Silizium-Hochratenätzen zur Herstellung tiefer Trenches für Super-Junction-Strukturen in der Hochvolt-PowerMOS Anwendung

• Antragsteller: Professor Dr. Anton Heuberger
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2004
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5317198

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, ein neues Herstellungsverfahren für die in der Literatur als "Super Junction (SJ)" bekannten p-n-Dotierungsstrukturen für die Hochvolt-PowerMOS-Anwendung zu evaluieren. Bei der Implementierung des SJ-Ansatzes in einen PowerMOS-Prozeß kommt es darauf an, den Einsatzbereich der PowerMOS Transistoren für höhere Sperrspannungen, ohne erheblichen Anstieg des Durchlaßwiderstandes (RDSon), zu erweitern. Technologisch basiert der SJ-Ansatz auf der Herstellung von nebeneinander liegenden p- und n-dotierten Gebieten, die je nach Sperrspannungsspezifikation bis ca. 1000 V des PowerMOS Bauelementes, eine Tiefe bis zu 100µm erfordern können. Bei Verwendung n-dotierter Substrate müssen tiefe p-Gebiete durch geeignete Bor-Dotierung erzeugt werden. Für die Realisierung der vertikalen "Dotierungssäule" wird eine Ausdiffusion aus Bor-dotiertem Siliziumdioxid entlang der Seitenwände tiefer Trenches angewendet. Zur Erzeugung tiefer Trenches im Bereich 100µm wird das Hochratenätzen eingesetzt, das z.Zt. fast ausschließlich für die Strukturerzeugung in der Mikrosystemtechnik angewendet wird. Der physikalische Effekt der "Super Junction" beruht auf der Ladungskompensation (vollständige Verarmung) der nebeneinanderliegenden p-n-Säulen derart, daß aufgrund der niedrigeren effektiven Dotierung eine höhere Durchbruchsspannung als bei einem planaren pn-Übergang gleicher Substratdotierung erreicht wird. In dem beantragten Projekt soll die Abhängigkeit der Verarmung der Zellgebiete von Geometrie und Dotierung für unterschiedliche Sperrspannungsbereiche untersucht werden. Die Ladungskompensation (SJ-Effekt) wird an Dioden- und Varactor-Strukturen untersucht und mit der Simulation verglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1038: Halbleiterbauelemente hoher Leistung