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Verfahren zur Herstellung tiefer Dotiergebiete durch gerichtete trenchinduzierte Diffusion

IP.com Disclosure Number: IPCOM000019712D
Original Publication Date: 2003-Oct-25
Included in the Prior Art Database: 2003-Oct-25
Document File: 3 page(s) / 382K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Moderne Leistungshalbleiterbauteile werden zunehmend gemaess dem Ladungskompensationskonzept ausgelegt. Speziell Hochvoltbauteile benoetigen dazu sehr tief reichende strukturierte Dotiergebiete. Im folgenden sind die Prinzipien anhand eines n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors mit Vertikalstruktur (Source- und Gateanschluesse auf der strukturierten Chipoberseite, Drain auf der Chipunterseite) behandelt. Die physikalischen und herstellungstechnischen Ueberlegungen gelten in analoger Weise jedoch auch fuer alle anderen Halbleiterbauteile, die hohe Sperrspannungen bei niedrigem Einschaltwiderstaenden fordern (Diode, p Kanal-Bauteile, usw.). Bei bisher bekannten Kompensations-MOSFETs werden im aktiven Volumen unter dem eigentlichen Device tiefreichende p- und n-Gebiete so nebeneinander angeordnet, dass sich diese im Sperrfall gegenseitig ausraeumen koennen und dass im durchgeschalteten Zustand ein nicht unterbrochener niederohmiger Leitungspfad vom Source- zum Drainanschluss gegeben ist. Bewaehrte Verfahren nutzen die „Mehrfachepitaxie“ zur Herstellung der p- und n-Saeulen. Auch wurden bisher Verfahren vorgeschlagen, bei denen jeweils eine undotierte Epischicht abgeschieden und die n-dotierenden Elemente ueber ganzflaechige Implantation eingebracht werden.

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S

© SIEMENS AG 2003 file: ifx_2003J53275.doc page: 1

Verfahren zur Herstellung tiefer Dotiergebiete durch gerichtete trenchinduzierte Diffusion

Idea: Dr. Hans Martin Weber, AT-Villach; Dr. Manfred Ludwig Pippan, AT-Villach

Moderne Leistungshalbleiterbauteile werden zunehmend gemaess dem Ladungskompensationskonzept ausgelegt. Speziell Hochvoltbauteile benoetigen dazu sehr tief reichende strukturierte Dotiergebiete. Im folgenden sind die Prinzipien anhand eines n-Kanal-MOS- Feldeffekttransistors mit Vertikalstruktur (Source- und Gateanschluesse auf der strukturierten Chipoberseite, Drain auf der Chipunterseite) behandelt. Die physikalischen und herstellungstechnischen Ueberlegungen gelten in analoger Weise jedoch auch fuer alle anderen Halbleiterbauteile, die hohe Sperrspannungen bei niedrigem Einschaltwiderstaenden fordern (Diode, p Kanal-Bauteile, usw.).

Bei bisher bekannten Kompensations-MOSFETs werden im aktiven Volumen unter dem eigentlichen Device tiefreichende p- und n-Gebiete so nebeneinander angeordnet, dass sich diese im Sperrfall gegenseitig ausraeumen koennen und dass im durchgeschalteten Zustand ein nicht unterbrochener niederohmiger Leitungspfad vom Source- zum Drainanschluss gegeben ist. Bewaehrte Verfahren nutzen die "Mehrfachepitaxie" zur Herstellung der p- und n-Saeulen. Auch wurden bisher Verfahren vorgeschlagen, bei denen jeweils eine undotierte Epischicht abgeschieden und die n-dotierenden Elemente ueber ganzflaechige Implantation eingebracht werden.

Es wird vorgeschlagen, die Saeulenstrukturierung mittels eines tiefreichenden Trenches vorzunehmen. Im Unterschied zu frueheren Ideen wird der Trench nicht dazu genutzt, das Volumen tiefreichend zugaenglich zu machen und den benoetigten Dotierstoff direkt in die Tiefe zu bringen, wo er im fertigen Bauteil benoetigt wird. Sondern es soll (im Querschnitt) jeweils durch zwei benachbarte Trenches ein Diffusionspfad vorgegeben werden. Der tiefe Graben selbst wird dabei z.B. mit einem Dielektrikum (z.B. Oxid) ausgekleidet und als horizontale Diffusionssperre verwendet (Abb. 1)

Ausgangsmaterial ist eine ausreichend dicke n-dotierte Schicht, z.B. eine Epischicht, mit darunter liegendem hochdotiertem n-Substrat als Traeger. Die homogene Dotierung der Epischicht ist identisch mit derjenigen der spaeteren n-Saeulen, die Dicke entspricht in etwa dem spannungsaufnehmenden Volumen im fertigen Bauteil. In diese Schicht wird zunaechst eine Trenchstruktur geaetzt, wobei die Trenches vorteilhaft in etwa so tief reichen, wie die fertigen p-Saeulen. Der Zwischenraum zweier lateral benachbarter Trenches definiert eine "Mesa". Ziel des Herstellungsprozesses wird es sein, die Mesas lateral alternierend als n- und p-Saeulen auszubilden.

In geeigneter Weise werden nun die Trenchwaende mit einem Material ausgekleidet, welches als Diffusionsbarriere wirkt. Ein solches Material ist beispielsweise Oxid. Dabei muss der Trench nicht lueckenlos verfuellt werden. Es kann von Vorteil sein, gezielt "...