DE10201489A1 - Production of first and second electrodes in a trench of a semiconductor body comprises preparing a semiconductor body with a trench, forming an insulating layer in the lower region - Google Patents
Production of first and second electrodes in a trench of a semiconductor body comprises preparing a semiconductor body with a trench, forming an insulating layer in the lower regionInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ersten und zweiten gegeneinander isolierten Elektroden in einem Graben eines Halbleiterkörpers bei der Herstellung eines Halbleiterbauelements. The present invention relates to a method for Production of first and second isolated from each other Electrodes in a trench of a semiconductor body at the Manufacture of a semiconductor device.
Ein derartiges Verfahren ist insbesondere bei der Herstellung eines mittels Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements gemäß der deutschen Patentanmeldung 100 38 177.4 einsetzbar. Dieses Bauelement weist zwei in einem Graben eines Halbleiterkörpers angeordnete Elektroden auf, die gegeneinander isoliert sind, wobei die obere der beiden Elektroden benachbart zu einer Kanalzone in dem Halbleiterkörper ausgebildet ist und als erste Steuerelektrode dient, die bei Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotential die Ausbildung eines leitenden Kanals in der Kanalzone zwischen einer im Bereich einer Vorderseite des Halbleiterkörpers angeordneten ersten Anschlusszone (Source-Zone) und einer unterhalb der Kanalzone ausgebildeten zweite Anschlusszone (Drain-Zone) bewirkt. Die unterhalb der ersten Elektrode angeordnete zweite Elektrode ist an ein anderes Potential als die erste Steuerelektrode angeschlossen, vorzugsweise an das Potential der ersten Anschlusszone. Such a method is particularly useful in manufacturing a semiconductor component that can be controlled by means of a field effect can be used in accordance with German patent application 100 38 177.4. This component has two in one trench Semiconductor body arranged electrodes on each other are isolated, the upper of the two electrodes adjacent is formed to a channel zone in the semiconductor body and serves as the first control electrode which, when a suitable control potential the formation of a manager Channel in the channel zone between one in the area of one Front of the semiconductor body arranged first Connection zone (source zone) and one below the channel zone trained second connection zone (drain zone). The second electrode arranged below the first electrode to a different potential than the first control electrode connected, preferably to the potential of the first Contiguous zone.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung der gegeneinander isolierten Elektroden zur Verfügung zu stellen, das die Herstellung einer Isolationsschicht von ausreichender Dicke und mit ausreichenden Isolationseigenschaften gewährleistet. The aim of the present invention is to provide a method for Production of electrodes isolated from one another To make available the making of a Insulation layer of sufficient thickness and with sufficient Insulation properties guaranteed.
Dieses Ziel wird durch ein Verfahren gemäß der Merkmale der Ansprüche 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. This goal is achieved through a process according to the characteristics of the Claims 1 and 7 solved. Advantageous embodiments of the Invention are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer ersten und zweiten Elektrode in einem Graben eines Halbleiterkörpers, die übereinander angeordnet und elektrisch gegeneinander isoliert sind, sieht zunächst vor, einen Halbleiterkörper mit einer Vorderseite und einer Rückseite und wenigstens einem sich ausgehend von der Vorderseite wenigstens annäherungsweise in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Graben. In dem wenigstens einen Graben wird eine Isolationsschicht wenigstens im unteren Bereich des wenigstens einen Grabens erzeugt, wobei anschließend eine erste Elektrodenschicht auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers und in den wenigstens einen Graben abgeschieden wird. Diese Elektrodenschicht wird darauf hin aus einem oberen Bereich des wenigstens einen Grabens und von Bereichen der Vorderseite des Halbleiterkörpers derart entfernt, dass eine Verbindungszone aus Elektrodenmaterial verbleibt, die einen in einem unteren Bereich des wenigstens einen Grabens verbleibenden, eine erste Elektrode bildenden Abschnitt mit einem auf der Vorderseite verbleibenden Abschnitt der Elektrodenschicht miteinander verbindet. Zur Herstellung einer Isolationsschicht auf der ersten Elektrode in dem Graben ist vorgesehen, die verbliebenen Abschnitte der ersten Elektrodenschicht anodisch zu oxidieren. Anschließend wird eine weitere Isolationsschicht auf freiliegende Oberflächen des Halbleiterkörpers wenigstens im oberen Bereich des wenigstens einen Grabens aufgebracht und eine zweite Elektrode in dem oberen Bereich des wenigstens einen Grabens oberhalb der ersten Elektrode erzeugt. The inventive method for producing a first and second electrode in a trench Semiconductor body, which are arranged one above the other and electrically are isolated from each other, initially provides a semiconductor body with a front and a back and at least one at least starting from the front approximately in the vertical direction in the semiconductor body trench extending into it. In the at least one ditch is an insulation layer at least in the lower region of the generated at least one trench, followed by one first electrode layer on the front of the Semiconductor body and is deposited in the at least one trench. This electrode layer is then made from an upper one Area of the at least one trench and areas of the Front of the semiconductor body removed such that a Connection zone made of electrode material remains, the one in a lower region of the at least one trench remaining section forming a first electrode a section of the front left Electrode layer connects together. To make one Insulation layer on the first electrode in the trench provided the remaining sections of the first Anodic oxidation of the electrode layer. Then one further insulation layer on exposed surfaces of the Semiconductor body at least in the upper region of the at least applied a trench and a second electrode in the upper area of the at least one trench above the first Electrode generated.
Während der anodischen Oxidation wird der Halbleiterkörper in ein Elektrolytbad eingebracht, und eine Spannung wird an den Halbleiterkörper zwischen den verbleibenden Abschnitten der Elektrodenschicht in den Gräben und einen weiteren Angriffspunkt, vorzugsweise der Rückseite des Halbleiterkörpers angelegt. Die in dem wenigstens einen Graben angeordnete spätere Elektrode des Bauelements wird dabei über die Verbindungsschicht und den auf der Vorderseite verbliebenen Abschnitt der ersten Elektrodenschicht zum Anlegen der Spannung kontaktiert. Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Gräben in dem Halbleiterkörper angeordnet, in deren unteren Bereichen nach dem teilweisen Entfernen der ersten Elektrodenschicht Elektroden vorhanden sind. Diese Elektroden sind über jeweilige Verbindungsschichten mit dem auf der Vorderseite verbliebenen Abschnitt der Elektrodenschicht verbunden, so dass es während des anodischen Oxidationsverfahrens genügt, diesen auf der Vorderseite verbliebenen Abschnitt der Elektrodenschicht zu kontaktieren. During the anodic oxidation, the semiconductor body is in an electrolytic bath is introduced and a voltage is applied to the Semiconductor body between the remaining sections of the Electrode layer in the trenches and another Point of attack, preferably the back of the semiconductor body created. The later one arranged in the at least one trench The electrode of the component is placed over the Connection layer and the section remaining on the front the first electrode layer for applying the voltage contacted. Preferably there are a plurality of trenches in the Semiconductor body arranged in the lower areas after the partial removal of the first electrode layer Electrodes are present. These electrodes are over respective Connection layers with the one remaining on the front Section of the electrode layer connected so that it during of the anodic oxidation process is sufficient, this on the Remaining section of the electrode layer to the front to contact.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, das Verfahren für mehrere benachbarte Halbleiterkörper gleichzeitig durchzuführen, wobei bei dem Schritt des Entfernens der ersten Elektrodenschicht Brücken der ersten Elektrodenschicht zwischen jeweils benachbarten Halbleiterkörpern verbleiben. Diese Halbleiterkörper sind auf einem Wafer angeordnet, wobei die in den Gräben der einzelnen Halbleiterkörper gebildeten Elektroden über die jeweiligen Verbindungsschichten, die auf den Oberflächen verbliebenen Abschnitte der Elektrodenschicht und diese Brücken miteinander verbunden sind, so dass es für die anodische Oxidation genügt, den Wafer an einer Stelle zu kontaktieren. According to one embodiment of the invention it is provided that Method for several neighboring semiconductor bodies to perform simultaneously, with the step of removing the first electrode layer bridges of the first electrode layer remain between adjacent semiconductor bodies. These semiconductor bodies are arranged on a wafer, wherein those formed in the trenches of the individual semiconductor bodies Electrodes over the respective connection layers that are on the surface remaining portions of the electrode layer and these bridges are connected together so that it is for the anodic oxidation is sufficient to close the wafer at one point to contact.
Diese Brücken können nach der Durchführung der anodischen Oxidation getrennt werden, wofür beispielsweise eine Fototechnik vorgesehen werden kann. Außerdem können die Brücken durch Anlegen eines entsprechend hohen Stroms durchgeschmolzen werden oder mit dem Zerteilen des Wafers in einzelne Chips getrennt werden. These bridges can be made after performing the anodic Oxidation are separated, for which a Photo technology can be provided. The bridges can also pass through Application of a correspondingly high current melted or by dividing the wafer into individual chips be separated.
Für die anodische Oxidation können beliebige Verfahren angewendet werden. Grundsätzliche Verfahren einer anodischen Oxidation sind beispielsweise folgenden Dokumenten zu entnehmen, auf die diesbezüglich verwiesen wird: J. Rappich: "Smoothing, passivation an re-passivation of silicon surfaces by anodic oxidation: a low thermal budget process", Microelectronic Reliability 40 (2000) 815-819, G. Mende, J. Wende: "Breakdwon field strengths of anodically thermally grown metal/oxide/semiconductor structures on polysilicon", Thin Solid Films, 142 (1986) 21-25 und J. S. Liu et al.: "Excellent Quality Ultra-Thin Oxides Prepared by Room Temperature Anodic Oxidation", Proceedings of 7th IPFA, 1999, Singapore. Any method can be used for anodic oxidation. Basic methods of anodic oxidation can be found, for example, in the following documents, to which reference is made: J. Rappich: "Smoothing, passivation an re-passivation of silicon surfaces by anodic oxidation: a low thermal budget process", Microelectronic Reliability 40 ( 2000 ) 815-819, G. Mende, J. Wende: "Breakdwon field strengths of anodically thermally grown metal / oxide / semiconductor structures on polysilicon", Thin Solid Films, 142 ( 1986 ) 21-25 and JS Liu et al .: "Excellent Quality Ultra-Thin Oxides Prepared by Room Temperature Anodic Oxidation ", Proceedings of 7th IPFA, 1999, Singapore.
Bei einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der auf eine anodische Oxidation verzichtet werden kann, ist vorgesehen, nach dem Abscheiden der ersten Elektrodenschicht auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers und in den wenigstens einen Graben, die erste Elektrodenschicht aus einem oberen Bereich des wenigstens einen Grabens und von Bereichen der Vorderseite derart zu entfernen, so dass in einem unteren Bereich des Grabens ein Abschnitt der ersten Elektrodenschicht verbleibt, der eine erste Elektrode bildet. Auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers können dabei Abschnitte der Elektrodenschicht und es können auch entsprechende Verbindungsschichten zurückbleiben. Die auf der Vorderseite verbleibende Elektrodenschicht und die Verbindungsschicht dienen in diesem Fall zum Kontaktieren des in dem Graben angeordneten Abschnitts der ersten Elektrodenschicht. Anschließend wird eine Schutzschicht wenigstens an freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers im oberen Bereich des wenigstens einen Grabens aufgebracht und der in dem Graben freiliegende Abschnitt der ersten Elektrode oxidiert. Die für die Oxidation angewendete Temperatur und die Dauer des Oxidationsvorgangs kann je nach gewünschter Dicke der Oxidationsschicht ausgewählt werden. In a modification of the method according to the invention, which can be dispensed with an anodic oxidation provided after the deposition of the first electrode layer on the front of the semiconductor body and in the at least one trench, the first electrode layer made of one upper region of the at least one trench and of regions to remove the front so that in a lower Area of the trench a section of the first Electrode layer remains, which forms a first electrode. On the Sections of the front side of the semiconductor body can Electrode layer and it can also be appropriate Connection layers remain. The one on the front remaining electrode layer and the connection layer serve in this case to contact the in the trench arranged section of the first electrode layer. Then a protective layer is at least exposed Areas of the semiconductor body in the upper region of the at least one trench and the one in the trench exposed portion of the first electrode oxidized. The for the Temperature applied and the duration of the oxidation Oxidation process can vary depending on the desired thickness Oxidation layer can be selected.
Die Schutzschicht an den Seitenwänden des Grabens oberhalb der ersten Elektrode schützt den Halbleiterkörper in diesem Bereich vor Oxidation. Dies ist insbesondere relevant bei Anwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Feldeffekt gesteuerten Halbleiterbauelement, bei dem die oberhalb der ersten Elektrode angeordnete weitere Elektrode als Gate-Elektrode dient, wobei eine Isolationsschicht dieser Gate-Elektrode üblicherweise dünner als die Isolationsschicht auf der ersten Elektrode sein muss. The protective layer on the side walls of the trench above the first electrode protects the semiconductor body in it Area before oxidation. This is particularly relevant for Application of the method for producing a field effect controlled semiconductor device, in which the above the arranged as the first electrode Gate electrode is used, with an insulation layer of this gate electrode usually thinner than the insulation layer on the first Electrode must be.
Nach der Oxidation wird die Schutzschicht entfernt und es wird eine Isolationsschicht wenigstens an freiliegenden Bereichen des Halbleiterkörpers im oberen Bereich des wenigstens einen Grabens und eine zweite Elektrode in dem oberen Bereich des wenigstens einen Grabens oberhalb der ersten Elektrode hergestellt. Die weitere Isolationsschicht ist üblicherweise dünner als die erste Isolationsschicht und bildet bei einem oben erläuterten Bauelement die Isolation der Gate- Elektrode gegen den Halbleiterkörper. After the oxidation, the protective layer is removed and it becomes an insulation layer at least on exposed Areas of the semiconductor body in the upper region of the at least one trench and a second electrode in the top Area of the at least one trench above the first Electrode manufactured. The further insulation layer is usually thinner than the first insulation layer and forms in the case of a component explained above, the isolation of the gate Electrode against the semiconductor body.
Die an den Seitenwänden des Grabens hergestellte Schutzschicht ist gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Nitridschicht. Hierbei wird vorzugsweise eine Schutzschicht auf den Halbleiterkörpers abgeschieden und anistrop zurückgeätzt. The one made on the side walls of the trench Protective layer is according to an embodiment of the invention a nitride layer. Here is preferably a Protective layer deposited on the semiconductor body and anistropic etched back.
Das Herstellen der zweiten Elektrode umfasst beispielsweise das Abscheiden einer zweiten Elektrodenschicht auf den Halbleiterkörper und das Entfernen der zweiten Elektrodenschicht von der Vorderseite des Halbleiterkörpers außerhalb des wenigstens einen Grabens, bis auf solche Gebiete, an denen gegebenenfalls eine Kontaktierung erfolgen soll. The production of the second electrode includes, for example the deposition of a second electrode layer on the Semiconductor body and the removal of the second electrode layer from the front of the semiconductor body outside the at least one trench, except for areas where if necessary, contact should be made.
Die erste Elektrodenschicht und/oder die zweite Elektrodenschicht sind vorzugsweise aus einem dotierten Halbleitermaterial, insbesondere aus einem in-situ-dotierten Halbleitermaterial. The first electrode layer and / or the second Electrode layers are preferably made of a doped Semiconductor material, in particular from an in-situ doped Semiconductor material.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert. In den Figuren zeigen The present invention is hereinafter described in Embodiments explained in more detail with reference to figures. In the figures demonstrate
Fig. 1 bis 7 ein Halbleiterbauelement während verschiedener Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, Fig. 1 to 7, a semiconductor device during various process steps of a manufacturing method according to the invention,
Fig. 8 bis 12 ein Halbleiterbauelement während verschiedener Verfahrensschritte eines weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, Fig. 8 to 12, a semiconductor device during various process steps of another manufacturing method according to the invention,
Fig. 13 eine Draufsicht auf zwei Halbleiterbauelemente nach einem Verfahrensschritt des in den Fig. 1 bis 7 erläuterten Verfahrens, Fig. 13 is a plan view of two semiconductor devices according to a method step of the method explained in Figs. 1 to 7,
Fig. 14 ein Halbleiterbauelement mit einer ersten und zweiten nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektroden. Fig. 14 electrodes, a semiconductor device manufactured with a first and second according to the inventive method.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. In the figures, unless otherwise stated, same reference numerals same parts with the same meaning.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 7 erläutert, in denen ein Halbleiterbauelement in verschiedenen Ansichten während verschiedener Verfahrensschritte des Verfahrens dargestellt ist. An embodiment of the method according to the invention is explained below with reference to FIGS. 1 to 7, in which a semiconductor component is shown in different views during different method steps of the method.
Den Ausgangspunkt des Verfahrens bildet ein Halbleiterkörper 10 mit einer Vorderseite 12 und einer Rückseite 14, der wenigstens einen sich ausgehend von der Vorderseite 12 wenigstens annäherungsweise in senkrechter Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstreckenden Graben 20A, 20B aufweist. Vorzugsweise sind eine Vielzahl gleichartiger Gräben 20A, 20B beabstandet zueinander in dem Halbleiterkörper 10 angeordnet. Dieser Halbleiterkörper 10 ist in Fig. 1 in Seitenansicht im Querschnitt und in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt. The starting point of the method is formed by a semiconductor body 10 with a front side 12 and a rear side 14 , which has at least one trench 20 A, 20 B extending from the front side 12 at least approximately in the vertical direction into the semiconductor body. A plurality of similar trenches 20 A, 20 B are preferably arranged spaced apart from one another in the semiconductor body 10 . This semiconductor body 10 is shown in a side view in cross section in FIG. 1 and in a top view in FIG. 2.
Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, sind die Gräben 20A, 20B vorzugsweise als langgestreckte Gräben ausgebildet, die nicht bis zum Rand des Halbleiterkörpers 10 reichen. As can be seen in FIG. 2, the trenches 20 A, 20 B are preferably designed as elongated trenches which do not extend to the edge of the semiconductor body 10 .
Fig. 3 zeigt den Halbleiterkörper 10 in im Querschnitt nach einem nächsten Verfahrensschritt, bei welchem Isolationsschichten 30A, 30B wenigstens im unteren Bereich der Gräben 20A, 20B hergestellt wurden. Diese Isolationsschichten 30A, 30B isolieren die späteren ersten Elektroden gegenüber dem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers 10. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel wurde auf den gesamten Halbleiterkörper 10 eine Isolationsschicht aufgebracht, das heißt auch in den oberen Bereichen der Gräben 20A, 20B und auf die Vorderseite 12 des Halbleiterkörpers, wobei die Isolationsschicht in diesen Bereichen als Ätzstoppschicht während späterer noch zu erläutender Verfahrensschritte dient. Fig. 3 shows the semiconductor body 10 in cross section according to a next process step in which insulation layers 30 A, 30 B at least in the lower region of the trenches 20 A, 20 B were prepared. These insulation layers 30 A, 30 B isolate the later first electrodes from the semiconductor material of the semiconductor body 10 . In the example shown in FIG. 3, an insulation layer was applied to the entire semiconductor body 10 , that is to say also in the upper regions of the trenches 20 A, 20 B and on the front side 12 of the semiconductor body, the insulation layer in these regions as an etching stop layer during the later procedural steps still to be explained.
In einem nächsten Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Fig. 4 dargestellt ist, wird eine erste Elektrodenschicht 40 auf die Vorderseite 12 des Halbleiterkörpers und in die Gräben 20A, 20B abgeschieden. In a next method step, the result of which is shown in FIG. 4, a first electrode layer 40 is deposited on the front side 12 of the semiconductor body and in the trenches 20 A, 20 B.
Fig. 5 zeigt den Halbleiterkörper 10 nach nächsten Verfahrensschritten, des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei der Halbleiterkörper in Fig. 5a entlang einer Schnittlinie B-B' von Fig. 2, in Fig. 5b entlang einer Schnittlinie C-C' von Fig. 2 und in Fig. 5c entlang einer Schnittlinie A-A' gemäß Fig. 2 dargestellt ist. In den Verfahrensschritten, deren Ergebnis in den Fig. 5a bis 5c dargestellt ist, wird die erste Elektrodenschicht aus oberen Bereichen der Gräben 20A, 20B und von Bereichen der Vorderseite 12 derart entfernt, dass eine Verbindungszone 42A aus Elektrodenmaterial verbleibt, die einen in einem unteren Bereich der Gräben 20A, 20B verbleibenden, jeweils eine erste Elektrode 40A, 40B bildenden Abschnitt mit einem auf der Vorderseite 12 verbleibenden Abschnitt 44 der Elektrodenschicht verbindet. Wie in Fig. 5b ersichtlich ist, erstreckt sich die Verbindungsschicht 42A an einem Ende des Grabens 20A nach oben, um auf diese Weise über den Elektrodenschichtabschnitt 44, der oberhalb der Gräben 20A, 20B verbleibt die Elektrodenabschnitte 40A, 40B, die im unteren Bereich der Gräben 20A, 20B angeordnet sind, miteinander zu verbinden. FIG. 5 shows the semiconductor body 10 after the next method steps, the method according to the invention, the semiconductor body in FIG. 5a along a section line BB 'from FIG. 2, in FIG. 5b along a section line CC' from FIG. 2 and in FIG. 5c is shown along a section line AA 'according to FIG. 2. In the process steps, the result of which is shown in FIGS. 5a to 5c, the first electrode layer from upper regions of the trenches 20 A, 20 B and portions of the front side 12 is removed such that a connection zone remains 42 A of electrode material having a in a lower region of the trenches 20 A, 20 B remaining section, each forming a first electrode 40 A, 40 B, with a section 44 of the electrode layer remaining on the front side 12 . As can be seen in FIG. 5b, the connecting layer 42 A extends upward at one end of the trench 20 A, in order in this way to remain above the electrode layer section 44 , which remains above the trenches 20 A, 20 B, the electrode sections 40 A, 40 B , which are arranged in the lower region of the trenches 20 A, 20 B, to connect to one another.
Die Elektrodenschicht 40 besteht vorzugsweise aus einem in- situ dotierten Halbleitermaterial, wobei das teilweise Entfernen der Elektrodenschicht durch ein hinlänglich bekanntes Ätzverfahren erfolgen kann, wobei zur Verhinderung des Ätzens der Verbindungsschicht 42A und der oberhalb des Halbleiterkörpers 10 verbleibenden Elektrodenschicht 44 eine Photomaske verwendet werden kann. Während des Schritts zum teilweisen Entfernen der Elektrodenschicht 40 oder nach dem teilweisen Entfernen der ersten Elektrodenschicht wird auch die in den oberen Bereichen der Gräben 20A, 20B und auf der Vorderseite 12 angeordnete Isolationsschicht, beispielsweise durch Überätzen, entfernt, um zu der Anordnung gemäß Fig. 5 zu gelangen. The electrode layer 40 preferably consists of an in-situ doped semiconductor material, the partial removal of the electrode layer being able to be carried out by a well-known etching method, wherein a photomask can be used to prevent the etching of the connection layer 42 A and the electrode layer 44 remaining above the semiconductor body 10 , During the step of partially removing the electrode layer 40 or after partially removing the first electrode layer, the insulation layer arranged in the upper regions of the trenches 20 A, 20 B and on the front side 12 is also removed, for example by over-etching, in accordance with the arrangement to get Fig. 5.
Der nächste Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Fig. 6 dargestellt ist, betrifft das Herstellen einer Isolationsschicht 50A, 50B auf nach obenhin freiliegenden Bereichen der ersten Elektroden 40A, 40B in den Gräben 20A, 20B. Dazu ist vorgesehen, die verbleibenden Abschnitte 40A, 40B der Elektrodenschicht anodisch zu oxidieren. Dazu wird der Halbleiterkörper in ein Elektrolytbad getaucht und mit einer Spannung beaufschlagt. Dazu muss eine Kontaktelektrode an die zu oxidierenden verbleibenden Abschnitte der Elektrodenschicht angelegt werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß an den oberhalb des Halbleiterkörpers 10 ausgebildeten Abschnitt 44, der über die Verbindungsschichten 42A die Elektroden 40A, 40B in den Gräben 20A, 20B elektrisch miteinander verbindet. Ein möglicher Punkt zum Anlegen einer derartigen Elektrode 200 ist in Fig. 5b dargestellt, wobei die Elektrode 200 lediglich schematisch als Kontaktspitze dargestellt ist. The next method step, the result of which is shown in FIG. 6, relates to the production of an insulation layer 50 A, 50 B on regions of the first electrodes 40 A, 40 B in the trenches 20 A, 20 B which are exposed upwards remaining sections 40 A, 40 B of the electrode layer to be anodized. For this purpose, the semiconductor body is immersed in an electrolyte bath and a voltage is applied. For this purpose, a contact electrode must be applied to the remaining sections of the electrode layer to be oxidized. This takes place according to the invention at the section 44 formed above the semiconductor body 10 , which electrically connects the electrodes 40 A, 40 B in the trenches 20 A, 20 B to one another via the connecting layers 42 A. A possible point for applying such an electrode 200 is shown in FIG. 5b, the electrode 200 being shown only schematically as a contact tip.
Die Abmessungen der Gräben 20A, 20B sind üblicherweise so klein im Verhältnis zu den Abmessungen der Kontaktspritze 200, das ein direktes Kontaktieren der Elektroden 40A, 40B in den Gräben 20A, 20B nicht möglich ist, so dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kontaktierung dieser Elektroden über die Verbindungsschicht 42A bzw. die mehrere Verbindungsschichten und damit mehrere Elektroden verbindende Schicht 44 erfolgt. Dies hat darüber hinaus den Vorteil, dass nur eine Kontaktspitze an den Halbleiterkörper angelegt werden muss, um alle miteinander verbundenen Elektroden oxidieren zu können. The dimensions of the trenches 20 A, 20 B are usually so small in relation to the dimensions of the contact syringe 200 that direct contact of the electrodes 40 A, 40 B in the trenches 20 A, 20 B is not possible, so that in the case of the invention Process the contacting of these electrodes via the connection layer 42 A or the multiple connection layers and thus multiple electrodes 44 connecting layer. This also has the advantage that only one contact tip has to be applied to the semiconductor body in order to be able to oxidize all the electrodes connected to one another.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise durchgeführt, wenn mehrere Halbleiterkörper benachbart auf einem Wafer angeordnet sind, wobei dann bei dem Schritt des Entfernens der ersten Elektrodenschicht Brücken der ersten Elektrodenschicht zwischen jeweils zwei benachbarten Halbleiterkörpern verbleiben, wie beispielsweise in Fig. 13 dargestellt ist, in der zwei benachbarte Halbleiterkörper mit den Bezugszeichen 110 und 120 und Verbindungsschichten auf den Halbleiterkörpern 110, 120 jeweils mit 441 und 442 bezeichnet sind. Eine Brücke aus dem Material der ersten Elektrodenschicht 42 wird während des Schritts des teilweisen Entfernens der ersten Elektrodenschicht zwischen den Verbindungsschichten 441, 442 ausgebildet, die erste Elektrode in nicht näher dargestellten Gräben der beiden Halbleiterkörper 110, 120 über die Verbindungsschichten 441, 442 miteinander verbindet. Diese ermöglicht eine anodische Oxidation, bei der die Anordnung der beiden Halbleiterkörper nur an einer Stelle kontaktiert werden muss, um eine anodische Oxidation durchzuführen. Entsprechendes gilt selbstverständlich bei einer Vielzahl von Halbleiterkörpern auf einem Wafer, wobei benachbarte Halbleiterkörper jeweils mittels Brücken verbunden sind, die der in Fig. 13 dargestellten Brücke entsprechen. The method according to the invention is preferably carried out when a plurality of semiconductor bodies are arranged adjacent to one another on a wafer, with bridges of the first electrode layer then remaining between two adjacent semiconductor bodies in each case in the step of removing the first electrode layer, as is shown, for example, in FIG. 13, in which two Adjacent semiconductor bodies are designated by the reference numerals 110 and 120 and connecting layers on the semiconductor bodies 110 , 120 by 441 and 442, respectively. A bridge made of the material of the first electrode layer 42 is formed during the step of partially removing the first electrode layer between the connection layers 441 , 442 , which connects the first electrode to one another in trenches (not shown in more detail) of the two semiconductor bodies 110 , 120 via the connection layers 441 , 442 . This enables anodic oxidation, in which the arrangement of the two semiconductor bodies only has to be contacted at one point in order to carry out anodic oxidation. The same naturally applies to a large number of semiconductor bodies on a wafer, adjacent semiconductor bodies being connected in each case by means of bridges which correspond to the bridge shown in FIG. 13.
Die anodische Oxidation ermöglicht die Herstellung einer Isolationsschicht 50A, 50B auf den ersten Elektroden 40A, 40B, wobei die Isolationsschicht 50A, 50B gleichmäßig aufgebaut ist und eine ausreichende Dicke zur Isolation der ersten Elektrode und der während nachfolgender Schritte realisierten zweiten Elektrode besitzt. Die Dicke der Isolationsschicht 50A, 50B kann unter anderem über die Dauer des anodischen Oxidationsverfahren eingestellt werden. The anodic oxidation enables the production of an insulation layer 50 A, 50 B on the first electrodes 40 A, 40 B, the insulation layer 50 A, 50 B being built up uniformly and having a sufficient thickness for the insulation of the first electrode and the second one realized during subsequent steps Owns the electrode. The thickness of the insulation layer 50 A, 50 B can be adjusted, inter alia, over the duration of the anodic oxidation process.
Fig. 7 zeigt den Halbleiterkörper 10 im Querschnitt nach weiteren Verfahrensschritten, bei welchen zunächst eine weitere Isolationsschicht 60 auf den Halbleiterkörper 10, insbesondere in den oberen Bereichen der Gräben 20A, 20B aufgebracht und anschließend zweite Elektroden 70A, 70B in den oberen Bereichen der Gräben 20A, 20B erzeugt wurden. FIG. 7 shows the semiconductor body 10 in cross section after further method steps, in which a further insulation layer 60 is first applied to the semiconductor body 10 , in particular in the upper regions of the trenches 20 A, 20 B, and then second electrodes 70 A, 70 B in the upper ones Areas of the trenches 20 A, 20 B were generated.
Das Herstellen der zweiten Elektroden 70A, 70B umfasst beispielsweise das Abscheiden und Rückätzen einer zweiten Elektrodenschicht. Die weitere Isolationsschicht 60 verstärkt die Isolation zwischen den ersten Elektroden 40A, 40B und den zweiten Elektroden 70A, 70B. The production of the second electrodes 70 A, 70 B includes, for example, the deposition and etching back of a second electrode layer. The further insulation layer 60 reinforces the insulation between the first electrodes 40 A, 40 B and the second electrodes 70 A, 70 B.
Der sich an den Seitenwänden befindende Anteil der Isolationsschicht 60 isoliert die im oberen Bereich der Gräben 20A, 20B ausgebildete zweite Elektrode 70A, 70B gegenüber dem Halbleiterkörper 10. The portion of the insulation layer 60 located on the side walls insulates the second electrode 70 A, 70 B formed in the upper region of the trenches 20 A, 20 B from the semiconductor body 10 .
Anhand der Fig. 8 bis 12 wird nachfolgend eine Abwandlung des in den Fig. 1 bis 7 veranschaulichten Verfahrens erläutert. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine gegenüber dem Halbleiterkörper 10 isolierte erste Elektrode 40A, 40B in einem unteren Bereich jedes der Gräben 20A, 20B hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung dieser ersten Elektrode 40A, 40B entspricht dem anhand der Fig. 1 bis 5 erläuterten Verfahrens, wobei bei der in den Fig. 8 bis 12 erläuterten Abwandlung kein Abschnitt der ursprünglichen Elektrodenschicht 40 auf der Vorderseite verbleiben muss, da bei der Abwandlung des Verfahrens keine anodische Oxidation eingesetzt wird. Dem entsprechend kann auch auf das Erzeugen der in Fig. 5b mit 42A bezeichneten Verbindungsschicht verzichtet werden. Ein auf der Vorderseite verbleibender Abschnitt der Elektrodenschicht und eine zugehörige Verbindungsschicht kann jedoch vorgesehen werden, um eine Kontaktierung der erste Elektrode 40A, 40B über einen durch den verbleibenden Elektrodenabschnitt gebildeten, oberhalb der Vorderseite 12 des Halbleiterkörpers 10 angeordneten Kontakt zu ermöglichen. Referring to Figs. 8 to 12 a modification is described in the in FIGS. 1 to 7 the process illustrated below. In this method, a first electrode 40 A, 40 B which is insulated from the semiconductor body 10 is first produced in a lower region of each of the trenches 20 A, 20 B. The method for producing this first electrode 40 A, 40 B corresponds to the method explained with reference to FIGS. 1 to 5, wherein in the modification explained in FIGS. 8 to 12, no section of the original electrode layer 40 has to remain on the front side, since at the modification of the method, no anodic oxidation is used. Accordingly, it is also possible to dispense with the generation of the connection layer designated 42A in FIG. 5b. A section of the electrode layer remaining on the front side and an associated connecting layer can, however, be provided in order to enable contacting of the first electrode 40 A, 40 B via a contact formed by the remaining electrode section and arranged above the front side 12 of the semiconductor body 10 .
Fig. 8 zeigt den Halbleiterkörper 10 im Querschnitt nach Herstellung der ersten Elektroden 40A, 40B im unteren Bereich der Gräben 20A, 20B, wobei die Elektroden 40A, 40B mittels erster Isolationsschichten 30A, 30B gegenüber dem Halbleiterkörper isoliert sind. Fig. 8 10 shows the semiconductor body in cross section after producing the first electrodes 40 A, 40 B in the bottom region of the trenches 20 A, 20 B, the electrodes 40 A, 40 B by means of first insulating layers 30 A, 30 B with respect to the semiconductor body isolated are.
In einem nächsten Verfahrensschritt, dessen Ergebnis in Fig. 9 dargestellt ist, wird eine Schutzschicht 80, insbesondere eine Nitridschicht, auf die Vorderseite 12 und in die Gräben 20A, 20B des Halbleiterkörpers 10 abgeschieden. In a next method step, the result of which is shown in FIG. 9, a protective layer 80 , in particular a nitride layer, is deposited on the front side 12 and in the trenches 20 A, 20 B of the semiconductor body 10 .
Diese Schutzschicht wird anschließend von der Vorderseite 12 und vom Boden der Gräben 20A, 20B entfernt, beispielsweise durch anisotropes Rückätzen bei einer Nitridschicht, so dass Schutzschichten 80A, 80B an den Seitenwänden des Halbleiterkörpers 10 zurückbleiben, wie dies in Fig. 10 dargestellt ist. This protective layer is then removed from the front side 12 and from the bottom of the trenches 20 A, 20 B, for example by anisotropic etching back in the case of a nitride layer, so that protective layers 80 A, 80 B remain on the side walls of the semiconductor body 10 , as is shown in FIG. 10 is shown.
Anschließend werden die Elektroden 40A, 40B oxidiert, wodurch eine Isolationsschicht 50A, 50B auf den freiliegenden Oberflächen der Elektroden 40A, 40B entsteht. Die Isolationsschichten 80A, 80B an den Seitenwänden der Gräben 20A, 20B schützen den Halbleiterkörper 10 in diesen Bereichen vor einer Oxidation. Eine Isolationsschicht 50 entsteht während des Oxidationsvorgangs auch auf der Vorderseite 12 des Halbleiterkörpers 10, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist. The electrodes 40 A, 40 B are then oxidized, whereby an insulation layer 50 A, 50 B is formed on the exposed surfaces of the electrodes 40 A, 40 B. The insulation layers 80 A, 80 B on the side walls of the trenches 20 A, 20 B protect the semiconductor body 10 in these areas from oxidation. An insulation layer 50 also forms on the front side 12 of the semiconductor body 10 during the oxidation process, as is shown in FIG. 11.
Die während des Oxidationsvorgangs verwendete Temperatur und die Dauer des Oxidationsvorgangs sind so gewählt, um eine Isolationsschicht 50A, 50B von ausreichender Dicke zu erzeugen. The temperature and used during the oxidation process the duration of the oxidation process are chosen to be one Insulation layer 50A, 50B of sufficient thickness produce.
In nächsten Verfahrensschritten, deren Ergebnis in Fig. 12 dargestellt ist, wird zunächst die Schutzschicht 80A, 80B, beispielsweise eine Nitridschicht, von den Seitenwänden der Gräben entfernt. Danach wird eine weitere Isolationsschicht 60 auf den Halbleiterkörper 10 und in die Gräben 20A, 20B aufgebracht, und zweite Elektroden 70A, 70B werden in oberen Bereichen der Gräben 20A, 20B in der bereits im Zusammenhang mit dem Verfahren gemäß der Fig. 1 bis 7 erläuterten Weise hergestellt. In the next method steps, the result of which is shown in FIG. 12, the protective layer 80 A, 80 B, for example a nitride layer, is first removed from the side walls of the trenches. Thereafter, a further insulation layer 60 is applied to the semiconductor body 10 and into the trenches 20 A, 20 B, and second electrodes 70 A, 70 B are in the upper regions of the trenches 20 A, 20 B in the already in connection with the method according to the Fig. 1 to 7 explained manner.
Anders als bei dem in den Fig. 1 bis 7 erläuterten Verfahren, dessen Ergebnis in Fig. 7 dargestellt ist, entsteht bei dem Verfahren gemäß der Fig. 8 bis 12 auf der Vorderseite 12 des Halbleiterkörpers eine dickere Isolationsschicht, die aus der während des Oxidationsvorgangs zur Herstellung der Isolationsschichten 50A, 50B entstandenen Isolationsschicht 50 und der weiteren Isolationsschicht 60 besteht. In contrast to the method explained in FIGS. 1 to 7, the result of which is shown in FIG. 7, the method according to FIGS. 8 to 12 produces a thicker insulation layer on the front side 12 of the semiconductor body which results from that during the oxidation process for the production of the insulation layers 50 A, 50 B insulation layer 50 and the further insulation layer 60 .
Bei einer nicht näher dargestellten Abwandlung der zuvor erläuterten Beispiele der erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste Isolationsschicht nach dem Abscheiden auf die Vorderseite des Halbleiterkörpers und in die Gräben nicht strukturiert sondern verbleibt während der nachfolgenden Prozesse zur Herstellung der ersten und zweiten Elektrode in der in Fig. 3 gezeigten Form auf dem Halbleiterkörper. Diese Elektrodenschicht dient dann sowohl als Isolationsschicht zur Isolation der ersten Elektrode gegenüber dem Halbleiterkörper als auch zur Isolation der später hergestellten zweiten Elektrode gegenüber dem Halbleiterkörper. Auf die zuvor erläuterte Herstellung einer zweiten Isolationsschicht vor dem Herstellen der zweiten Elektrode kann dabei verzichtet werden, wobei bei einem Verfahren gemäß der Fig. 8 bis 12, bei dem keine anodische Oxidation stattfindet, die Schutzschicht auf die Isolationsschicht im oberen Bereich der Gräben aufgebracht wird, um ein Aufwachsen der Isolationsschicht während der thermischen Oxidation zu verhindern. In a modification of the previously explained examples of the method according to the invention, which is not shown in any more detail, the first insulation layer is not structured after the deposition on the front side of the semiconductor body and in the trenches but remains during the subsequent processes for producing the first and second electrodes in FIG. 3 shown shape on the semiconductor body. This electrode layer then serves both as an insulation layer for isolating the first electrode from the semiconductor body and also for isolating the second electrode produced later from the semiconductor body. The previously explained production of a second insulation layer before the production of the second electrode can be dispensed with, the protective layer being applied to the insulation layer in the upper region of the trenches in a method according to FIGS. 8 to 12 in which no anodic oxidation takes place to prevent the insulation layer from growing during thermal oxidation.
Fig. 14 zeigt im Querschnitt ein Halbleiterbauelement, im Rahmen von dessen Herstellungsprozess das zuvor erläuterte erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung zwei in einem Graben angeordneten und gegeneinander isolierten Elektroden Verwendung finden kann. Das Halbleiterbauelement ist als MOS- Transistor mit einer Vielzahl von Gräben ausgebildet, die sich ausgehend von einer Vorderseite 12 eines Halbleiterkörpers 10 in vertikaler Richtung in den Halbleiterkörper hinein erstrecken. Der Halbleiterkörper 10 umfasst eine in dem Beispiel stark n-dotiert Substratzone 101, auf welche eine Epitaxieschicht aufgebracht ist, die in einem an die Substratzone anschließenden Bereich 102 schwach n-dotiert und in einem darüberliegenden Bereich 103 p-dotiert ist. In den p-dotierten Bereich sind ausgehend von der Vorderseite 12 stark ndotierte Bereiche eingebracht, die mittels einer auf der Vorderseite 12 aufgebrachten Elektrode 92 kontaktiert sind. Die Substratzone 101, die mittels einer weiteren Elektrode 94 kontaktiert ist, dient als Drain-Zone des Halbleiterbauelements, die stark n-dotierte Zonen 104 dienen als Source-Zonen, die p-dotierte Zone dient als Kanalzone und die schwach n-dotierte Zone 102 dient als Driftzone des Halbleiterbauelements. Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens realisierten ersten und zweiten Elektroden 40A, 70A die durch die Isolationsschicht 50A und die Isolationsschicht 60 voneinander isoliert sind, dienen als Steuerelektroden des Halbleiterbauelements, wobei die zweite Elektrode 70A als Gate-Elektrode dient und durch die Isolationsschicht 60 gegenüber der Kanalzone 103 isoliert ist. Die erste Elektrode 40A ist üblicherweise an ein anderes Potential als die Gate-Zone 70A, beispielsweise an das Potential der Source-Elektrode 92 angeschlossen. Fig. 14 shows in cross section a semiconductor device, which is arranged the above-explained method of the invention as part of its manufacturing process for manufacturing two in a trench and mutually insulated electrodes can be used. The semiconductor component is designed as a MOS transistor with a multiplicity of trenches which extend from a front side 12 of a semiconductor body 10 in the vertical direction into the semiconductor body. The semiconductor body 10 comprises a substrate zone 101 , which is heavily n-doped in the example, to which an epitaxial layer is applied, which is weakly n-doped in an area 102 adjoining the substrate zone and p-doped in an area 103 above. Starting from the front 12, heavily doped regions are introduced into the p-doped region, which are contacted by means of an electrode 92 applied to the front 12 . The substrate zone 101 , which is contacted by means of a further electrode 94 , serves as a drain zone of the semiconductor component, the heavily n-doped zones 104 serve as source zones, the p-doped zone serves as a channel zone and the weakly n-doped zone 102 serves as the drift zone of the semiconductor component. The first and second electrodes 40 A, 70 A realized by means of the method according to the invention, which are insulated from one another by the insulation layer 50 A and the insulation layer 60 , serve as control electrodes of the semiconductor component, the second electrode 70 A serving as the gate electrode and through the insulation layer 60 is isolated from the channel zone 103 . The first electrode 40 A is usually connected to a potential other than the gate zone 70 A, for example to the potential of the source electrode 92 .
Das zuvor erläuterte erfindungsgemäße Verfahren ist mittels
herkömmlicher Verfahrensschritte in einem Halbleiterprozess
einfach realisierbar.
Bezugszeichenliste
10 Halbleiterkörper
12 Vorderseite des Halbleiterkörpers
14 Rückseite des Halbleiterkörpers
20A, 20B Gräben
30A, 30B erste Isolationsschicht
40A, 40B erste Elektroden
50A, 50B zweite Isolationsschicht
60 Isolationsschicht
70A, 70B zweite Elektroden
80, 80A, 80B Schutzschicht
92, 94 Elektroden
S Source-Anschluss
D Drain-Anschluss
G Gate-Anschluss
101 Substratzone
102 Driftzone
103 Kanalzone
104 Source-Zone
The previously explained method according to the invention can be easily implemented using conventional method steps in a semiconductor process. Legend: 10 semiconductor body
12 Front side of the semiconductor body
14 Back of the semiconductor body
20 A, 20 B trenches
30 A, 30 B first insulation layer
40 A, 40 B first electrodes
50 A, 50 B second insulation layer
60 insulation layer
70 A, 70 B second electrodes
80 , 80 A, 80 B protective layer
92 , 94 electrodes
S source connector
D drain connector
G gate connector
101 substrate zone
102 drift zone
103 canal zone
104 Source zone
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