch die Source-Zonenbereiche implantiert werden. Anschließend wirdein Kontaktgraben bis in die jeweilige Bodyverstärkungszone geätzt. Indie implantierte Bodyverstärkungszonewird dann die Body-Kontaktzone implantiert.
    [0013] Schließlich wirddie Metallisierung fürdie Source- und Bodyzone hergestellt. Der Kontakt zur Source-Zonebefindet sich dabei an der Seitenwand des Kontaktgrabens, während derKontakt zur Bodyzone am Grabenboden vorgesehen ist.
    [0014] DieErfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß den Figurender Zeichnung nähererläutert.Es zeigen:
    [0015] 1A bis 1E einebekannte MOS-Leistungstransistoranordnung sowie einzelne Verfahrensschrittezu ihrer Herstellung; und
    [0016] 2A bis 2F eineerfindungsgemäße MOS-Leistungstransistoranordnungsowie Verfahrensschritte zu ihrer Herstellung.
    [0017] Die 1A bis 1E zeigenverschiedene Verfahrensschritte zur Herstellung einer üblichen MOS-Leistungstransistoranordnungnach 1E.
    [0018] 1A zeigtdabei einen Zustand nach Herstellung von Trench-Gates 14, 15 undAbscheidung einer Siliziumoxidschicht 16. Ausgangspunktsind dabei ein n+-Substrat 10 ausSilizium, eine n–-Driftzone 11,p-Bodyzonenbereiche 12 sowie n+-Source-Zonenbereiche 13.Die Trench-Gates mit einem Gate-Oxid 14 und einer Gate-Elektrode 15 erstreckensich durch die Source-Zonenbereiche 13 und dieBodyzonenbereiche 12 in die Driftzone 11. DieSiliziumoxidschicht 16 deckt die gesamte Struktur ab.
    [0019] Gemäß 1B wirddie Siliziumoxidschicht 16 so strukturiert, dass Teilevon ihr überden Trench-Gates 14, 15 stehen bleiben und diedazwischen liegenden Teile der Source-Zonenbereiche 13 freigelegtwerden.
    [0020] Gemäß 1C wirdsodann eine Ätzung durchgeführt, sodass durch die Source-Zonenbereiche 13 bis in die Bodyzonenbereiche 12 durchgreifendeKontaktgräbenentstehen.
    [0021] Gemäß 1D werdensodann p++-Body-Kontaktzonen 17 amBoden der Kontaktgräben erzeugt.
    [0022] Gemäß 1E wirdsodann eine Metallisierung 18 aus beispielsweise Aluminiumaufgebracht, welche die Kontaktzonen 17 und die Source-Zonenbereiche 13 kontaktiert.Diese Metallisierung 18 bildet einen Sourceanschluss S.Auf der der Driftzone 11 abgewandten Seite des Substratsist eine nicht näherbezeichnete Metallisierung aus beispielsweise Aluminium auf gebracht,welche einen Drain-Anschluss D bildet. Die Gate-Elektroden 15 bilden einen Gate-AnschlussG. Eine Struktur, die zu der vorstehend beschriebenen Struktur ähnlich ist,ist aus der DE 102 34 996.7 bekannt.
    [0023] DerGraben kann auch mit einem leitenden Stöpsel aus beispielsweise polykristallinemSilizium oder Wolfram gefülltwerden. Auf diesen Stöpselwird dann die Aluminium-Metallisierungaufgetragen.
    [0024] Wieeingangs ausgeführt,kann durch die Body-Kontaktzonen 17 die Avalanche-Festigkeitder MOS-Leistungstransistoranordnung verbessert werden. Dabei ergebensich jedoch die ebenfalls angegebenen Probleme hinsichtlich derTiefe dieser Kontaktzonen.
    [0025] ZurVerbesserung der Avalanche-Festigkeit ist erfindungsgemäß eine Implantations-Bodyverstärkungszonevorgesehen, welche die vorgenannte Body-Kontaktzone 17 enthält.
    [0026] Die 2A bis 2F zeigeneine erfindungsgemäße MOS-Leistungstransistoranordnung miteinzelnen Herstellungsschritten.
    [0027] Inden 2A bis 2F werdendabei für einanderentsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen verwendet wiein den 1A bis 1E.
    [0028] Anstelleder angegebenen Materialien könnenauch andere Materialien verwendet werden. So kann für das Substratanstelle von Silizium beispielsweise Siliziumkarbid, VerbindungshalbleiterAIIIBIV oder einanderes Halbleitermaterial verwendet werden. Auch können dieangegebenen Leitungstypen jeweils umgekehrt sein.
    [0029] Ausgangspunktbei der Herstellung sind Strukturen gemäß den 2A und 2B,welche gleich den Strukturen nach den 1A und 1B sind,so dass diese Strukturen hier nicht mehr näher erläutert zu werden brauchen.
    [0030] Gemäß 2C werdennun p+-Implantations-Bodyverstärkungszonen 19 durchdie Source-Zonenbereiche 13 implantiert. Dabei kann eine zur Ätzung derSiliziumdioxidschicht 16 dienende Fotolackschicht (nichtgezeichnet) als zusätzlicheMaskierungsschicht dienen. In diese Bodyverstärkungszonen 19 werdennach Einbringung des Kontaktgrabens (vgl. 2D) diebereits anhand der 1D und 1E erläutertenBody-Kontaktzonen 17 implantiert (vgl. 2E).Der Kontaktgraben wird dabei so tief geätzt, dass er in die Bodyverstärkungszone 19 vorgetriebenist. Die Bodyverstärkungszone 19 grenztpraktisch nicht an die Oberflächean. Sie enthältdie Body-Kontaktzone ganz oder wenigstens teilweise.
    [0031] DieDotierungskonzentration in der Body-Verstärkungszone 19 liegtbeispielsweise zwischen 10E16 und 10E18 cm–3.Die Dotierungskonzentration in der Bodyverstärkungszone ist vorzugsweisewenigstens ungefährum einen Faktor 2 größer alsdie Dotierungskonzentration in der in der Bodyzone 12 undum einen Faktor 2 kleiner als die Dotierungskonzentration in derBody-Kontaktzone 17.
    [0032] ImAnschluss an die Implantation erfolgt eine Temperung zum Ausheilendes Kristallgitters. Die Temperatur und Zeitdauer dieser Temperungsind so eingestellt, dass keine wesentliche Ausdiffusion aus demimplantierten Bereich stattfindet.
    [0033] 2F zeigteine fertige MOS-Leistungstransistoranordnung, welche zusätzlich zuder MOS-Leistungstransistoranordnungnach 1E nochinsbesondere die Bodyverstärkungszone 19 aufweist.
    [0034] Erfindungsgemäß ist vorgesehen,dass die durch Implantation eingebrachte Body-Kontaktzone 17 nichtso tief gestaltet ist, dass dadurch ein Avalanche-Durchbruch zwischenden Vertikal- Transistorstrukturengeklemmt wird. Die Klemmung des Avalanche-Durchbruchs wird vielmehrdadurch erreicht, dass vor der Ätzungdes Kontaktlochs gemäß 2D dieBodyverstärkungszonen 19 implantiert werden.
    [0035] DerVorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Tiefe der durchImplantation erzeugten Body-Verstärkungszonen 19 sehrviel besser kontrolliert werden kann als die Tiefe der Grabenätzung unddamit besser als die Tiefe der Body-Kontaktzone. Aufgrund dessen wird einstabiler Fertigungsprozess erreicht.
    [0036] Darüber hinauskann die Implantation der Bodyverstärkungszonen 19 soeingestellt werden, dass die lateralen Ausläufer nach folgenden Ausheil-/Diffusionsschrittenbis in die Nähedes Kanals im Bereich der Trench-Gates 14, 15 reichen,aber die Einsatzspannung der Transistorstrukturen noch nicht beeinflusstwird. Dadurch wird der Drain-Durchgriff auf den Kanal reduziert.
    [0037] Einweiterer Vorteil gegenüberbekannten Verfahren ohne Grabenkontakten ist darin zu sehen, dassSource- und Bodykontakt ohne Maske im Kontaktgraben erzeugt werdenkönnen.Bei der erfindungsgemäßen MOS-Leitungstransistoranordnung können über denBodykontakt Löcherbesonders effizient abgesaugt werden, was für das Avalanche-Verhalten vorteilhaftist.
    [0038] Kernder Erfindung ist also der Ersatz der Durchbruchsklemmung durchdie nur ungenau einstellbare Tiefe des Grabens nach 2D durcheine Durchbruchsklemmung mittels einer Hochenergieimplantation derBodyverstärkungszonen 19.
    权利要求:
    Claims (6)
    [1] MOS-Leistungstransistoranordnung mit einer Vertikal-Transistorstruktur,bei der auf einem Halbleitersubstrat (10) eines erstenLeitungstyps nacheinander eine Driftzone (11) des erstenLeitungstyps, eine Bodyzone (12) eines zweiten, zum erstenLeitungstyp entgegengesetzten Leitungstyps und eine Sourcezone (13)des ersten Leitungstyps vorgesehen sind und bei der sich ein Trench-Gate(14, 15) durch die Sourcezone (13) unddie Bodyzone (12) bis in die Driftzone (11) erstreckt,wobei die Bodyzone (12) am Boden eines Kontaktgrabens eineKontaktzone (17) mit einer gegenüber der Dotierungskonzentrationder Bodyzone (12) hohen Dotierungskonzentration aufweist,gekennzeichnet durch eine durch Implantation und anschließende Ausheilung eingebrachteBodyverstärkungszone(19), welche zumindest Teile der Body-Kontaktzone (12)enthält.
    [2] MOS-Leistungstransistoranordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der durchImplantation eingebrachten Bodyverstärkungszone (19) größer alsdie Dotierungskonzentration der Bodyzone (12) und kleinerals die Dotierungskonzentration der Body-Kontaktzone (17)ist.
    [3] MOS-Leistungstransistoranordnung nach Anspruch 1und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentrationder durch Implantation eingebrachten Bodyverstärkungszone (19) sogewählt ist,dass bei der Implantation durch die Source-Zone (13) keineUmdotierung der Source-Zone (13) erfolgt.
    [4] Verfahren zur Herstellung einer MOS-Leistungstransistoranordnungnach einem der Ansprüche1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Bildung von Trench-Gates(14, 15) und Source-Zonenbereichen (13)die Bodyverstärkungszonen(19) durch die Source-Zonenbereiche (13) implantiert werden.
    [5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Implantation der Bodyverstärkungszonen (19) soeingestellt wird, dass die lateralen Ausläufer der Implantation nachfolgenden Ausheil-/Diffusionsschritten bis in die Nähe des Kanals anden Trench-Gates (14, 15) reichen.
    [6] Verfahren nach Anspruch 4 und/oder 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Body-Kontaktzonen (17) in die Bodyverstärkungszonen(19) implantiert und sodann ohne wesentliche Ausdiffusionausgeheilt werden.
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    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-22| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2009-02-05| 8364| No opposition during term of opposition|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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