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Dokumentenidentifikation DE112005001587T5 24.05.2007
Titel Verbessertes Verfahren für Resurf-Diffusion für Hochspannungs-Mosfet
Anmelder International Rectifier Corp., El Segundo, Calif., US
Erfinder Herman, Thomas, Manhatten Beach, Calif., US
Vertreter Maiwald Patentanwalts GmbH, 80335 München
DE-Aktenzeichen 112005001587
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KM, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NG, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SM, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, EP, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IS, IT, LT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, OA, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, AP, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, EA, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM
WO-Anmeldetag 16.06.2005
PCT-Aktenzeichen PCT/US2005/021101
WO-Veröffentlichungsnummer 2006016965
WO-Veröffentlichungsdatum 16.02.2006
Date of publication of WO application in German translation 24.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.05.2007
IPC-Hauptklasse H01L 29/739(2006.01)A, F, I, 20050616, B, H, DE

Beschreibung[de]
GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verarbeitung von Halbleitervorrichtungen und insbesondere ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von und eine Struktur für Siliziumwafer, die in der Fertigung von Halbleitervorrichtungen verwendet werden sollen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bei der Fertigung von Halbleitervorrichtungen ist es allgemein üblich, eine epitaxial abgeschiedene, Verbindungen aufnehmende Siliziumschicht auf einem Siliziumwafer zu bilden. Die Epitaxialschicht wird eine geringe Konzentration an N- oder P-Verunreinigungen aufweisen, während das Substrat eine dickere und höher konzentrierte Schicht ist. Jede gewünschte Art von Verbindungsmuster wird dann in der Epitaxialschicht geformt, um bekannte Vorrichtungen zu bilden, wie beispielsweise MOSFET, IGBT, Dioden, integrierte Schaltungen und dergleichen.

Hochspannungshalbleitervorrichtungen setzen normalerweise einen RESURF-Bereich ein, bei dem es sich um einen Bereich geringer Konzentration zwischen Gebieten mit hoher Potenzialdifferenz handelt. Der RESURF-Bereich verarmt, wenn die Spannungsdifferenz zunimmt, und verarmt vollständig vor Anlegen der maximalen Spannungsdifferenz. In der doppelten RESURF-Technik gibt es zwei RESURF-Bereiche entgegengesetzter Polaritäten, die beide verarmen, wenn die angelegte Potenzialdifferenz zunimmt. Eine solche Vorrichtung und die Vorteile der Verwendung der doppelten RESURF-Technik werden ausführlich in dem US-Patent Nr. 4,866,495 dargestellt.

Bei Hochspannungsvorrichtungen, die die doppelte RESURF-Technik einsetzen, wird der RESURF-Bereich einer Polarität durch Implantieren und Diffundieren geeigneter Dotierstoffe in eine epitaxial gewachsene Schicht entgegengesetzter Polarität gebildet. Der Epitaxialbereich, der durch den diffundierten RESURF-Bereich abgeschnürt wird, dient als der zweite RESURF-Bereich. Wenn die Ladung in der oberen (diffundierten) RESURF-Schicht auf ungefähr 1 × 1012 cm2 und die Ladung des unteren (abgeschnürten epitaxialen) RESURF-Bereich auf ungefähr 1,5 bis 2 × 1012 cm2 gesteuert wird, wird einen hohe Durchbruchspannung erzielt. Ein Ergebnis einer derartigen Konstruktion ist, dass, wenn die Tiefe der diffundierten RESURF-Schicht leicht variiert, die Ladung in dem abgeschnürten Epi-Bereich erheblich variiert, so dass die Steuerung über die Durchbruchspannung verloren geht. Dieser Effekt muss durch Verwendung einer dickeren Epitaxialschicht ausgeglichen werden. Die dickere Epitaxialschicht weist verschiedene Nachteile auf:

  • 1. Tiefere Isolationsdiffundierungen sind erforderlich, um verschiedene Teile der Schaltung in einer integrierten Schaltung voneinander elektrisch zu isolieren, wodurch längere Diffusionszeiten bei Temperaturen von oder über 1200°C erforderlich werden, was zu einem geringeren Durchsatz führt.
  • 2. Sehr lange Diffusionszeiten bei 1200°C oder darüber führen zu mehr Defekten, was zu einer geringeren Ausbeute führt.
  • 3. Die langen Diffusionszeiten bei 1200°C oder darüber führen ebenfalls zu einer breiteren Isolationsdiffusion aufgrund größerer Seitendiffusion, wodurch die Größe des Nutzgebiets auf einem Chip verringert wird.

In der US-Patentschrift Nr. 5,861,657, die am 19. Januar 1999 an Niraj Ranjan erteilt und dem Bevollmächtigten der vorliegenden Anmeldung zugewiesen wurde, wird eine Verbesserung gegenüber dem oben Genannten vorgeschlagen, wodurch die Dicke der Epitaxialschicht wesentlich reduziert wird und die Ladungsverteilung modifiziert wird. Somit wird offenbart, dass die Mehrheit (mehr als ungefähr 75 % und vorzugsweise mehr als 80 %) der unteren RESURF-Ladung (abgeschnürter Epi-Bereich) in den unteren 1 bis 4 Mikron der Epi oder in ungefähr den unteren 25 % oder vorzugsweise 20 % der Epi enthalten sind. Der obere Abschnitt der Epi ist viel schwächer dotiert und enthält einen sehr kleinen Anteil der unteren RESURF-Ladung.

Die erhöhte Ladung in dem unteren Epitaxialbereich wird zu Beginn des Waferherstellungsprozesses durch eine der beiden folgenden Maßnahmen eingeführt:

  • 1. Durch Implantieren geeigneter Dotierstoffe in die Substratwafer, gefolgt von Diffusion vor dem epitaxialen Wachstum des schwach dotierten Bereiches.
  • 2. Durch einen epitaxialen Wachstumsprozess, in dem zunächst eine dünne, stark dotierte Epitaxialschicht aufgewachsen wird, gefolgt von einem dickeren, schwächer dotierten Epi-Wachstum.

In der sich ergebenden Struktur wird eine Variation der Tiefe des oberen (diffundierten) RESURF-Bereichs eine viel geringere Wirkung auf die in dem darunterliegenden abgeschnürten Bereich enthaltene Ladung haben. Dies führt zu einer besseren Kontrolle der Durchbruchspannung bei einer viel dünneren Epitaxialschicht für eine gegebene Durchbruchspannung. Die dünnere Epitaxialschicht reduziert wiederum die für das Bilden von Isolationsdiffusionen notwendige Diffusionsverarbeitungszeit und die Isolationsdiffusionen haben eine geringere seitliche Ausdehnung und nehmen weniger Chipfläche in Anspruch.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Erfindung wird ein sehr flacher Arsen- oder ein anderer langsam diffundierender Dotierstoff beispielsweise weniger als ungefähr 0,3 Mikrometer in der Tiefe, in ein Siliziumsubstrat vom P-Typ implantiert, bevor eine herkömmliche, nicht gradierte Epitaxial-Verbindung aufnehmende Schicht vom N-Typ gewachsen wird. Auf diese flache Implantation folgt kein beabsichtigter Diffusionsschritt, mit Ausnahme der nachfolgenden Wärmeschritte, die zum Bilden nachfolgender Diffusionen in die nachfolgend gewachsene Epitaxialschicht verwendet werden. Eine epitaxial gewachsene N-Schicht mit einer Dicke von typischerweise 3 bis 6 Mikrometer wird dann auf dem flachen Implantat gewachsen. Ein RESURF-Bereich von ungefähr 1 Mikrometer Dicke wird dann in die Epitaxialschicht diffundiert.

Nach der Bildung der Verbindungsmuster wird sich die Tiefe des anfänglich diffundierten Arsens zu beispielsweise ungefähr 3 Mikrometer vertiefen. Dagegen schlägt der Stand der Technik (5,861,657) vor, dass entweder Phosphor oder Arsen implantiert und dann zu einer Tiefe in dem P-Substrat von 1 bis 2 Mikrometer diffundiert werden soll. Nach den herkömmlichen Diffusionsschritten zum Bilden der Vorrichtungen wird dieses Anfangsimplantat zu viel mehr als 3 Mikrometer für dieselben nachfolgenden Wärmebehandlungen vertiefen.

Es hat sich herausgestellt, dass durch den Einsatz des ultraflachen implantierten N-Pufferbereichs in das P-Substrat eine viel bessere Verteilung und Steuerung der gesamten N-Trägerkonzentration in der Epitaxialschicht erzielt wird, was zum Beispiel zu viel besser gesteuerten und besser vorhersagbaren RESURF-Dioden führt.

Bei dem neuartigen erfindungsgemäßen Verfahren befindet sich ungefähr 40 % der Ladung in der Verbindung empfangenden Schicht an dem Boden der Schicht, im Gegensatz zu den in Patent 5,861,657 gelehrten 70 %.

Es ist wichtig, dass die implantierte Schicht so schmal wie möglich bleibt. Somit ist langsamer diffundierendes Arsen, und nicht Phosphor, erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Dicke des Anfangsarsenimplantats nur ungefähr 0,1 Mikrometer in das P-Substrat vor dem Wachstum einer nicht gradierten Epitaxialschicht vom N-Typ.

Unmittelbar nach dem Implantieren wird keine beabsichtigte Wärmediffusion ausgeführt, um das Arsen besonders in sein Substrat zu diffundieren. Aufgrund der weiteren Wärmeschritte, die zum Fertigen der Vorrichtungen notwendig sind, gibt es natürlich später auftretende Diffusionen, die das Arsen antreiben.

Der Vorteil der neuartigen Erfindung liegt darin, dass sie eine viel größere Steuerung und Genauigkeit des Netto-Gesamtdotierens vom N-Typ in die Epitaxialschicht bereitstellt, welche beispielsweise für eine RESURF-Vorrichtung kritisch ist, die 600 bis 1200 Volt sperren soll.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 zeigt einen Querschnitt eines Abschnitts eines Chips, der eine Hochspannungsdiode in einer isolierten Vertiefung in einer herkömmlichen Waferepitaxialschicht nach dem Stand der Technik enthält.

2 zeigt eine Struktur nach dem Stand der Technik, die Ladung in der Epitaxialschicht aus 1 wieder verteilt und die Verwendung einer dünneren Epitaxialschicht und eine bessere Steuerung einer Durchbruchspannung gestattet.

3 zeigt die Verwendung der Erfindung für einen N-Kanal seitliche Leitung-MOSFET, der sich in einer anderen N-Vertiefung des Chips aus 2 befinden kann.

4 zeigt die Art, in der die Erfindung in einem Hochspannungs-P-Kanal-MOSFET implementiert werden kann.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN (a) Stand der Technik

Unter Bezugnahme zunächst auf 1 wird eine horizontale Leitungsdiode nach dem Stand der Technik gezeigt, in der die Verbindungen in einer N-Vertiefung 10 einer N-Epitaxialschicht aus monokristallinem Silizium gebildet sind, die auf einem Substrat 11 vom P-Typ abgeschieden ist. Eine N+-Diffusion stellt einen Kontakt mit niedrigem Widerstandswert zu einer Katodenelektrode 12 bereit, welche einen Anschluss „K" aufweist. Eine ringförmige Elektrode 13 ist die Vorrichtungsanode „A".

Die Epitaxialschicht 10 (zuweilen „Epi" genannt) ist in eine Vielzahl von isolierten Vertiefungen 20, 21 und 22 unterteilt, wie durch eine oder mehrere Isolationsdiffusionen vom P-Typ, wie Diffusion 23, die in der Topologie ringförmig sein kann, aber jede andere gewünschte Topologie aufweisen kann. Der Anodenkontakt 13 ist auf dem P+-Bereich 23 abgeschieden. Die Diffusion 23 muss tief genug sein, um die P/N-Grenze zwischen den Bereich 10 und 11 abzufangen, um die Bereiche oder Vertiefungen 20, 21 und 22 zu isolieren. Die Vertiefungen 20 und 21 können jedes gewünschte Verbindungsmuster enthalten, das Dioden, MOS-Gates Vorrichtungen oder bipolare Vorrichtungen in jeder gewünschten diskreten oder integrierten Schaltungskonfiguration bildet.

Wenn die Vorrichtung aus 1 eine Hochspannungsvorrichtung ist, beispielsweise mehr als 600 Volt, kann ein ringförmiger RESURF-P-Bereich 30 bereitgestellt sein, der eine Gesamtladung von ungefähr 1 × 1012 Atomen pro Quadratzentimeter aufweist und dazu neigt, vollständig zu verarmen, wenn die maximale Umkehrspannung bzw. Sperrspannung zwischen den Elektroden 12 und 13 der Diode angelegt wird. Um einen Durchstoß-Durchbruch unter der Umkehrspannung zu verhindern, war die Epitaxialschicht 10 aus dem Stand der Technik für Hochspannungsanwendungen, beispielsweise 600 Volt oder mehr, ungefähr 20 bis 25 Mikron dick und hatte einen gleichmäßigen N-Widerstand, der an ihrer Oberfläche mit ungefähr 3 Ohm cm gemessen wurde.

Durch die verhältnismäßig dicke Epitaxialschicht 10 wird die Isolationsdiffusion 23 vom P-Typ auch verhältnismäßig breit aufgrund seitlicher Diffusionen. Dies führt dazu, dass die Diffusion 23 einen verhältnismäßig großen Anteil der Gesamtchipfläche einnimmt, wodurch die Nutzfläche der verschiedenen, Verbindungen enthaltenden Vertiefungen verringert wird. Die dickere Epitaxialschicht 10 erhöht außerdem die Kosten des Wafers, aus dem die einzelnen Chips (oder Dies) gebildet werden, erhöht die Verarbeitungszeit und verursacht zusätzlichen Schaden aufgrund der Notwendigkeit für längere Hochtemperaturverarbeitungszeit.

Der Bereich 30 weist in der Regel eine Tiefe von ungefähr 5 Mikron auf. Da sich diese Tiefe aufgrund von Herstellungsvariationen ändert, wird die Epi-Abschnürung unter Bereich 30 eine größere Wirkung auf die darunterliegende Ladung haben, es sei denn, die Ladungskonzentration wird wie durch Verwendung eines großen Epi-Volumens unter Bereich 30 reduziert.

2 zeigt die Struktur aus dem Stand der Technik nach Patentschrift 5,861,657, in der Ziffern, die denen aus 1 ähnlich sind, ähnliche Elemente bezeichnen. Dieselbe Gesamtkonzentration von N-Trägern in Schicht 10 aus 1 wird in 2 eingesetzt, wird aber dadurch wieder verteilt, dass ein größerer Prozentsatz der Gesamtkonzentration in einem Abschnitt geringer Dicke 14 am Boden der Epitaxialschicht 10 eingeführt wird. Bereich 40 weist beispielsweise eine Dicke von 10 % bis 40 % der Gesamtdicke von Schicht 10 auf und wird das Zwei- bis Vierfache der Konzentration von Schicht 10 aufweisen. Die Kombination von Dicke und Konzentration von Bereich 40 sollte jedoch zu einer Gesamtladung 1,3 bis 1,5 × 1012 cm–2 in diesem Bereich führen. Bereich 40 ist 2 Mikron dick (wenn gebildet) und weist eine Dotierkonzentration von ungefähr 7 × 1015 Atomen pro cm3 auf. Die Ladung in der Arsenimplantatschicht beträgt ungefähr 40 % der Gesamtladung in sowohl der Implantatschicht als auch der Epischicht.

Durch Wiederverteilung der Gesamtladung im Bereich 10 wird die Dicke der Epitaxialschicht oder des Bereichs 10 erheblich reduziert, beispielsweise von 20 Mikron auf 10 Mikron für eine Durchbruchspannung von 600 Volt. Dies reduziert dann die für die isolierte Diffusion 23 erforderliche Dicke und somit ihren seitlichen Bereich erheblich. In der Folge wird mehr Fläche auf dem Chip für aktive Schaltungen oder Komponenten bewahrt. Außerdem wird die zum Antreiben der Diffusion 23 erforderliche Zeit erheblich reduziert, beispielsweise von 24 Stunden für eine 20 Mikron dicke Epi auf 6 Stunden für eine 10 Mikron dicke Epi.

Schließlich werden Variationen der Dicke von Bereich 30 eine geringere Wirkung auf die Ladung in dem abgeschnürten Epi-Bereich haben, da nur ein geringer Anteil der Teil-Gesamtladung in dem abgeschnürten Epi-Bereich unter dem RESURF-Bereich 30 von dem oberen Abschnitt der Epi (Bereich 10) kommt.

Das Substrat 11 kann jedes herkömmliche Substrat vom P-Typ sein und kann eine Dicke von 5 bis 25 Mils bzw. Millimetern aufweisen. Der Widerstandswert des Substrats wird auf der Basis der erforderlichen Durchbruchspannung ausgewählt. Für eine Durchbruchspannung von 600 Volt beträgt der Widerstandswert des Substrats 11 ungefähr 60 Ohm cm und für 1200 Volt ist sein Widerstandswert ungefähr 150 Ohm cm.

Der Epi-Schichtabschnitt 40 für eine 600-Volt-Vorrichtung aus dem Stand der Technik aus 2 wird zunächst mit einem verhältnismäßig geringen Widerstand, beispielsweise 0,5 bis 1 Ohm cm, und einer Dicke von 1 bis 4 Mikron, gewachsen. Eine Kombination aus Dicke und Widerstandswert für Bereich 40 wird so gewählt, dass die Gesamtladung dieser Schicht 1,2 bis 1,5 × 1012 cm–2 beträgt, was zu einem Epitaxialbogenwiderstand (epitaxial sheet resistance) von 3000 bis 4000 pro Quadrat führt.

Es ist offenbart, dass der (verglichen mit Bereich 10) verhältnismäßig stark dotierte Bereich 40 durch Implantieren von Phosphor- oder Arsenionen direkt in das Substrat vom P-Typ 11 erstellt wird, gefolgt von einer Diffusion (vor Abscheidung von Epi-Schicht 10), um die Dotierstoffe von 1 auf 2 Mikron Tiefe zu treiben. Die Implantatdosis und Antriebsdiffusionsbedingungen werden so gewählt, dass sie einen Bogen Widerstandswert von 3000 bis 4000 Ohm pro Quadrat erzielen. Die Epi 10 wird dann auf der Diffusion 40 gewachsen.

Die picke der oberen Epi-Schicht (Bereich 10) wird abhängig von der Tiefe des P-RESURF-Bereichs 30 und der Dotierstoffart in dem stark dotierten Bereich 40 gewählt. Eine Dicke von ungefähr 8 Mikron wird beispielsweise für Bereich 10 gewählt, wenn der P-RESURF-Bereich 30 ungefähr 5 Mikron tief ist, und wenn ein Arsendotierstoff im Bereich 40 verwendet wird. Die Dicke der oberen Epi (Bereich 10) kann weiter durch Reduzieren der Dicke des P-RESURF-Bereichs 30 reduziert werden.

Der Widerstandswert von Bereich 10 in dem Stand der Technik aus 2 kann von 2 bis 4 Ohm cm reichen, abhängig von dem durch andere Teile der integrierten Schaltung auferlegten Anforderungen. Je geringer der Widerstandswert von Bereich 10 ist, desto schwieriger ist die Steuerung der Ladung in dem P-RESURF-Bereich 30. Die Auswahl der Dicke und des Widerstandswertes der unteren Epi schnürt Epi-Ladung (unter P-RESURF-Bereich 30) von 1,5 bis 2,0 × 1012 cm–12, oder schnürt einen Epi-Bogenwiderstand von 2800 bis 3500 Ohm pro Quadrat am Ende aller Prozessschritte ab.

Der Bereich 10 und sein Unterbereich 40 werden offenbart als entweder durch Phosphor oder Arsen dotiert. Arsen wird als bevorzugt offenbart (aber wird nach dem Implantieren diffundiert), wenn dünnere Bereiche erwünscht sind, da Arsen einen geringeren Diffusionskoeffizienten aufweist als Phosphor und daher weniger Autodotieren von dem stark dotierten Bereich 40 in den schwach dotierten Bereich 10 auftritt.

(b) Die Erfindung

Gemäß der Erfindung wird Bereich 40 aus 2 durch ein Implantieren von Arsen oder ähnlichen langsam diffundieren Arten (nicht Phosphor) in eine Tiefe von ungefähr 0,1 Mikrometer in das A-Substrat 11 gebildet. Kein Diffusionsschritt folgt auf dieses Implantieren vor der Bildung von Bereich 10. Die auf das Implantat angewendeten Diffusionen sind nur die, die nachträglich ausgeführt werden, um die Verbindungsmuster in dem epitaxial gewachsenen Bereich 10 zu bilden. In einem typischen Verfahren können derartige Diffusionsschritte die Endtiefe des mit Arsen implantierten Bereichs 40 auf ungefähr 3 Mikrometer erhöhen. Dagegen wird das anfangs getriebene Implantat 40 aus dem Stand der Technik (aus Phosphor oder Arsen) aus 2, das auf 1 bis 2 Mikrometer vor Abscheiden von Schicht 10 diffundiert worden war, danach auf mehr als 3 Mikron getrieben, beispielsweise auf 5 oder 6 Mikron während der Erstellung von Verbindungsmustern in Epitaxialbereich 10.

Der Implantat bildende Bereich 40 ist ein unmaskiertes Deckenimplantat (blanket implant). Falls gewünscht könnte eine maskierte selektiv implantierte Arsenschicht nur in dem Bereich unter den Hochspannungsvorrichtungen, die später gebildet werden sollen, gebildet werden.

Ein beispielhafter Herstellungsprozess, der die vorliegende Erfindung für ein 600-Volt-Produkt verwendet, ist wie folgt:

Der Anfangs-P-Wafer 11 kann einen Widerstandswert von 70 bis 100 (vorzugsweise 90) Ohm cm aufweisen. Der Wafer wird herkömmlicherweise gereinigt und für ein Implantat vorbereitet und eine vergrabene As Schicht 40 wird mit einer Dosis von 1,1E12 ± ungefähr 20 % bei 180 kV implantiert.

Die N-Schicht 10 wird dann epitaxial auf eine Dicke von ungefähr 3,5 Mikrometer mit einem Widerstandswert von ungefähr 1,0 Ohm cm abgeschieden.

Danach werden herkömmliche Verarbeitungsschritte ausgeführt, um die Verbindungsmuster zu bilden. Somit kann der RESURF-Bereich 30 unter Verwendung herkömmlicher photolithographischer Maskierung gebildet werden durch ein Borimplantat von 4,7E12 bei 180keV, gefolgt von einem Diffusionsantrieb für 5 Stunden bei 1100°C. Als Ergebnis dieses Diffusionsantriebs und andere wird sich das Anfangsimplantat 40 vertiefen, aber zu einem weitaus geringeren Ausmaß als die Anfangsdiffusion aus dem Stand der Technik von 1 bis 2 Mikron.

3 zeigt, wie die vorliegende Erfindung verwendet werden kann, wenn ein Seitenleitungs-N-Kanal-MOSFET in Vertiefung 21 aus 2 gebildet wird. Bezugszeichen, die denen aus 2 ähnlich sind, bezeichnen ähnliche Teile. In 3 enthält das Verbindungsmuster eine zentrale Drain-Diffusion 50, die von einer ringförmigen RESURF-Diffusion 51 umgeben wird. Eine ringförmige Basis vom P-Typ 55, die einen Source-Ring 56 enthält, wird in die obere Oberfläche von Bereich 10 diffundiert. Ein geeignetes Gate-Oxid 60 wird unter dem Polysilizium-Gate-Ring 61 gebildet und die gesamte Oberfläche der Vertiefung 10 wird durch ein Passivierungsoxid 62 bedeckt. Die Sourceelektrode 65, die ringförmig ist, ist die Verbindung zu Source 56 und Basis 55 und die Drainelektrode 65 wird mit dem Drain-Bereich 50 verbunden. Eine Gate-Elektrode 57 wird mit einem Polysilizium-Gate 61 verbunden.

Im Betrieb wird die Struktur aus 3 einer hohen Umkehrspannung zwischen Source-Elektrode 65 und Drain-Elektrode 66, beispielsweise 600 Volt und darüber, standhalten. Um die Vorrichtung anzuschalten, wird an Gate 61 eine Spannung angelegt, die die Inversion des Kanalbereichs in Basis 55 bewirkt. Elektronenstrom kann dann von der Source-Elektrode 65 durch den invertierten Kanal unter RESURF-Diffusion 51 an Drain 66 erfolgen.

Es sei darauf hingewiesen, dass das in 3 gezeigte Verbindungsmuster jedes andere gewünschte und bekannte Verbindungsmuster sein kann und zellulär, interdigital oder dergleichen sein kann.

In einer Ausführungsform mit 600 Volt beträgt der seitliche Abstand von der äußeren Kante des Gaterings 61 zu der Kante der Isolationsdiffusion 23 ungefähr 25 Mikron. Der Bereich 10 ist ungefähr 4 Mikron tief. Der Gatering 61 weist eine Breite von ungefähr 10 Mikron auf. Der seitliche Abstand zwischen der inneren Kante von Ring 61 zu der äußeren Kante von Verbindung 50 ist ungefähr 70 Mikron für eine 600-Volt-Vorrichtung und ungefähr 140 Mikron für eine 1200-Volt-Vorrichtung. P-RESURF-Bereich 51 kann eine Tiefe von ungefähr 1 Mikron aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass Herstellungsvariationen in der 1-Mikron-Tiefe eine geringe Wirkung auf die „Epi-Abschnürung" unterhalb von Bereich 51 aufweisen werden, da ungefähr 60 % der Gesamtladung in dem abgeschnürten Bereich vorliegt.

Im Fall einer 1200-Volt-Vorrichtung können die obigen Abmessungen eingehalten werden. Der Widerstandswert des Substrats wird jedoch auf ungefähr 200 Ohm cm erhöht.

4 zeigt die Erfindung mit einer Hochspannungs-PMOS-Implementation. In 4 weisen Komponenten, die denen aus 2 und 3 ähnlich sind, dieselben kennzeichnenden Ziffern auf. Die Strukturen von 2 und 3 werden somit kombiniert und Gate 61 liegt über dem invertierbaren Kanal zwischen dem P+-Bereich 100 und einem zentralen P-Bereich 101. Ein zentraler P+-Kontaktbereich 102 ist bereitgestellt, um den Drain-Kontakt 66 zu kontaktieren. Ein N+-Kontaktbereich 103 ist ebenfalls bereitgestellt, der sich in Kontakt mit der Kante von Bereich 100 befindet. Der Massekontakt 13 ist mit dem P+-Bereich 23 verbunden.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen davon beschrieben worden ist, werden Fachleuten andere Variationen und Modifikationen und andere Verwendungen ersichtlich werden. Es ist daher bevorzugt, dass die vorliegende Erfindung nicht durch die spezifische Offenbarung hierin eingeschränkt wird.

ZUSAMMENFASSUNG

Ein Anfangswafer für Hochspannungshalbleitervorrichtungen wird durch Implantieren von Arsen in die obere Oberfläche eines Siliziumsubstratwafers vom P-Typ bis zu einer Tiefe von ungefähr 0,1 Mikron gebildet. Eine nicht gradierte Epitaxialschicht vom N-Typ wird dann auf dem Substrat ohne jeden Diffusionsschritt gewachsen, so dass das Arsen nicht unmittelbar angetrieben wird. Vorrichtungsverbindungen werden dann in die epitaxial gewachsene Schicht diffundiert.


Anspruch[de]
Verfahren zum Bilden eines Wafers zum Aufnehmen von Halbleitervorrichtungen, wobei das Verfahren Implantieren einer langsam diffundierenden Implantatart vom N-Typ in die Oberfläche eines Siliziumsubstrats vom P-Typ, wobei das Implantat eine Tiefe von weniger als ungefähr 0,3 Mikron aufweist; und danach epitaxiales Abscheiden einer Verbindung aufnehmenden Schicht auf dem Substrat; und danach Ausführen des ersten Diffusionsschritt, der während der Bildung von Verbindungen in der Verbindung aufnehmenden Schicht auf das Implantat angewendet wird, umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei der langsam diffundierenden Implantatart um Arsen handelt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Implantat um ein Deckenimplantat handelt, das über im Wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich eine konstante Konzentration aufweist. Verfahren nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Implantat um ein Deckenimplantat mit einer über im Wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich konstanten Konzentration handelt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Implantat eine Tiefe von ungefähr 0,1 Mikron aufweist. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Implantat eine Tiefe von ungefähr 0,1 Mikron aufweist. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Arsenimplantat eine Dosis von 5E11 bis 3E12 Atomen pro Quadratzentimeter aufweist. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Arsenimplantat eine Dosis von 1,3E12 Atomen pro Quadratzentimeter aufweist. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Arsenimplantat eine Dosis von 1,3E12 Atomen pro Quadratzentimeter aufweist. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Epitaxialschicht eine Dicke von weniger als ungefähr 5 Mikrometer aufweist und die Konzentration vom N-Typ ist. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Epitaxialschicht eine Dicke von weniger als ungefähr 5 Mikrometer aufweist und die Konzentration vom N-Typ ist. Verfahren nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem Implantat um ein Deckenimplantat handelt, das über im Wesentlichen den gesamten Oberflächenbereich eine konstante Konzentration aufweist. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Implantat eine Tiefe von ungefähr 0,1 Mikron aufweist. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Arsenimplantat eine Dosis von 1,3E12 Atomen pro Quadratzentimeter aufweist. Anfangswafer, der Halbleiterverbindungen mit Spannungsbereichen von über 600 Volt aufnehmen soll, wobei der Wafer ein Substrat vom P-Typ, ein Arsenimplantat mit einer Tiefe von weniger als 0,3 Mikron, das gleichmäßig über und in der oberen Oberfläche des Substrats gebildet ist, und eine Verbindung aufnehmende Epitaxialschicht vom N-Typ, die auf der mit Arsen implantierten Oberfläche des Substrats abgeschieden ist, umfasst, wobei das Arsenimplantat nur aufgrund nachfolgender Diffusionen diffundiert wird, welche Verbindungen in der Epitaxialschicht bilden und als Pufferschicht zur Dotierung der Epitaxialschicht von dem Substrat vom P-Typ wirken. Wafer nach Anspruch 15, wobei das Arsenimplantat in der Dicke auf weniger als ungefähr 5 Mikron durch nachfolgende Diffusionen in die Epitaxialschicht erhöht wird. Wafer nach Anspruch 15, wobei das Substrat vom P-Typ mit Bor dotiert ist und einen Widerstandswert von 70 Ohm cm aufweist und das Arsenimplantat einen Widerstandswert aufweist, der durch eine Implantatdosis von etwa 1,3E12 Atomen pro Quadratzentimeter definiert ist. Wafer nach Anspruch 16, wobei das Substrat vom P-Typ mit Bor dotiert ist und einen Widerstandswert von 70 Ohm cm aufweist und das Arsenimplantat einen Widerstandswert aufweist, der durch eine Implantatdosis von etwa 1,3E12 Atomen pro Quadratzentimeter definiert ist. Wafer nach Anspruch 17, wobei die Epitaxialschicht mit Phosphor dotiert ist und eine Dicke von weniger als ungefähr 5 Mikrometer und einen Widerstandswert von ungefähr 1,0 Ohm cm aufweist. Wafer nach Anspruch 18, wobei die Epitaxialschicht mit Phosphor dotiert ist und eine Dicke von weniger als ungefähr 5 Mikrometer und einen Widerstandswert von ungefähr 1,0 Ohm cm aufweist. Wafer nach Anspruch 15, wobei das Arsenimplantat weniger als die Ladung in der Epitaxialschicht aufweist und ungefähr 40 % der Gesamtladung in dem Implantat und der Epitaxialschicht enthält. Wafer nach Anspruch 15, wobei die Gesamtladung in der Epitaxialschicht und dem Arsenimplantat sich in einem 60-zu-40-Verhältnis befindet.






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