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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitervorrichtung
und ein Herstellungsverfahren einer Leistungshalbleitervorrichtung.
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Spezieller
betrifft sie eine Technik zum Unterdrücken eines Leckstromes zum
Verbessern der elektrischen Eigenschaften, wie zum Beispiel einer Hauptdurchbruchsspannung
und einer Gateoxidfilmdurchbruchsspannung, in einer Leistungshalbleitervorrichtung,
wie zum Beispiel einer Diode und einem Leistungs-MOSFET.
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Die
Leistungshalbleitervorrichtung, wie zum Beispiel ein vertikaler
Leistungs-MOSFET und horizontaler Leistungs-MOSFET, bei denen eine
hohe Spannung angelegt wird und ein großer Strom fließt, weist
einen Aufbau auf, der hauptsächlich
ein Halbleitersubstrat mit einer durch ein epitaktisches Wachsen
auf seiner Oberfläche
gebildeten, epitaktisch gewachsenen Schicht und einen innerhalb
der epitaktisch gewachsenen Schicht gebildeten Transistor aufweist.
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14 ist eine Querschnittsansicht,
die eine aus
US 5,689,128 bekannte
Struktur eines vertikalen MOSFET mit einem Grabengate als ein Beispiel
der Leistungshalbleitervorrichtung zeigt.
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Wie
in 14 gezeigt ist, sind
eine epitaktisch gewachsene Schicht 102 mit einer n-Dotierung und
eine Diffusionsschicht 103 mit einer p-Dotierung nacheinander
auf einer Oberfläche
eines n+-Halbleitersubstrates 101 gebildet.
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Weiterhin
ist ein Graben, der tiefer ist als eine Filmdicke der p-Diffusionsschicht 103,
gebildet, der sich von einer Oberfläche der p-Diffusionsschicht 103 zu
dem Inneren der epitaktisch gewachsenen n-Schicht 102 erstreckt.
Eine Sourceschicht 104 mit einer n-Dotierung ist in einem
vorbestimmten Bereich der p-Diffusionsschicht 103 an
einer Öffnungsecke des
Grabens gebildet, und ein als Gateoxidfilm dienender Oxidfilm 105 ist
an einer Wandoberfläche
und einer Bodenoberfläche
innerhalb des Grabens gebildet. Weiterhin ist der Graben mit einer
vergrabenen Grabenschicht 110 gefüllt, und die vergrabene Grabenschicht 110 ist
mit einer nicht gezeigten Gateelektrode verbunden. Eine Zwischenschichtisolierschicht 109 ist
derart gebildet, daß sie
eine obere Oberfläche der
vergrabenen Grabenschicht 110 und des Gateoxidfilmes 105 nahe
der Öffnungsecke
des Grabens bedeckt. Eine Sourceelektrode 108 ist derart
gebildet, daß sie
die Zwischenschichtisolierschicht 109 und eine freigelegte
Oberfläche
der p-Diffusionsschicht 103 bedeckt.
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Als
nächstes
wird ein Betrieb des der Anmelderin bekannten vertikalen MOSFET
von 14 beschrieben.
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Zuerst
wird eine positive Drainspannung Vds (Vorwärtsdrainspannung) über eine
Drainelektrode 107 und die Sourceelektrode 108 durch
eine externe Stromversorgung angelegt. In diesem Zustand wird eine
positive Gatespannung (Vorwärtsgatespannung),
die eine vorbestimmte Gateschwellenspannung übersteigt, über die nicht gezeigte Gateelektrode
und die Sourceelektrode 108 angelegt. Zu dieser Zeit werden
Elektronen in einen Bereich nahe einer Übergangsstelle zwischen der
p-Diffusionsschicht 103 und des Gateoxidfilmes 105 derart
induziert, daß ein
n-Kanal gebildet wird. Mit diesem Kanalbereich werden die n-Sourceschicht 104 und
die epitaktisch gewachsene n-Schicht 102 leitend und ein
elektronischer Strom, der von einer externen und nicht gezeigten Schaltungsseite
durch die Sourceelektrode 108 hineinfließt, fließt weiter
durch die n-Sourceschicht 104, den obigen Kanalbereich
in der p-Diffusionsschicht 103, die epitaktisch gewachsene n-Schicht 102 und
das n-Halbleitersubstrat 101 zu der Drainelektrode 107,
wodurch die Vorrichtung in einen EIN-Zustand kommt.
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Wenn
danach die Spannung der Gateelektrode in eine Spannung geändert wird,
die niedriger ist als die obige Gateschwellenspannung (rückwärts vorgespannt),
kehrt der in den n-Typ invertierte Kanalbereich zu der p-Schicht
derart zurück,
daß der obige
Strompfad unterbrochen wird, wodurch die Vorrichtung in einen AUS-Zustand
gelangt.
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Die
Hauptdurchbruchsspannung der Leistungshalbleitervorrichtung mit
einer vertikalen MOSFET-Struktur mit einem Grabengate hängt von
dem Widerstand bzw. dem spezifischen Widerstand und der Dicke der
epitaktisch gewachsenen Schicht ab. Speziell wenn die Drainspannung
in dem AUS-Zustand ansteigt, steigt eine über einen pn-Übergang
in dem Übergang
zwischen der epitaktisch gewachsenen n-Schicht 102 und
der p-Diffusionsschicht 103 angelegte Rückwärtsspannung an und zu dieser
Zeit erstreckt sich eine Verarmungsschicht bzw. Raumladungszone
in dem pn-Übergang
derart über
die epitaktisch gewachsene n-Schicht 102 und die p-Diffusionsschicht 103,
daß die
Spannung gehalten wird. Die Durchbruchsspannung in dem pn-Übergang,
d.h. die Hauptdurchbruchsspannung, hängt von einem elektrischen
Feld in der Verarmungsschicht des Übergangs ab und ist daher eng
mit der Rückwärtsspannung
und der Breite der Verarmungsschicht verbunden. Weiterhin hängt die
Breite der Verarmungsschicht von den entsprechenden Dotierungskonzentrationen
der epitaktisch gewachsenen n-Schicht 102 und der p-Diffusionsschicht 103 ab,
und der spezifische Widerstand hängt
ebenfalls von der Dotierungskonzentration ab, und daher hängt die
Breite der Verarmungsschicht von dem spezifischen Widerstand der
epitaktisch gewachsenen Schicht ab. Wenn die epitaktisch gewachsene
Schicht relativ zu der Ausdehnung der Verarmungsschicht keine ausreichende Dicke
aufweist, ist es unmöglich,
eine große
Durchbruchsspannung in dem pn-Übergang
zu verwirklichen. Daher hängt
die Hauptdurchbruchsspan nung in der Leistungshalbleitervorrichtung
mit der obigen Struktur von dem spezifischen Widerstand und der Dicke
der epitaktisch gewachsenen Schicht ab.
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Bei
dem vertikalen MOSFET mit dem Grabengate von 14 tritt (i) eine Metallkontamination in
der Halbleitervorrichtung aufgrund von Staub und ähnlichem
von einem Herstellungsgerät
auf. Weiterhin tritt (ii) ein Kristallfehler innerhalb der epitaktisch gewachsenen
Schicht aufgrund von Schäden
bei sowohl der Grabenbildung als auch der Bildung eines Filmes,
wie zum Beispiel SiO2-Film, und weiter aufgrund
eines Schadens bei einer Waferbearbeitung, wie zum Beispiel Trockenätzen und ähnlichem
auf. Die Metallkontamination und der Kristallfehler verursachen
die folgenden Schwierigkeiten.
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➀ Erstens
bildet der Kristallfehler von (ii) ein tiefes Energieniveau zwischen
den Energiebandlücken
bzw. in der Energiebandlücke
der epitaktisch gewachsenen Schicht, mit der ein Leckstrom durch Rekombination
erzeugt wird. Ebenfalls die Dotierungen bzw. Verunreinigungen mit
Schwermetallen, wie zum Beispiel Fe und Cu, von (i) werden durch
den obigen Kristallfehler derart eingefangen, daß der Leckstrom bedingt wird.
In anderen Wortenentsteht eine Schwierigkeit des Erhöhens des
Leckstromes zwischen dem Drain und Source aufgrund der obigen Gründe, wie
durch eine Kurve α in 15 gezeigt ist. ➁ Weiterhin
bedeutet die Erzeugung des Leckstromes eine Verschlechterung in
der Rückwärtsvorspannungseigenschaft
und wenn der Leckstrom deutlich ansteigt, wird die Hauptdurchbruchsspannung
ebenfalls verringert, wie durch eine Kurve β in 15 gezeigt ist, wodurch eine Schwierigkeit
verursacht wird, daß die
gewünschten
elektrischen Eigenschaften nicht erzielt werden können.
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➂ Es
ist wahrscheinlich, daß der
obige Kristallfehler nahe der Übergangsstelle
zwischen dem Gateoxidfilm innerhalb des Grabens und der epitaktisch
gewachsenen Schicht in dem Herstellungsprozeß auftritt. Daher ist es wahrscheinlich,
daß eine Spannung
bzw. mechanische Beanspruchung nahe der Übergangsstelle erzeugt wird,
und die Störung aufgrund
der Spannung verursacht eine Ver schlechterung der Isolationswiderstandsfähigkeit
des Gateoxidfilmes. Die Verschlechterung der Filmqualität (Isolationswiderstandsfähigkeit)
des Gateoxidfilmes verringert den Bereich der an den Gateoxidfilm
anlegbaren Spannung (Verschlechterung der Gateoxidfilmdurchbruchsspannungseigenschaften), wie
in 16 gezeigt ist, und
ebenfalls in diesem Fall können
die gewünschten
elektrischen Eigenschaften nicht erzielt werden.
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Das
Unterdrücken
der Quellen (i) und (ii) der obigen Schwierigkeiten, die die Schwierigkeiten ➀ bis ➂ verursachen,
ist in dem technischen Bereich des vertikalen MOSFET sehr stark
erwünscht.
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Diese
Schwierigkeiten sind nicht auf den technischen Bereich des vertikalen
MOSFET beschränkt.
Speziell ebenfalls in einer Diode, einem Tyristor mit dem pn-Übergang
und ähnlichem
wird durch die durch die obigen Schwierigkeitsursachen (i) und (ii)
rückwärts vorgespannte Übergangsfläche ➀ der
Leckstrom in einem Bulk (dickes Substrat) erzeugt und ➁,
wenn der Leckstrom bemerkenswert erzeugt wird, wird die Hauptdurchbruchsspannung
verschlechtert. Ebenfalls in dem vertikalen MOSFET mit dem ebenen
Gate werden die Schwierigkeiten ➀ und ➁ verursacht
und die Schwierigkeitsquellen (i) und (ii) müssen gelöst werden. In anderen Worten
ist es allgemein bei Leistungshalbleitervorrichtungen nötig, daß die Schwierigkeitsquellen
(i) und (ii) zum Sicherstellen der gewünschten elektrischen Eigenschaften gelöst werden.
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Andererseits
ist Stand der Technik zum Entfernen des Kristalldefektes für einen
horizontalen MOSFET in einer CMOS-Vorrichtung beschrieben. Dies
ist beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldung 57-5364A beschrieben.
Die Technik in diesem Dokument betrifft eine integrierte MOS-Schaltungsvorrichtung
mit einem monokristallinen Siliziumsubstrat und ein geeigneter Bereich
einer Sauerstoffkonzentration wird von einer Beziehung zwischen
einer Sauerstoffkonzentration des Substrates und einer charakte ristischen
Leckstromfehlerrate der integrierten MOS-Schaltung festgelegt.
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In
einer in der Japanischen Patentanmeldung 61-3415A beschriebenen
Technik wird ein geeigneter Bereich der Konzentration von Sauerstoff und
Kohlenstoff in dem Siliziumsubstrat derart festgelegt, daß charakteristische
elektrische Fehler, wie zum Beispiel der Leckstromfehler und der
Haltfehler in einem dynamischen MOS-Speicher, unterdrückt werden.
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Es
wird angemerkt, daß die
durch die vorliegenden Erfinder beschriebenen Schwierigkeiten ➀ bis ➂ eine
Leistungshalbleitervorrichtung zum Steuern eines Bulkstromes als
Hauptstrom betrifft. In dieser Leistungshalbleitervorrichtung wird
angenommen, daß das
Bulk einen großen
Effekt auf den Hauptstrom hat, und ohne diese Annahme scheint es unmöglich, alle
Schwierigkeiten ➀ bis ➂ zu lösen. In diesen Dokumenten des
Standes der Technik wird die geeignete Sauerstoffkonzentration in
der integrierten Schaltungsvorrichtung mit einer Struktur, bei der
eine integrierte Schaltung in einer Siliziumsubstratoberfläche gebildet
ist und ein Oberflächenstrom nur
in der Substratoberfläche,
d.h. einer horizontalen MOS-Struktur (ebenen MOS-Struktur), festgelegt, und
es wird weder eine Aussage noch ein Vorschlag bezüglich des
Effektes des Bulks (Substrates) auf die Eigenschaften gemacht. Daher
können
die Dokumente des Standes der Technik nicht zum Lösen der obigen
Schwierigkeiten ➀ bis ➂ herangezogen werden.
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Somit
ist das Vorschlagen einer neuen Struktur zum Lösen der Schwierigkeiten ➀ bis ➂ in
der Leistungshalbleitervorrichtung eine wichtige Sache.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, den Leckstrom, der innerhalb
der epitaktisch gewachsenen Schicht erzeugt werden kann, durch Unterdrücken der
Metallkontamination und des Kristallfehlers innerhalb der epitaktisch
gewachsenen Schicht ausreichend zu reduzieren, und dadurch eine neue
Struktur einer Halbleitervorrichtung, die die Verschlechterung der
Hauptdurch bruchsspannung verhindert, und ein Herstellungsverfahren
derselben vorzusehen.
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Die
Aufgabe wird durch die Leistungshalbleitervorrichtung des Anspruches
1 oder durch das Herstellungsverfahren der Leistungshalbleitervorrichtung
des Anspruches 9 gelöst.
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Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei
der Halbleitervorrichtung mit dem Grabengate werden die Oxidfilmdurchbruchsspannungseigenschaften
zusätzlich
stabilisiert.
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Bei
der Halbleitervorrichtung wird der volle Vorteil der Grabengatestruktur
verwirklicht.
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Bei
der Halbleitervorrichtung werden die Durchbruchsspannungseigenschaften
des Oxidfilmes in der Grabengatestruktur in Bezug zu dem Basismaterial
des Halbleitersubstrates verbessert.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Leistungshalbleitervorrichtung
gerichtet. Die Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung
enthält
ein Halbleitersubstrat mit einer Dotierung eines ersten Leitungstyps
und Sauerstoff, eine epitaktisch gewachsene Schicht mit einer ersten
Hauptoberfläche,
die eine erste Grenzfläche
zu einer Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrates ist, und einer zweiten Hauptoberfläche, die
entgegengesetzt zu der ersten Hauptoberfläche ist, und eine Halbleiterschicht
eines zweiten Leitungstyps mit einer dritten Hauptoberfläche, die
eine zweite Grenzfläche
zu der zweiten Hauptoberfläche
der epitaktisch gewachsenen Schicht ist, und einer vierten Hauptoberfläche, die entgegengesetzt
zu der dritten Hauptoberfläche
ist, wobei die Konzentration des Sauerstoffes derart eingestellt
ist, daß sie
nicht geringer als 12 × 1017 Atome/cm3 ist.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
enthält
die Leistungshalbleitervorrichtung des ersten Aspektes weiterhin
einen Graben, der derart gebildet ist, daß er sich von der vierten Hauptoberfläche der Halbleiterschicht
durch die zweite Grenzfläche
zu dem Inneren der epitaktisch gewachsenen Schicht erstreckt, und
einen Oxidfilm, der komplett auf einer Bodenoberfläche und
einer Wandoberfläche
des Grabens gebildet ist.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
ist die Konzentration des Sauerstoffs in der Leistungshalbleitervorrichtung
des zweiten Aspektes derart eingestellt, daß sie nicht größer als
20 × 1017 Atome/cm3 ist.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
ist bei der Leistungshalbleitervorrichtung eine obere Grenze der
Konzentration des Sauerstoffes derart festgelegt, daß der spezifische
Widerstand des Halbleitersubstrates nicht mehr als 0,006 Ω cm beträgt.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
ist die Dotierung in dem Halbleitersubstrat As.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
ist eine Summe der Dicke der epitaktisch gewachsenen Schicht und
der Dicke der Halbleiterschicht derart eingestellt, daß sie nicht
größer als
20 μm ist.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
enthält
das Halbleitersubstrat einen Siliziumwafer mit einer Orientierungsabflachung
als Basismaterial, wobei eine Oberfläche des Siliziumwafers die
Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrates ist, wobei die Orientierungsabflachung
eine Normalenrichtung aufweist, die eine der Kristallachsen senkrecht
zu der Kristallachse in einer Normalenrichtung der Oberfläche des
Sili ziumwafers ist, und wobei eine longitudinale Richtung des Grabens
parallel oder senkrecht zu der Normalenrichtung der Orientierungsabflachung
ist.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
enthält
eine Leistungshalbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat mit Arsen
und Sauerstoff als Dotierungen, eine epitaktisch gewachsene Schicht,
die auf der Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrates gebildet ist und eine Dicke von nicht mehr
als 20 μm
aufweist, einen Graben, der derart gebildet ist, daß er sich
von einer Oberfläche
der epitaktisch gewachsenen Schicht zu dem Inneren davon erstreckt,
und einen Oxidfilm, der komplett auf einer Bodenoberfläche und einer
Wandoberfläche
des Grabens gebildet ist, wobei die epitaktisch gewachsene Schicht
eine erste epitaktisch gewachsene Schicht des ersten Leitungstyps,
die auf der Hauptoberfläche
des Halbleitersubstrates gebildet ist, und eine Diffusionsschicht eines
zweiten Leitungstyps, die derart gebildet ist, daß sie in
der ersten epitaktisch gewachsenen Schicht diffundiert ist, und
wobei die Konzentration des Sauerstoffs derart eingestellt ist,
daß der
spezifische Widerstand des Halbleitersubstrates in dem Bereich von
0,002 Ω cm
bis 0,006 Ω cm
liegt.
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Die
vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf ein Herstellungsverfahren
einer Leistungshalbleitervorrichtung gerichtet. Das Verfahren der
vorliegenden Erfindung enthält
einen ersten Schritt des Vorsehens eines Halbleitersubstrates eines
ersten Leitungstyps mit Sauerstoff mit einer Konzentration von nicht
weniger als 12 × 1017 Atome/cm3, einen
zweiten Schritt des Bildens einer epitaktisch gewachsenen Schicht
des ersten Leitungstyps auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates,
einen dritten Schritt des Bildens einer Dotierungsschicht eines
zweiten Leitungstyps derart, daß sie
sich von einer Oberfläche
der epitaktisch gewachsenen Schicht zu dem Inneren davon derart
erstreckt, daß eine
erste epitaktisch gewachsene Schicht des ersten Leitungstyps und
eine Diffusionsschicht des zweiten Leitungstyps vorgesehen werden,
und einen vierten Schritt des Bildens eines Filmes auf einer Oberfläche der
Diffusionsschicht.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
enthält
der dritte Schritt den Schritt des Bildens eines Grabens derart,
daß er
sich von der Oberfläche
der Diffusionsschicht zu dem Inneren der ersten epitaktisch gewachsenen
Schicht erstreckt, und den Schritt des kompletten Bildens eines
Oxidfilms auf einer Bodenoberfläche
und einer Wandoberfläche
des Grabens und weiter den Schritt des Bildens einer leitenden Schicht
auf einer Oberfläche
des Oxidfilmes derart, daß der
Graben mit der leitenden Schicht gefüllt wird.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
wird die Konzentration des Sauerstoffes derart eingestellt, daß sie nicht
mehr als 20 × 1017 Atome/cm3 beträgt.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
wird die Dicke der epitaktisch gewachsenen Schicht derart eingestellt,
daß sie
nicht mehr als 20 μm
beträgt.
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Entsprechend
einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
enthält
der erste Schritt den Schritt des Vorsehens eines Siliziumwafers
mit einer Orientierungsabflachung als Basismaterial des Halbleitersubstrates,
wobei die Orientierungsabflachung eine Normalenrichtung aufweist,
die eine der Kristallachsen senkrecht zu einer Kristallachse in
einer Normalenrichtung der Oberfläche des Siliziumwafers ist,
und wobei eine longitudinale Richtung des Grabens parallel oder
senkrecht zu der Normalenrichtung der Orientierungsabflachung ist.
- (1) Bei der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung fließt, da die
Diffusionsschicht des zweiten Leitungstyps und die erste epitaktisch
gewachsene Schicht des ersten Leitungstyps einen pn-Übergang bilden und die erste
epitaktisch gewachsene Schicht auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates
des ersten Leitungstyps gebildet ist, wenn eine Rückwärtsvorspannung,
die kleiner ist als die Durchbruchsspannung (Hauptdurchbruchsspannung), über die
Diffusionsschicht und das Halbleitersubstrat angelegt wird, kein
Strom in dem Bulk, der aus dem Halbleitersubstrat, der ersten epitaktisch
gewachsenen Schicht und der Diffusionsschicht besteht. In der epitaktisch
gewachsenen Schicht treten jedoch (i) eine Metallkontamination aufgrund
von Staub und ähnlichem
von dem Herstellungsgerät
und (ii) ein Kristallfehler, der durch Schäden aufgrund von Trockenätzen und ähnlichem
verursacht ist, während
des Prozesses des Herstellens der Leistungshalbleitervorrichtung
auf, die eine Quelle des Leckstromes werden. Speziell wenn der Kristallfehler
in dem Bulk, d.h. in der epitaktisch gewachsenen Schicht, wie (ii)
auftritt, verursacht der Kristallfehler ein tiefes Energieniveau
zwischen bzw. in den Energiebandlücken, wodurch ein Leckstrom
durch Rekombination verursacht wird. Wenn weiterhin Schwermetalle,
wie zum Beispiel Fe und Cu, in die epitaktisch gewachsene Schicht wie
(i) vordringen, werden die Dotierungen durch die Kristallfehler
derart eingefangen, daß der Leckstrom
verursacht wird. Daher wird ➀ der Leckstrom zwischen dem
Halbleitersubstrat und der epitaktisch gewachsenen Schicht erzeugt, und
die Rückwärtsvorspannungseigenschaften der
Halbleitervorrichtung mit dem pn-Übergang werden verschlechtert,
da der Leckstrom ansteigt, wenn die Rückwärtsvorspannung (Sperrspannung)
ansteigt. Weiterhin steigt ➁, wenn die Metallkontermination
und der Kristallfehler großen Einfluß haben,
der Leckstrom deutlich an und daher fällt die Hauptdurchbruchsspannung
nachteilhaft ab. In der Vorrichtung des ersten Aspektes wird jedoch,
da Sauerstoff in dem Halbleitersubstrat enthalten ist, ein Kristallfehler
in dem Halbleitersubstrat auftreten. Daher wird der intrinsische Gettereffekt
aufgrund des Kristallfehlers in dem Halbleitersubstrat erzeugt,
wodurch die Metallkontamination und der Kristallfehler in der epitaktisch
gewachsenen Schicht, die Quellen des Leckstroms sind, reduziert
werden. Da die Kristallfehler in dem Halbleitersubstrat proportional
zu der Sauerstoffkonzentration erzeugt werden, wird jedoch die Abscheidung
von O2-Kernen in dem Halbleitersubstrat
abnehmen und die intrinsische Gettereffekt verringert, wenn die
Sauer stoffkonzentration relativ gering ist. Bei der Vorrichtung des
ersten Aspektes wird jedoch, da die Sauerstoffkonzentration derart
eingestellt ist, daß sie nicht
geringer als 12 × 1017 Atome/cm3 ist,
die Größe der Abscheidung
der O2-Kerne in dem Halbleitersubstrat derart
optimal eingestellt, daß verhindert
wird, daß der
intrinsische Gettereffekt verringert wird. Daher nehmen mit dem
bemerkenswerten Gettereffekt die Kristallfehler und ähnliches
in der epitaktisch gewachsenen Schicht effektiv ab und der Leckstrom
wird durch Unterdrücken
seiner Erzeugung bemerkenswert reduziert, wodurch die Verschlechterung
der Durchbruchsspannung verhindert wird.
- (2) Bei der bevorzugten Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch
2 gibt es, da die Grabenstruktur in der epitaktisch gewachsenen
Schicht gebildet ist, eine neue Schwierigkeit, daß die Kristalldefekte leicht
in der Grenzfläche
zwischen dem Oxidfilm und der epitaktisch gewachsenen Schicht auftreten,
und wenn eine starke Beanspruchung an die Grenzfläche angelegt
wird, wird die Filmqualität (Isolationswiderstandsfähigkeit)
des Oxidfilmes verschlechtert. Das verursacht weiterhin eine Schwierigkeit,
daß wenn
der Oxidfilm als Trenchgateoxidfilm des vertikalen MOSFET verwendet wird,
die Gateoxidfilmdurchbruchsspannungseigenschaften verschlechtert
werden. Bei der Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden
Erfindung ist jedoch, da die Sauerstoffkonzentration in dem Halbleitersubstrat
derart eingestellt ist, daß sie
nicht geringer als 12 × 1017 Atome/cm3 beträgt, die
Menge der Kristalleffekte in dem Halbleitersubstrat derart gesteuert,
daß sie
optimal ist, und der intrinsische Gettereffekt wird derart gut ausgeführt, daß die Kristalldefekte
nahe der Grenzfläche
zwischen dem Oxidfilm und der epitaktisch gewachsenen Schicht vollkommen
reduziert werden, und die Durchbruchsspannung des Gateoxidfilms
wird deutlich verbessert.
Bei der bevorzugten Leistungshalbleitervorrichtung
gemäß Anspruch
3 ist die Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrates derart
gesteuert, daß sie
in dem Bereich von 12 × 1017 bis 20 × 1017 Atome/cm3 liegt. Daher kann der intrinsische Gettereffekt
vollkommen unter Verwendung der Kristallfehler in dem Halbleiter substrat
ausgeführt werden,
und die Kristalldefekte und ähnliches
in dem Bulk der epitaktisch gewachsenen Schicht und die Kristalleffekt
nahe der Grenzfläche
zwischen dem Oxidfilm und der epitaktisch gewachsenen Schicht können bemerkenswert
derart reduziert werden, daß eine
Verbesserung der Leckstromfehlerrate und der Oxidfilmdurchbruchsspannung
erreicht wird. Weiterhin ist es bei der Vorrichtung der vorliegenden
Erfindung, da der spezifische Widerstand des Halbleitersubstrats derart
gesteuert werden kann, daß er
nicht größer als
0,006 Ω cm
ist, möglich,
den EIN-Widerstand derart zu steuern, daß der in einem geeigneten vorbestimmten
Bereich liegt und daß gleichzeitig ein
Anstieg des EIN-Widerstands der Vorrichtung, der durch den Anstieg
des spezifischen Widerstandes verursacht ist, unterdrückt werden
kann. Da die Konzentration der Dotierung des ersten Leitungstyps
in dem Halbleitersubstrat abnimmt, obwohl der intrinsische Gettereffekt
erhöht
wird, wenn die Sauerstoffkonzentration erhöht wird, gibt es eine klare
Schwierigkeit, daß der
spezifische Widerstand des Halbleitersubstrates ansteigt und der
EIN-Widerstand,
der mit dem Strom, der in dem Bulk ist, verbunden ist, nachteilig
ansteigt. In der vorliegenden Erfindung kann, da die geeignete obere
Grenze der Sauerstoffkonzentration festgelegt ist, der intrinsische
Gittereffekt voll ausgenützt
werden, während
das Ansteigen des spezifischen Widerstandes des Halbleitersubstrates
verhindert wird.
- (4) Bei der bevorzugten Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch
4 werden, da die Sauerstoffkonzentration in dem Halbleitersubstrat derart
gesteuert ist, daß der
spezifische Widerstand des Halbleitersubstrates nicht größer als 0,006 Ω cm ist,
die Kristalldefekte effektiv in dem Halbleitersubstrat erzeugt und
der intrinsische Gettereffekt kann voll in einer Leistungshalbleitervorrichtung,
wie zum Beispiel dem vertikalen MOSFET, ausgenützt werden, während das
Halbleitersubstrat mit extrem niedrigen spezifischen Widerstand
sichergestellt werden kann.
- (5) Bei der bevorzugten Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch
5 kann, da As (Arsen), daß für die praktische
Verwendung geeignet ist, als eine Dotierung verwendet wird, ein
Halbleitersubstrat, dessen spezifischer Widerstand in dem Bereich
von 0,002 Ω cm
bis 0,006 Ω cm
liegt, erzielt werden.
- (6) Bei der bevorzugten Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch
6 ist, da die Dicke der epitaktisch gewachsenen Schicht derart eingestellt
ist, daß sie
nicht mehr als 20 μm
beträgt,
das Verhältnis
des Bulkwiderstandes in der epitaktisch gewachsenen Schicht zu dem
Widerstand der gesamten Vorrichtung bemerkenswert reduziert, so daß der Widerstandswert
der gesamten Vorrichtung unter Verwendung des Kanalwiderstandes bestimmt
werden kann. Daher kann der Vorteil der Grabenstruktur gegenüber der
ebenen Gatestruktur, daß der
EIN-Widerstand weiter verringert ist, voll genutzt werden.
- (7) Bei der bevorzugten Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Anspruch
7 und 8 ist es, da die Beziehung zwischen der Kristallorientierung
und der Orientierungsabflachung des Siliziumwafers, der das Basismaterial
des Halbleitersubstrates ist, und der longitudinalen Richtung des
Grabens geeignet bestimmt ist, möglich,
eine gleichmäßige Dicke
der auf der Wandoberfläche
und der Bodenoberfläche
des Grabens gebildeten Oxidfilme zu erzielen und die Durchbruchsspannungseigenschaften
des Oxidfilmes zu verbessern.
- (8) Bei der bevorzugten Leistungshalbleitervorrichtung kann
erstens der Vorteil der Grabengatestruktur voll genützt werden
und kann zweitens der intrinsische Gettereffekt voll durchgeführt werden,
während
sichergestellt wird, daß das
Halbleitersubstrat einen extrem niedrigen Widerstand aufweist. Der
Anstieg des EIN-Widerstandes
in der Leistungshalbleitervorrichtung kann verhindert werden und
die Leckstromfehlerrate in der Leistungshalbleitervorrichtung kann
derart verbessert werden, daß eine
Verschlechterung der Durchbruchsspannung verhindert werden kann und
die Verbesserung der Oxidfilmdurchbruchseigenschaften vorgesehen
werden kann.
- (9) Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann, da der intrinsische Gettereffekt durch den zweiten bis vierten
Schritt voll beschleunigt beziehungsweise durchgeführt wird,
der gleiche Effekt wie bei der erfindungsgemäßen Leistungshalbleitervorrichtung
erreicht werden. Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 10 wird der gleiche
Effekt wie bei der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 2 erreicht. Bei
dem Verfahren gemäß Anspruch
12 wird der gleiche Effekt wie bei der Halbleitervorrichtun gemäß Anspruch
6 erreicht. Bei dem Verfahren gemäß Anspruch 13 und 14 werden
die gleichen Effekte wie bei der Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch
7 und 8 erreicht.
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Weitere
Merkmale und Zweckmäßigkeiten der
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
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1 eine
Querschnittsansicht, die eine Struktur eines vertikalen MOSFET mit
einem Grabengate entsprechend einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
zeigt,
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2 eine
Beziehung zwischen einer Sauerstoffkonzentration und einer Durchbruchsspannung eines
Gateoxidfilmes in einem Halbleitersubstrat,
-
3 eine
Beziehung zwischen einer Sauerstoffkonzentration und einer Stromfehlerrate
in einem Halbleitersubstrat,
-
4 eine
Beziehung zwischen einem spezifischen Widerstand und einer Sauerstoffkonzentration
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel,
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5 eine
Beziehung zwischen einer Drain-Source-Durchbruchsspannung und einem EIN-Widerstand
in dem vertikalen MOSFET mit dem Grabengate entsprechend dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
verglichen mit einem MOSFET mit einem ebenen Gate,
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6A und 6B eine
Beziehung zwischen einer Kristallorientierung eines Halbleitersubstrates
und einer Bil dungsrichtung eines Grabens im Stand der Technik,
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7A und 7B eine
Beziehung zwischen einer Kristallorientierung eines Halbleitersubstrates
und einer Bildungsrichtung eines Grabens entsprechend dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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8 eine
Draufsicht eines vertikalen MOSFET mit einem Grabengate entsprechend
einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel,
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9A–9C, 10A–10C, 11A–11C, 12A–12C und 13A–13C Querschnittsansichten, die Herstellungsschritte
eines vertikalen MOSFET mit einem Grabengate entsprechend dem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
zeigen,
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14 eine
Querschnittsansicht, die einen Herstellungsschritt eines vertikalen
MOSFET mit einem Grabengate im Stand der Technik zeigt,
-
15 eine
Beziehung zwischen einer Hauptdurchbruchsspannung und einem Hauptstrom in
dem vertikalen MOSFET mit einem Grabengate und
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16 Isoliereigenschaften
des Gateoxidfilmes in dem vertikalen MOSFET mit dem Grabengate.
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Erstes bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die eine Struktur eines vertikalen MOSFET
mit einem Grabengate als ein Beispiel einer Leistungshalbleitervorrichtung
entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt.
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In 1 enthält ein n+-Halbleitersubstrat 1, dessen Basismaterial
ein Siliziumwafer ist, eine Dotierung des ersten Leitung styps und
Sauerstoff. Die in dem Halbleitersubstrat 1 enthaltene
Dotierung des ersten Leitungstyps ist As und die Konzentration von As,
ist größer als
die einer Dotierung in der ersten epitaktisch gewachsenen Schicht,
wie später
diskutiert wird. Die Konzentration des in dem Halbleitersubstrat 1 als
eine Dotierung bzw. Verunreinigung enthaltenen Sauerstoffs ist auf
einem Bereich von 12 × 1017 Atome/cm3 bis
20 × 1017 Atome/cm3 beschränkt. Der
Grund, warum die Sauerstoffkonzentration auf diesem Bereich beschränkt ist,
wird später mit
Bezug zu 2–5 beschrieben.
Es ist eine Drainelektrode 7 auf der ersten Hauptoberfläche 1S1 des
Halbleitersubstrates 1 gebildet, und es ist eine epitaktisch
gewachsene Schicht 10 durch epitaktisches Wachsen auf der
zweiten Hauptoberfläche 1S2 des
Halbleitersubstrates 1 gebildet.
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Die
epitaktisch gewachsene Schicht 10 enthält (i) die erste epitaktisch
gewachsene Schicht 2 des ersten Leitungstyps, die eine
Dotierung des ersten Leitungstyps (n-Typ) enthält, und (ii) eine Diffusionsschicht
oder eine p-Kanalschicht 3 des zweiten Leitungstyps, die
eine Dotierung des zweiten Leitungstyps (p-Typ) enthält. In anderen
Worten ist die erste Hauptoberfläche 2S1 der
ersten epitaktisch gewachsenen Schicht 2 die erste Grenzfläche bzw.
das erste Interface zu der zweiten Hauptoberfläche 1S2 des Halbleitersubstrates 1,
während
die zweite Hauptoberfläche 2S2 der
ersten epitaktisch gewachsenen Schicht 2, die entgegengesetzt
zu der ersten Hauptoberfläche 2S1 ist,
die zweite Grenzfläche
zu der dritten Hauptoberfläche 3S1 der
Diffusionsschicht 3 ist.
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Da
das Basismaterial der Diffusionsschicht 3 die epitaktisch
gewachsene Schicht ist, werden die erste epitaktisch gewachsene
Schicht 2 und die Diffusionsschicht 3 hier allgemein
als epitaktisch gewachsene Schicht 10 definiert. Nach dem
Bilden der Diffusionsschicht 3 wird jedoch nur die erste
epitaktisch gewachsene Schicht 2 als epitaktisch gewachsene
Schicht zurückgelassen,
und daher kann die erste epitaktisch gewachsene Schicht 2 einfach
als "die epitaktisch
gewachsene Schicht" bezeichnet werden.
Weiterhin kann die Diffusionsschicht 3 als "die Halbleiterschicht
des zweiten Leitungstyps" definiert
werden.
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Weiterhin
ist die epitaktisch gewachsene Schicht 10 von ihrer Oberfläche zu ihrem
Inneren derart geöffnet,
daß ein
Graben 6 gebildet ist. Speziell ist der Graben 6 derart
gebildet, daß er
sich von der vierten Hauptoberfläche 3S2 der
Diffusionsschicht 3, die zu der dritten Hauptoberfläche 3S1 entgegengesetzt
ist, zu dem Inneren der ersten epitaktisch gewachsenen Schicht 2 durch
die zweite Grenzfläche
erstreckt. Ein aus SiO2 gebildeter Gateoxidfilm (im
folgenden einfach als Oxidfilm bezeichnet) ist komplett auf einer
Bodenoberfläche 6B und
einer Wandoberfläche
oder einer Seitenoberfläche 6W,
die die Bodenoberfläche 6B des
Grabens 6 umgibt, gebildet. Eine Sourceschicht 4,
die eine n-Dotierungsschicht
ist, ist von einem Abschnitt der Diffusionsschicht 3 an
einer Öffnungsecke 6C des
Grabens 6, speziell ein Abschnitt der vierten Hauptoberfläche 3S2 der
Diffusionsschicht 3, der die Lippe bzw. Kante der Wandoberfläche 6W des
Grabens 6 ist, zu dem Inneren in der Diffusionsschicht 3 entlang
der Wandoberfläche 6W gebildet.
Eine leitende Schicht oder eine vergrabene Grabenschicht 11,
die nicht in Kontakt mit der Wandoberfläche 6W ist, ist komplett auf
und über
dem Oxidfilm 5 derart gebildet, daß der Graben 6 gefüllt ist.
Die leitende Schicht 11 ist mit einer nicht gezeigten Gateelektrode
verbunden.
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Weiterhin
ist ein Zwischenschichtisolierfilm 9 auf der vierten Hauptoberfläche 3S2 der
Diffusionsschicht 3 derart gebildet, daß die obere Oberfläche der
leitenden Schicht 11 und des Oxidfilmes 5 nahe der
Ecke 6C des Grabens 6 bedeckt sind, und eine Sourceelektrode 8 ist
derart auf dem anderen Abschnitt der vierten Hauptoberfläche 352 gebildet,
daß der
Zwischenschichtisolierfilm 9 bedeckt ist.
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Die
Dicke der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 wird so eingestellt,
daß sie
nicht größer ist als
20 μm, wie
später
beschrieben wird.
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Ein
Betrieb des vertikalen Leistungs-MOSFET mit der obigen Struktur
ist der gleiche, wie der der Vorrichtung von 14. Speziell
in einem Zustand, bei dem eine Vorwärtsdrainspannung über die Drainelektrode 7 und
die Sourceelektrode 8 angelegt wird (daher ist der pn-Übergang
der zweiten Übergangsfläche rückwärts bzw.
in Sperrichtung vorgespannt), wenn eine die vorbestimmte Gateschwellenspannung übersteigende
Gatespannung an die Gateelektrode angelegt wird, fließen Ladungsträger von einer
externen Schaltung durch die Sourceelektrode 8, die Sourceschicht 4,
den Kanalbereich, der nahe der Übergangsfläche zwischen
dem Oxidfilm 5 und der Diffusionsschicht 3 in
eine n-Schicht invertiert
ist, die erste epitaktisch gewachsene Schicht 2 und das Halbleitersubstrat 1 zu
der Seite der Drainelektrode 7, wodurch die Vorrichtung
einen EIN-Zustand erreicht.
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Wie
vorher beschrieben wurde, ist es bei der Leistungshalbleitervorrichtung
wahrscheinlich, daß eine
Metallkontamination und ein Kristalldefekt aufgrund von Schäden des
Trockenätzens
und ähnlichem
während
der Waferbearbeitung innerhalb der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 verursacht
werden. Es ist bekannt, daß die
Schwierigkeitsquellen, d.h. die Metallkontamination und der Kristallfehler
innerhalb der epitaktisch gewachsenen Schicht 10, durch
den intrinsischen Gettereffekt unter Verwendung des innerhalb des
Halbleitersubstrates 1 gebildeten Kristallfehlers reduziert
werden. Da die Dichte der Kristallfehler innerhalb des Halbleitersubstrates 1 proportional
zu der Sauerstoffkonzentration ist, wenn die Sauerstoffkonzentration
relativ gering ist, wird der durch die Ablagerung von O2-Kernen
innerhalb des Halbleitersubstrates 1 verursachte intrinsische
Gettereffekt derart geringer, daß ein Leckstrom zwischen Drain
und Source auftritt. Wenn ein Leckstrom deutlich erzeugt wird, wird
der Hauptdurchbruch ebenfalls verringert.
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Dann
entsteht ein Bedarf zum Erhöhen
der Sauerstoffkonzentration und da ein EIN-Strom in einem Substrat,
das die erste epitaktisch gewachsene Schicht 2 und das
Halbleitersubstrat 1 enthält, in der vorliegenden Leistungshalbleitervorrichtung
fließt,
ist eine weitere Studie von einem verschiedenen Standpunkt eines
horizontalen MOSFET notwendig. Speziell wenn die Sauerstoffkonzentration
zu groß festgelegt
wird, steigt der Widerstand des Halbleitersubstrates 1 derart
an, daß ein
EIN-Widerstand der Vor richtung nachteilig erhöht wird, da die Konzentration der
Dotierung des ersten Leitungstyps in dem Halbleitersubstrat 1,
d.h. As, abnimmt, wenn die Sauerstoffkonzentration hoch ist. Daher
ist es bei der vorliegenden Leistungshalbleitervorrichtung notwendig, einen
Steuer- bzw. Kontrollbereich der Sauerstoffkonzentration derart
abzuleiten, daß der
gesamte Vorteil des intrinsischen Gettereffektes unter Berücksichtigung
der Unterdrückung
des Ansteigens des Widerstands des Halbleitersubstrates 1 und
des Ansteigens des Verhältnisses
des Widerstandes der ersten epitaktisch gewachsenen Schicht 2 zu
dem der gesamten Vorrichtung erreicht wird. Basierend auf der obigen Überlegung
und des obigen Standpunktes ist das Ergebnis der Studie durch die
Erfinder der vorliegenden Erfindung betreffend einer optimalen Sauerstoffkonzentration
in einer Leistungsvorrichtung, wie zum Beispiel ein vertikaler MOSFET,
in den Figuren gezeigt, die im folgenden beschrieben werden.
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Erstens
zeigt 2 ein experimentelles Ergebnis, das eine Beziehung
zwischen der Sauerstoffkonzentration (im folgenden wird die Sauerstoffkonzentration
durch ein Zeichen Oi dargestellt) in dem Halbleitersubstrat 1 und
der Gatespannung zeigt.
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Dieses
Experiment wird wie folgt ausgeführt. Das
Ergebnis von 2 zeigt eine Bedingung der Sauerstoffkonzentration
Oi, die von den oben erwähnten
Schwierigkeiten die Schwierigkeit ➂ löst. Genauer wird jeder Siliziumwafer
(jede Siliziumscheibe) vor dem Polieren aus einem Halbleiterstab
bzw. Rohling von monokristallinem Silizium, das As als eine Dotierung
des ersten Leitungstyps enthält,
entnommen. In diesem Fall enthält
der Halbleiterstab aus monokristallinem Silizium Sauerstoff als
eine Dotierung, und die Konzentration des Sauerstoffes weist einen
Gradienten relativ zu der Zugrichtung des Halbleiterstabes oder
einer Richtung des Kristallwachstums auf. Ein Siliziumwafer wird
aus einem Bereich des Halbleiterstabes zum Verwenden als Probe für einen
Durchbruchsspannungstest des Gateoxidfilmes herausgeschnitten. Ein
Wert der Sauerstoffkonzentration Oi der waagrechten Achse in 2 zeigt
einen Mittelwert von jedem Schnittbereich des Halbleiterstabes.
Die senkrechte Achse von 2 zeigt eine angelegte Spannung,
wenn die Eigenschaften des Gateoxidfilmes verloren werden. Die Filmdicke
t der in jeder Probe gebildeten, epitaktisch gewachsenen Schicht 10 ist
so eingestellt, daß sie nicht
mehr als 20 μm
beträgt.
In 2 bezeichnet ein Zeichen σ eine Standardabweichung.
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Aus 2 ist
ersichtlich, daß die
Sauerstoffkonzentration Oi 12 × 1017 Atome/cm3 zu der
Zeit beträgt,
wenn alle Proben den Standardwert von 7 MV/cm übersteigen.
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3 zeigt
ein experimentelles Ergebnis, das eine Beziehung zwischen der Sauerstoffkonzentration
Oi in dem Halbleitersubstrat 1 und der Leckstromfehlerrate
zeigt, was die obigen Schwierigkeiten ➀ und ➁ betrifft.
Die waagrechte Achse von 3 stellt den Mittelwert ähnlich wie
die von 2 dar.
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Aus 3 ist
ersichtlich, daß,
wenn die Sauerstoffkonzentration Oi auf 12 × 1017 Atome/cm3 eingestellt ist, die Leckstromfehlerrate
stark abfällt,
und die Verbesserung ist deutlich gezeigt. Wenn die Sauerstoffkonzentration
Oi größer als
dieser Wert eingestellt wird, nimmt die Leckstromfehlerrate noch
steiler zu 0% ab und erreicht 0% bei der Sauerstoffkonzentration
Oi von 17 × 1017 Atome/cm3. Daher
führt das Einstellen
der Sauerstoffkonzentration Oi derart, daß sie nicht geringer ist als
12 × 1017 Atome/cm3, zu
der Verbesserung bzw. Lösung
der Schwierigkeiten ➀ und ➁.
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Andererseits
zeigt 4 ein experimentelles Ergebnis, das eine Beziehung
zwischen einem Substratwiderstand des Halbleitersubstrates 1 und
der Sauerstoffkonzentration Oi davon zeigt. Bei diesem Experiment
ist eine Probe aus einem Siliziumwafer von 5 Zoll als Basismaterial
gebildet, der As enthält und
dessen Kristallorientierung auf der Waferoberfläche eine Ebene (001) ist. In 4 stellt
die waagrechte Achse den spezifischen Widerstand ρ (Ω cm) des
Halbleitersubstrates 1 dar und stellt die senkrechte Achse
die Sauerstoffkonzentration Oi dar.
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In 4 wird
der Unterschied zwischen den durch a und b bezeichneten Ergebnissen
durch den Unterschied der zum Bilden der Halbleiterstäbe benutzten Öfen verursacht.
In dem Fall der Probe a ist die obere Grenze der in dem Siliziumwafer
enthaltenen Sauerstoffkonzentration Oi derart reguliert bzw. eingestellt,
daß sie
ungefähr
18 × 1017 Atome/cm3 bei einem
im Stand der Technik bekannten Kristallwachsen beträgt.
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Aus 4 ist
ersichtlich, daß der
Bulkwiderstand des Halbleitersubstrates 1 proportional
zu der Sauerstoffkonzentration Oi ansteigt. Zum Begrenzen des spezifischen
Widerstandes ρ unter
0,006 Ω cm, d.h.
zum Erhalten des niedrigen spezifischen Widerstandes des Halbleitersubstrates 1,
ist es wünschenswert,
daß die
Sauerstoffkonzentration Oi innerhalb von 20 × 1017 Atome/cm3 eingestellt ist. Wenn die untere Grenze
der Sauerstoffkonzentration Oi derart eingestellt ist, daß sie 12 × 1017 Atome/cm3 beträgt, ist
die untere Grenze des spezifischen Widerstandes ρ 0,002 Ω cm.
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Unter
Berücksichtigung
der Ergebnisse von 2–4 liegt
die geeignete Sauerstoffkonzentration Oi in einem Bereich von 12 × 1017 Atome/cm3 bis
20 × 1017 Atome/cm3. In
anderen Worten wird die Sauerstoffkonzentration Oi derart eingestellt,
daß der spezifische
Widerstand ρ des
Halbleitersubstrates 1 in einem Bereich von 0,002 Ω cm bis
0,006 Ω cm liegt.
Wenn die Sauerstoffkonzentration Oi derart gesteuert wird, daß sie in
dem Bereich liegt, kann der Gettereffekt voll ausgeübt werden,
während
das Ansteigen des spezifischen Widerstandes des Halbleitersubstrates 1 verhindert
wird und daher das Ansteigen des EIN-Widerstandes verhindert wird.
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Wenn
daher die Sauerstoffkonzentration des Halbleitersubstrates 1 in
dem Bereich von 12 × 1017 (Atome/cm3) bis
20 × 1017 (Atome/cm3) eingestellt
ist, können
die Leckstromquelle und die Quelle der Verschlechterung der Gateoxidfilmdurchbruchseigenschaften,
wie zum Beispiel eine Metallkontamination und ein Kristallfehler
innerhalb der epitaktisch gewachsenen Schicht 10, durch
den intrinsischen Getter- bzw. Fangeffekt unter Verwendung des Fehlers
in dem Halbleitersubstrat 1 gegettert werden. Weiterhin wird
zu dieser Zeit verhindert, daß der
spezifische Widerstand des Halbleitersubstrates 1 ansteigt,
so daß er
in den Bereich von 0,002 Ω cm
bis 0,006 Ω cm fällt, und
daher wird ein Halbleitersubstrat 1 mit sehr geringem Widerstand
erzielt. Dies führt
zu einem Abnehmen des EIN-Widerstandes der Vorrichtung, wie oben
beschrieben wurde. Da der intrinsische Gettereffekt voll ausgeübt werden
kann, ohne den EIN-Widerstand zu erhöhen, wird zwischen dem Drain
und dem Source kein Leckstrom erzeugt, und daher wird eine Leistungshalbleitervorrichtung
mit exzellenten Eigenschaften erhalten, ohne Verschlechterung der Hauptdurchbruchsspannungseigenschaften
und mit stabilen Gateoxidfilmdurchbruchsspannungseigenschaften.
Als Ergebnis wird ein Effekt des Erhöhens einer Ausbeute der Leistungshalbleitervorrichtung
erreicht.
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Bei
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird As als eine n-Typ-Dotierung
verwendet, die in dem Halbleitersubstrat 1 enthalten ist.
Mit As ist es leichter, ein Halbleitersubstrat 1 mit sehr
geringem Widerstand (0,002 Ω cm
bis 0,006 Ω cm)
zu erreichen. Natürlich
ist die Dotierung in dem Halbleitersubstrat 1 nicht auf
As beschränkt,
und der gleiche Effekt, wie oben, kann ebenfalls mit anderen Donatoren
erreicht werden.
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In
diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist
die Dicke der epitaktisch gewachsenen Schicht 2 derart
eingestellt, daß sie
nicht mehr als 20 μm
beträgt.
Dies basiert auf dem folgenden Grund und der folgenden Überlegung.
Ausgedrückt
in der Drain-Source-Durchbruchsspannung
entspricht die Dicke t der Drain-Source-Durchbruchsspannung von nicht mehr als
ungefähr
150 V. Ein Vorteil des Grabengates gegenüber dem ebenen Gate ist der,
daß der
Kanalwiderstand in einer Zelle des Grabengates verringert ist, da
die Kanaldichte des Grabengates höher ist. Wenn die Drain-Source-Durchbruchsspannung
gering ist, speziell wenn sie nicht mehr als 150 V beträgt, ist
das Verhältnis
des Widerstandes der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 zu
dem Widerstand der gesamten Vorrichtung groß und daher erlaubt die Grabengatestruktur
eine Reduzierung des Widerstandes der gesamten Vorrichtung. Wenn die Drain-Source-Durchbruchsspannung
größer als
150 V ist, hängt
der Widerstand der gesamten Vorrichtung fast nur von dem Bulkwiderstand
der ersten, epitaktisch gewachsenen Schicht 2 ab, und daher
hat die Abnahme des Kanalwiderstandes durch Verwendung der Grabengatestruktur
nur eine geringer Auswirkung auf die Verbesserung der Reduzierung
des Widerstandes der gesamten Vorrichtung. Zum vollständigen Ausnützen des
Vorteiles der Grabengatestruktur ist es wünschenswert, daß die Durchbruchsspannung
derart eingestellt ist, daß sie
nicht mehr als 150 V beträgt.
In anderen Worten ist die Dicke t derart eingestellt, daß sie nicht
mehr als 20 μm
beträgt.
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5 zeigt
eine Beziehung zwischen der Drain-Source-Durchbruchsspannung und dem EIN-Widerstand.
Die gleiche Beziehung von 5 ist beispielsweise
in "Transistor Gijyutsu" (CQ Publishing Corporation
Ltd.) von September 1994 gezeigt. Es ist aus 5 ersichtlich,
daß das
Verhältnis
des EIN-Widerstandes des Grabengates und des ebenen Gates 1:4 beträgt, wenn
die Drain-Source-Durchbruchsspannung 40 V beträgt, daß das Verhältnis 1:2 beträgt, wenn
die Drain-Source-Durchbruchsspannung 100 V beträgt, daß das Verhältnis 1:1,5 beträgt, wenn
die Drain-Source-Durchbruchsspannung
150 V beträgt,
und daß das
Verhältnis
1:1,5 beträgt,
wenn die Drain-Source-Durchbruchsspannung 200 V beträgt. Somit
wird der mit der Grabengatestruktur erhaltene Effekt verringert,
wenn die Drain-Source-Durchbruchsspannung über 150 V liegt. Kurz gesagt
kann, wenn die Grabengatestruktur unter der Bedingung angepaßt ist,
daß die
Drain-Source-Durchbruchsspannung nicht mehr als 150 V beträgt, in anderen
Worten, daß die
Dicke t der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 nicht mehr
als 20 μm beträgt, der
Widerstand der gesamten Vorrichtung effektiv zum Verbessern der
Eigenschaften reduziert werden. In diesem Hinblick ist es wünschenswert, daß die Dicke
t derart eingestellt wird, daß sie
nicht mehr als 20 μm
beträgt,
obwohl die Dicke t ≤ 20 μm keine wesentliche
Bedingung ist.
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Es
ist bevorzugt, daß der
Siliziumwafer als ein Basismaterial des Halbleitersubstrates 1 eine Ausrichtungsabflachung
bzw. -flat aufweist, deren bzw. dessen Normalenrichtung eine der
bei den Kristallachsen ist, die senkrecht zu einer Kristallachse sind,
die senkrecht zu der Oberfläche
des Wafers ist. Wenn die Kristallachsen des Siliziumwafers und die Ausrichtungsabflachung
wie oben festgelegt sind und die vorliegende Leistungshalbleitervorrichtung derart
hergestellt ist, daß die
longitudinale Richtung des Grabens parallel zu der Normalenrichtung
der Ausrichtungsabflachung oder parallel zu eine der anderen Achsen
senkrecht zu der Normalenrichtung der Ausrichtungsabflachung ist,
ist es möglich,
die Dicke des Oxidfilmes 5, der auf der Seitenoberfläche 6W und
der Bodenoberfläche 6B des
Grabens 6, der als Gate dient, gebildet ist, gleichmäßig zu bilden
und weiter die Durchbruchsspannungseigenschaft des Gateoxidfilmes
zu verbessern. Zu diesem Punkt wird eine Erläuterung mit einem Vergleich
zwischen 6A und 6B und 7A und 7B angegeben.
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6A zeigt
ein Basismaterial das MOSFET mit dem Grabengate und eine Beziehung
zwischen den Kristallachsen des Siliziumwafers und der Ausrichtungsabflachung
OFP, die allgemein im Stand der Technik verwendet werden, während 6B schematisch
eine vergrößerte Ansicht
der Grabengatestruktur zeigt, die derart gebildet ist, daß die longitudinale
Richtung des Grabens in einer Richtung <110> in
dem Wafer von 6A gebildet ist. In diesem Fall variiert
der Grad der Kopplung der Bindungen der Siliziumatome mit der Kristalloberfläche, und
daher ist die Filmdicke des Oxidfilmes 5P ungleichmäßig. Unter
der Annahme, daß die
Dicke des Oxidfilmes 5P auf der Seitenoberfläche 6WP des
Grabens beispielsweise a beträgt,
beträgt
die Dicke des Oxidfilmes 5P auf der Bodenoberfläche 6BP 0,8a,
was dünner
ist. Wenn die Filmdicke ungleichmäßig ist, ist der Widerstand
gegen Druck bzw. Spannung lokal an einem dünnen Abschnitt verschlechtert
und die Durchbruchsspannungseigenschaften des Oxidfilmes sind insgesamt
verschlechtert.
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Wenn
andererseits der Siliziumwafer von 7,
dessen Kristallorientierung der Oberfläche eine Ebene (001) und dessen
Kristallorientierung der Ausrichtungsabflachung OF eine Ebene (100)
ist, als das Basismaterial des Halbleitersubstrates 1 von 1 verwendet
wird, weisen die Oxidfilme 5 auf der Wandoberfläche 6W und
der Bodenoberfläche 6B des
Grabens 6 jeweils die gleiche Filmdicke auf, wie in 7B gezeigt
ist, und es ist möglich,
effektiv zu verhindern, daß die
Filmdicke lokal dünner
wird. In diesem Fall kann der Graben 6 derart gebildet
werden, daß seine
longitudinale Richtung parallel zu einer Richtung <100> ist, wie durch C1
von 7A dargestellt ist, oder kann derart gebildet
werden, daß seine
longitudinale Richtung parallel zu einer Richtung <010> gebildet ist, wie
durch C2 von 7A dargestellt ist. Der erste
Fall ist in 7B gezeigt.
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Somit
ist es möglich,
die Kristallorientierung der Ausrichtungsabflachung bei der Maskenausrichtung
effektiv zu verwenden.
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Da
der Siliziumeinkristall kubisch ist, erreicht der Siliziumwafer
mit einer äquivalenten
Beziehung zu der Orientierungsbeziehung von 7A den
gleichen Effekt.
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Wie
oben diskutiert wurde, ist es bevorzugt, daß der vertikale MOSFET von 1 in
dem Siliziumwafer von 7A derart gebildet ist, daß die longitudinale
Richtung des Grabens parallel zu der Normalenrichtung der Ebene,
die als die Ausrichtungsabflachung gebildet ist, oder parallel zu
der Kristallachse, die in der Waferoberfläche senkrecht zu der Normalenrichtung
der als Ausrichtungsabflachung gebildeten Ebene enthalten ist, ist.
Auch wenn ein allgemeiner Siliziumwafer von 6A verwendet
wird, kann der gleiche Effekt, wie mit Bezug zu 1 bis 4 diskutiert
wurde, erreicht werden, und der Siliziumwafer von 6A kann
verwendet werden. In diesem Punkt ist die Verwendung des Siliziumwafers von 7A als
ein Basismaterial keine wesentliche Forderung der vorliegenden Erfindung.
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Die
Technik zum Bestimmen der longitudinalen Richtung des Grabens parallel
zu der Richtung <100> ist in der Japanischen
Patentanmeldung 4-47988A beschrieben.
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Somit
kann bei dem Halbleitersubstrat 1 mit sehr geringem spezifischen
Widerstand (in dem Bereich von 0,002 Ω cm bis 0,006 Ω cm), das
den Sauerstoff mit optimaler Konzentration (in dem Be reich von 12 × 1017 Atome/cm3 bis
20 × 1017 Atome/cm3) und
die durch epitaktisches Wachsen auf der Oberfläche des Halbleitersubstrates 1 erzeugte
Schicht 10 enthält,
der intrinsische Gettereffekt voll ausgeübt werden, während der
optimale EIN-Widerstandswert sichergestellt
wird, wodurch es möglich
wird, die Erzeugung des Drain-Source-Leckstromes und die Verschlechterung
der Durchbruchsspannungseigenschaften des Gateoxidfilmes zu verhindern.
Daher wird es ebenfalls möglich,
ein Herstellungsverfahren einer Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen,
das eine bemerkenswerte Verbesserung der Ausbeute ermöglicht.
Das Verfahren wird in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
im folgenden beschrieben.
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Das
technische Konzept des ersten bevorzugten Ausführungsbeispieles ist nicht
nur auf den vertikalen MOSFET mit dem Grabengate von 1 anwendbar,
sondern ebenfalls auf andere Leistungsvorrichtungen, wie zum Beispiel
ein vertikalen MOSFET mit ebenen Gate und eine Diode, und es ist
weiter anwendbar auf eine Struktur, bei der der erste Leitungstyp
der p-Typ ist und der zweite Leitungstyp der n-Typ ist, anstatt
der Struktur von 1.
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Zweites bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
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Bei
dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird eine Beschreibung eines Herstellungsverfahrens des vertikalen
MOSFET mit dem Grabengate, der ein Beispiel der Leistungshalbleitervorrichtung
entsprechend dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, angegeben.
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8 ist
eine Draufsicht, die einen Zustand zeigt, bei dem eine Mehrzahl
von vertikalen MOSFET mit Grabengates auf einem Halbleitersubstrat,
dessen Material ein Siliziumwafer ist, gebildet sind. 9A, 9B und 9C,
auf die später
Bezug genommen wird, sind Querschnittsansichten entlang der Linie
a-a', b-b' bzw. c-c' von 8 und
Abschnitte in diesen Figuren werden als Zellabschnitt, Ziehabschnitt
(Zeichnungsabschnitt) bzw. peripherer Abschnitt bezeichnet. Dasselbe
trifft auf 10A–10C, 11A–11C, 12A–12C und 13A–13C zu, auf die später durch A, B und C Bezug
genommen wird.
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Weiterhin
wird bei dem MOSFET des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles durch Bilden einer
Feldplattenstruktur an dem Ziehabschnitt und dem peripheren Abschnitt,
bei dem eine Mehrzahl von MOSFET gebildet sind, ein elektrisches
Feld an einem Ende einer Verarmungsschicht nahe der vierten Hauptoberfläche 3S2,
wie später
beschrieben wird, derart entspannt, daß eine hohe Durchbruchsspannung
für eine
Leistungshalbleitervorrichtung sichergestellt wird. Speziell eine
p-Schicht 13, ein Oxidfilm 15 und die leitende
Schicht 11 von 13B und 13C, die später
diskutiert werden, Bilden eine Feldplattenstruktur zum Sicherstellen
einer hohen Durchbruchsspannung.
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8 zeigt
eine Gateschicht 18 und eine Aluminiumleitung 19,
die die Gateschicht 18 und eine externe Steuerschaltung
verbindet.
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Erster Schritt
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In
dem ersten Schritt wird das Halbleitersubstrat (siehe 1)
des ersten Leitungstyps mit der Sauerstoffkonzentration in dem Bereich
von 12 × 1017 Atome/cm3 bis
20 × 1017 Atome/cm3 vorbereitet.
Die Dotierungskonzentration des Halbleitersubstrates 1 ist
größer als
die der ersten, epitaktisch gewachsenen Schicht 2 (siehe 1)
des ersten Leitungstyps, wie später
diskutiert wird, und der spezifische Widerstand des Halbleitersubstrates 1 ist
derart eingestellt, daß er
nicht größer ist
als 0,006 Ω cm.
Das Halbleitersubstrat 1 ist ein Wafer mit der Kristallorientierung von 7A und
die longitudinale Richtung des in einem späteren Schritt gebildeten Grabens
wird als die Richtung von 7B festgelegt.
Obwohl der erste Leitungstyp der n-Typ ist und das Halbleitersubstrat 1 As
(Arsen) als eine Dotierung (Donator) des ersten Leitungstyps in
dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
enthält,
kann eine andere n-Dotierung, wie zum Beispiel P (Phosphor) verwendet
werden.
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Zweiter Schritt
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Der
zweite Schritt ist ein Schritt zum Bilden einer epitaktisch gewachsenen
Schicht des ersten Leitungstyps auf der Hauptoberfläche des
Halbleitersubstrates 1.
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Wie
in 9A–9C gezeigt
ist, wird die epitaktisch gewachsene Schicht 10 des ersten
Leitungstyps durch epitaktisches Wachsen bzw. Aufwachsen auf der
zweiten Hauptoberfläche 1S2 des Halbleitersubstrates 1 gebildet.
Die Filmdicke t der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 wird
derart eingestellt, daß sie
nicht mehr als 20 μm
beträgt.
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Weiterhin
wird, wie in 9A–9C gezeigt
ist, ein Oxidfilm 12 durch thermische Oxidation auf der
Oberfläche
der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 gebildet, und danach
werden Öffnungen 16 und 17 selektiv
durch Photolithographietechnik gebildet. Die p-Schicht 13 des zweiten Leitungstyps wird
bis zu einer vorbestimmten Tiefe an dem Grabenziehabschnitt von 9B und
dem peripheren Abschnitt von 9C durch
eine Ionenimplantationstechnik unter Verwendung der Öffnungen 16 und 17 gebildet.
Beim Bilden der p-Schicht 13 wird B (Bor) als eine Dotierung
des zweiten Leitungstyps verwendet. Die Konzentration der p-Schicht
13 wird derart eingestellt, daß sie
geringer ist als die Dotierungskonzentration der Diffusionsschicht 3,
wie später
diskutiert wird.
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Dritter Schritt
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Bei
dem dritten Schritt wird eine Dotierung des zweiten Leitungstyps
derart gebildet, daß sie
sich von der Oberfläche
der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 zu dem Inneren davon
derart erstreckt, daß die
erste, epitaktisch gewachsene Schicht 2 (siehe 1)
des ersten Leitungstyps und die Diffusionsschicht 3 des
zweiten Leitungstyps gebildet werden. Weiterhin wird der Graben 6 derart
gebildet, daß er sich
von der Oberfläche
der Diffusionsschicht 3 (siehe 1) zu dem
Inneren der ersten epitaktisch gewachsenen Schicht 2 erstreckt,
und der Oxidfilm 5 (siehe 1) wird
vollständig
auf der Bodenoberfläche 6B und
der Wandoberfläche 6W des
Grabens 6 gebildet (siehe 1). Speziell
werden die obigen Bildungen wie folgt durchgeführt.
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Der
Oxidfilm 12 in dem Zellenabschnitt und dem Ziehabschnitt
von 9A und 9B wird
entfernt, wie in 10A und 10B gezeigt
ist.
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Als
nächstes
wird eine Dotierung des zweiten Leitungstyps, z.B. B (Bor), derart
von der Oberfläche
der epitaktisch gewachsenen Schicht 10 zu dem Inneren davon
implantiert und diffundiert, daß die
Diffusionsschicht 3 des zweiten Leitungstyps bis zu einer
vorbestimmten Tiefe gebildet wird, wie in 10A bis 10C gezeigt ist. Wenn die obige, epitaktisch gewachsene
Schicht des ersten Leitungstyps als die erste, epitaktisch gewachsene Schicht 2 bezeichnet
wird, kann die Diffusionsschicht des zweiten Leitungstyps als die
zweite epitaktisch gewachsene Schicht 3 unter der Berücksichtigung, daß die Diffusionsschicht
des zweiten Leitungstyps unter Verwendung der epitaktisch gewachsenen Schicht
als Basismaterial gebildet wird, definiert werden. Kurz gesagt,
enthält
die epitaktisch gewachsene Schicht 10 in der folgenden
Diskussion die erste, epitaktisch gewachsene Schicht 2,
die Diffusionsschicht 3 und die p-Schicht 13.
Die erste Hauptoberfläche 2S1 der
ersten, epitaktisch gewachsenen Schicht 2 ist die erste Übergangsfläche zu der
zweiten Hauptoberfläche 1S2 des
Halbleitersubstrates 1, während die zweite Hauptoberfläche 2S2 der
ersten epitaktisch gewachsenen Schicht 2, die entgegengesetzt zu
der ersten Hauptoberfläche 2S1 ist,
die zweite Übergangsfläche zu der
dritten Hauptoberfläche 3S1 der
Diffusionsschicht 3 ist.
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Weiterhin
wird der dicke Oxidfilm 15 auf der p-Schicht 13 in
dem Ziehabschnitt, wie in 10B gezeigt
ist, gebildet.
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Danach
wird, wie in 11A–11C gezeigt
ist, eine n-Dotierung mit hoher Konzentration, z.B. As (Arsen),
selektiv in die Oberfläche
der Diffusionsschicht 3, speziell die vierte Hauptoberfläche 3S2 der
Diffusionsschicht 3, die entgegengesetzt zu der dritten
Hauptoberfläche 3S1 ist,
durch Photolithographietechnik derart implantiert, daß die Sourceschicht 4 bis
zu einer vorbestimmten Tiefe und nicht in Kontakt mit der ersten,
epitaktisch gewachsenen Schicht 2 gebildet wird. Danach
wird ein Oxidfilm 14 auf der Oberfläche der epitaktisch gewachsenen
Schicht 10 gebildet.
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Der
Graben 6 wird derart gebildet, daß er sich von vierten Hauptoberfläche 3S2 der
Diffusionsschicht 3 zu dem Inneren davon wie folgt erstreckt.
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Wie
speziell in 12A–12C gezeigt ist,
wird der Graben 6 von der vierten Hauptoberfläche 3S2 der
Diffusionsschicht 3 zu dem Inneren der ersten epitaktischen
Schichten 2 über
die zweite Schnittfläche
durch Photolithographietechnik und Trockenätztechnik selektiv gebildet.
Zu dieser Zeit wird der Graben 6 derart gebildet, daß die Sourceschicht 4 getrennt
wird und daß die
Sourceschicht 4 noch an der Ecke 6C des Grabens 6 in
der zweiten, epitaktisch gewachsenen Schicht 3 verbleibt.
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Weiterhin
wird, wie in 12A und 12B gezeigt
ist, der aus einem SiO2-Film gebildete Gateoxidfilm 5 komplett
auf der Bodenoberfläche 6B und der
Wandoberfläche 6W,
die die Bodenoberfläche 6B des
Grabens 6 umgibt, gebildet.
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Vierter Schritt
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Bei
dem vierten Schritt wird, wie in 13A und 13B gezeigt ist, die vergrabene Grabenschicht 11,
die eine leitende Schicht ist, über
und auf der Oberfläche
des Oxidfilmes 5 derart vorgesehen, daß der Graben 6 gefüllt wird.
Zu dieser Zeit wird, wie in 13B gezeigt
ist, die leitende Schicht 11 derart gebildet, daß sie sich
von dem Graben 6 zu den Oxidfilmen 14 und 15 in
dem Ziehabschnitt erstreckt und in Kontakt mit der Gateelektrode
(nicht gezeigt) ist. Weiterhin kann ein Metall, wie zum Beispiel
Aluminium, als leitende Schicht 11 verwendet werden, obwohl
ein polykristallines Silizium, das eine hohe Konzentrati on der Dotierung
des ersten Leitungstyps enthält,
in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Als
nächstes
wird ein Oxidfilm derart gebildet, daß eine freigelegte obere Oberfläche der
leitenden Schicht 11 derart bedeckt wird, daß er ein
vereinter Körper
mit den Oxidfilmen 14 und 15 ist. Obwohl nicht
gezeigt, wird weiterhin die Zwischenschichtisolierschicht 9 (wie
in 1), wie zum Beispiel PSG, auf dem vereinten Oxidfilm 14 gebildet.
Danach werden der Oxidfilm 14 und der Zwischenschichtisolierfilm 9,
die nicht auf der leitenden Schicht 11 und einem Teil der
Sourceschicht 4 sind, durch Photolithographietechnik und Ätztechnik
derart entfernt, daß der
andere Abschnitt der vierten Hauptoberfläche 3S2 freigelegt
wird. Die Sourceelektrode 8 (siehe 1) wird
derart gebildet, daß der
freigelegte Abschnitt der vierten Hauptoberfläche 3S2 und der Zwischenschichtisolierfilm 9 bedeckt
werden. Die Drainelektrode 7 (siehe 1) wird
auf der ersten Hauptoberfläche 1S1 des
Halbleitersubstrates 1 gebildet. Somit wird der senkrechte
MOSFET mit Grabengate von 1 fertiggestellt.
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In
dem ersten bis vierten Schritt wird der intrinsische Getterschritt
nicht als ein unabhängiger Schritt
angegeben. Der Grund ist wie folgt.
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Beispielsweise
der Schritt des Bildens der p-Schicht 13 in dem zweiten
Schritt enthält
eine Wärmebehandlung
bei 1200°C
für eine
Stunde nach der Implantation der p-Dotierung des zweiten Leitungstyps. Ähnlich enthält der Schritt
des Bildens der Diffusionsschicht 3 in dem dritten Schritt
einen Wärmeschritt
bei 1100°C
für zwei
Stunden. Somit werden in dem ersten und vierten Schritt Hochtemperaturwärmebehandlungsschritte
durchgeführt.
Der intrinsische Getterschritt verwendet den Wärmebehandlungsschritt und nutzt
aktiv und effektiv nutzbare Schritt in dem Herstellungsprozeß. Somit
kann die Durchführbarkeit
und allgemeine Flexibilität
des intrinsischen Getterschrittes ohne einen zusätzlichen unabhängigen Schritt
erzielt werden.
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Bei
dem Herstellungsverfahren des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles
wird, da die epitaktisch gewachsene Schicht des ersten Leitungstyps
und die Diffusionsschicht des zweiten Leitungstyps (p-Typ) auf dem
Halbleitersubstrat, das eine hohe Konzentration der Dotierung des
ersten Leitungstyps (n-Typ) aufweist, gebildet werden und da das
Halbleitersubstrat eine Sauerstoffkonzentration in dem Bereich von
12 × 1017 Atome/cm3 bis
20 × 1017 Atome/cm3 aufweist
und da der spezifische Widerstand des Halbleitersubstrates derart
eingestellt ist, daß er
nicht mehr als 0,006 Ω cm
beträgt,
der intrinsische Gettereffekt voll in dem Wärmebehandlungsschritt des Herstellungsprozesses
ausgeführt, und
es wird möglich,
die Metallkontamination und den Kristallfehler, die innerhalb der
epitaktisch gewachsenen Schicht erzeugt sind, vollständig zu
reduzieren. Somit wird der innerhalb der epitaktisch gewachsenen
Schicht erzeugte Leckstrom vollständig reduziert, wodurch eine
Halbleitervorrichtung mit neuer Struktur, die die Verschlechterung
der Hauptdurchbruchsspannung verhindern kann, hergestellt werden
kann.
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Weiterhin
ist es entsprechend dem Herstellungsverfahren des zweiten bevorzugten
Ausführungsbeispieles
bei der Halbleitervorrichtung mit einem Graben auf dem Halbleitersubstrat
mit der epitaktisch gewachsenen Schicht wie oben möglich, die Oxidfilmdurchbruchsspannungseigenschaften
mit dem obigen Effekt zu stabilisieren, und daher kann eine Halbleitervorrichtung,
die den vollen Vorteil der Grabenstruktur aufweist, hergestellt
werden.
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Obwohl
die obige Diskussion des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispieles
mit dem Fall durchgeführt
wurde, bei dem die epitaktisch gewachsene n-Schicht auf dem n-Siliziumsubstrat
mit hoher Konzentration gewachsen wird, kann die vorliegende Erfindung
prinzipiell auch auf einen Fall angewandt werden, bei dem eine epitaktisch
gewachsene p-Schicht auf einem p-Siliziumsubstrat mit hoher Konzentration
gewachsen wird, und in diesem Fall kann der gleiche Effekt erzielt
werden.