半導(dǎo)體器件和用于生產(chǎn)該半導(dǎo)體器件的方法
【專利摘要】公開了一種半導(dǎo)體器件和用于生產(chǎn)該半導(dǎo)體器件的方法。提供了一種溝槽柵極MOS晶體管。該溝槽柵極MOS晶體管包括：半導(dǎo)體襯底，具有包括柵極電極的溝槽；源極區(qū)；與溝道區(qū)鄰接的本體接觸區(qū)，其中所述溝道區(qū)中的摻雜物濃度在橫向方向上變化，并且在從所述柵極電極到與所述柵極電極分開的所述本體接觸區(qū)的方向上具有至少一個最小值。進(jìn)一步提供了一種用于產(chǎn)生晶體管的方法。
【專利說明】半導(dǎo)體器件和用于生產(chǎn)該半導(dǎo)體器件的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本說明書提及用于形成半導(dǎo)體器件的方法的實施例。更進(jìn)一步地，本說明書提及 具有特殊溝道摻雜的半導(dǎo)體器件一特別是具有特殊溝道摻雜的場效應(yīng)半導(dǎo)體器件一的實 施例。

【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車、消費(fèi)品和工業(yè)應(yīng)用中的現(xiàn)代器件的許多功能，諸如轉(zhuǎn)換電能并且驅(qū)動電 馬達(dá)或者電機(jī)器，依賴于半導(dǎo)體器件，特別是依賴于金屬氧化物半導(dǎo)體(M0S)器件。這樣的 M0S器件經(jīng)常被成單元地布置在襯底中并且不得不實現(xiàn)許多性質(zhì)。然而，這些性質(zhì)可能彼此 影響，并且有時要求可能彼此矛盾的單獨(dú)措施。這特別地關(guān)系到諸如閾值電壓、溝道阻抗、 短路電流、短路溝道效應(yīng)以及閂鎖抗性的性質(zhì)。
[0003] 為了增加器件對閂鎖效應(yīng)的抗性，在η溝道晶體管的情況下，要求實現(xiàn)理想地在 整個源極區(qū)下方（由此僅排除溝道區(qū)）延伸的Ρ本體的低歐姆連接。另一方面，為了有抵抗 短路的足夠的電阻率并且為了實現(xiàn)低的泄漏電流，有利的是具有深入地延伸到晶體管中的 相對高摻雜的本體區(qū)。另一方面，堅向地深抵和高本體摻雜引起高的閾值電壓并且增加單 元的溝道阻抗，這是由于反型層中更少的電荷的原因所致。進(jìn)一步的目標(biāo)是柵極至漏極電 荷Q eD及其分布的最小化。
[0004] 在這方面特別急需的是設(shè)計具有低于100 V的工作電壓、要求低于約3. 5 V(例如 在機(jī)制上直至1 V)的非常低的閾值電壓的低電壓功率晶體管?？梢岳缫詮?.3 V電源 對開關(guān)進(jìn)行供給為目的來研發(fā)這些功率晶體管，在這種情況下，溝道阻抗構(gòu)成整體阻抗的 主要部分。
[0005] 由于這些以及其它原因而存在對于本發(fā)明的需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的實施例包括一種溝槽柵極M0S晶體管，包括：半導(dǎo)體襯底，具有包括柵 極電極的溝槽；源極區(qū)；以及鄰接溝道區(qū)的本體接觸區(qū)。溝道區(qū)中的摻雜物濃度在橫向方 向上變化，并且在從柵極電極到與柵極電極分開的本體接觸區(qū)的方向上具有至少一個最小 值。在一些實施例中，摻雜物濃度在從柵極電極到本體接觸區(qū)的橫向方向上降低。
[0007] 本發(fā)明的其它實施例包括形成堅向半導(dǎo)體的方法。示例方法包括：提供半導(dǎo)體襯 底；蝕刻用于柵極電極的溝槽；提供本體接觸區(qū)；提供定位在溝槽與本體接觸區(qū)之間的溝 道區(qū)；施加摻雜以將摻雜物注入到溝槽的壁中；使摻雜物從溝槽壁擴(kuò)散到溝道區(qū)中以便在 溝道區(qū)中產(chǎn)生橫向地變化的摻雜濃度。在一些實施例中，溝道區(qū)在堅向方向上的摻雜輪廓 由用于柵極電極的溝槽的位置和深度確定，造成溝道區(qū)關(guān)于柵極電極的自調(diào)節(jié)。
[0008] 這些和其它實施例被圖解在隨附的附圖中并在以下被詳細(xì)地描述。因此，本領(lǐng)域 技術(shù)人員在閱讀下面的詳細(xì)描述并查看隨附的附圖時將認(rèn)識到本發(fā)明的附加的特征和優(yōu) 點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 隨附的附圖被包括以提供實施例的進(jìn)一步的理解并且被合并在本說明書中并構(gòu) 成本說明書的一部分。附圖圖解實施例并且與描述一起用來解釋實施例的原理。隨著通過 參照下面的詳細(xì)描述而變得更好地理解實施例，將容易地領(lǐng)會其它實施例和實施例的許多 意圖有的優(yōu)點(diǎn)。附圖中的元件未必是關(guān)于彼此成比例的。同樣的參考編號指明相對應(yīng)的類 似部分。
[0010] 圖1示意性地圖解根據(jù)一個或更多個實施例的堅向半導(dǎo)體器件的堅向橫截面。 [0011] 圖2示意性地圖解根據(jù)一個或更多個實施例的堅向半導(dǎo)體器件的堅向橫截面。
[0012] 圖3示意性地圖解根據(jù)一個或更多個實施例的堅向半導(dǎo)體器件的堅向橫截面。
[0013] 圖4示意性地圖解根據(jù)一個或更多個實施例的堅向半導(dǎo)體器件的堅向橫截面。
[0014] 圖5示意性地圖解根據(jù)實施例的方法。

【具體實施方式】
[0015] 在下面的詳細(xì)描述中，參照了形成詳細(xì)描述的一部分并且以圖解的方式在其中示 出具體實施例(可以在該具體實施例中實施本發(fā)明）的隨附的附圖。在這點(diǎn)上，參照所描述 的(多個）圖的定向使用諸如"頂部"、"底部"、"前"、"后"、"前端"、"尾端"等的方向性術(shù)語。 因為能夠以許多不同的定向放置實施例的部件，所以方向性術(shù)語被用于圖解的目的而絕不 是進(jìn)行限制。應(yīng)理解可以利用其它實施例，并且可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下作出 結(jié)構(gòu)和邏輯上的改變。因此，下面的詳細(xì)描述不應(yīng)被當(dāng)成是進(jìn)行限制的含義，并且由所附的 權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍。
[0016] 現(xiàn)在將更詳細(xì)地參照各種實施例，實施例的一個或更多個示例被圖解在圖中。以 進(jìn)行解釋的方式提供每個示例，并且示例并非意在作為本發(fā)明的限制。例如，被圖解或描述 為一個實施例的一部分的特征可以被用在其它實施例上或者與其它實施例結(jié)合使用，以得 出再一進(jìn)一步的實施例。意圖由本發(fā)明包括這樣的修改變型。使用不應(yīng)被認(rèn)為是對所附權(quán) 利要求的范圍進(jìn)行限制的具體語言來描述示例。附圖并不是按比例的并且僅用于例示的目 的。為了清楚起見，如果不另外地陳述，則在不同附圖中由相同的編號指明相同的元件或者 制造步驟。
[0017] 如在本說明書中使用的術(shù)語"水平"意圖描述基本上平行于半導(dǎo)體襯底或本體的 第一或主水平表面的定向。這可以是例如晶片或管芯的表面。
[0018] 如在本說明書中使用的術(shù)語"堅向"意圖描述基本上垂直于第一表面（即，平行于 關(guān)于半導(dǎo)體襯底或本體的第一表面的法線方向）布置的定向。
[0019] 在本說明書中，被η摻雜的材料或區(qū)被提及為具有第一導(dǎo)電類型，而被p摻雜的材 料或區(qū)被提及為具有第二導(dǎo)電類型。不用說，可以以相對的摻雜關(guān)系形成半導(dǎo)體器件，從而 第一導(dǎo)電類型可以是Ρ摻雜的并且第二導(dǎo)電類型可以是η摻雜的。更進(jìn)一步地，一些圖通 過緊挨摻雜類型指示或者" + "來圖解相對摻雜濃度。例如，"ιΓ"意味著比"η"摻雜區(qū) 的摻雜濃度小的摻雜濃度，而"η+"摻雜區(qū)具有比"η"摻雜區(qū)更大的摻雜濃度。然而，除非 另外陳述，指示相對摻雜濃度并不意味著相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)必須具有相同的絕 對摻雜濃度。例如，兩個不同的η+區(qū)可以具有不同的絕對摻雜濃度。這同樣應(yīng)用于例如η+ 和P+區(qū)。
[0020] 本說明書中描述的具體實施例適用于但不被限制于場效應(yīng)晶體管，并且特別是適 用于功率場效應(yīng)晶體管。如在本說明書中使用的術(shù)語"場效應(yīng)"意圖描述第一導(dǎo)電類型的 導(dǎo)電"溝道"的電場介入的形成和/或在半導(dǎo)體區(qū)中的典型地為第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)的 第二導(dǎo)電類型的溝道的電導(dǎo)率和/或形狀的控制。由于場效應(yīng)的原因，在第一導(dǎo)電類型的 源極區(qū)或發(fā)射極區(qū)與第一導(dǎo)電類型的漂移區(qū)之間形成并且/或者控制通過溝道區(qū)的單極 電流路徑。漂移區(qū)可以分別與漏極區(qū)或者集電極區(qū)接觸。漏極區(qū)或者集電極區(qū)與漏極或者 集電極電極歐姆接觸。源極區(qū)或者發(fā)射極區(qū)與源極或者發(fā)射極電極歐姆接觸。在常關(guān)場效 應(yīng)器件中，在柵極電極與源極或發(fā)射極電極之間未施加外部電壓的情況下，通過半導(dǎo)體器 件的在源極或發(fā)射極電極與漏極或者集電極電極之間的歐姆電流路徑被斷開或者至少為 高歐姆。在諸如HEMT (高電子遷移率晶體管)、耗盡型M0SFET (金屬氧化物場效應(yīng)晶體管） 和常開JFET (結(jié)型FET)的常開場效應(yīng)器件中，在柵極電極與源極或發(fā)射極電極之間未施加 外部電壓的情況下，通過半導(dǎo)體器件的在源極電極與漏極電極之間的電流路徑典型地為低 歐姆。
[0021] 在本說明書的上下文中，術(shù)語"場效應(yīng)結(jié)構(gòu)"意圖描述形成在半導(dǎo)體襯底或者半導(dǎo) 體器件中的、具有用于形成溝道區(qū)中的導(dǎo)電溝道和/或用于對溝道區(qū)中的導(dǎo)電溝道進(jìn)行構(gòu) 型的柵極電極的結(jié)構(gòu)。通過介電區(qū)或者介電層來使柵極電極至少與溝道區(qū)絕緣。
[0022] 在本說明書的上下文中，術(shù)語"場板"和"場電極"意圖描述緊挨半導(dǎo)體區(qū)(典型地 為漂移區(qū))布置的、與半導(dǎo)體區(qū)絕緣并被配置成通過施加適當(dāng)?shù)碾妷?對于η型漂移區(qū)而言， 典型地為相對于半導(dǎo)體區(qū)的負(fù)電壓）來擴(kuò)展半導(dǎo)體區(qū)中的耗盡部分的電極。
[0023] 術(shù)語"耗盡"和"完全耗盡"意圖描述半導(dǎo)體區(qū)基本上不包括自由電荷載流子。典 型地，絕緣的場板被布置成靠近于例如形成在漂移區(qū)與本體區(qū)之間的ρη結(jié)。因此，可以分 別增加 ρη結(jié)和半導(dǎo)體器件的閉鎖（blocking)電壓。在下面還將使場板與漂移區(qū)絕緣的介 電層或區(qū)提及為場介電層或者場介電區(qū)。柵極電極和場板可以在相同的電位上或者在不同 的電位上。場板可以在源極電位或者發(fā)射極電位上。更進(jìn)一步地，柵極電極的一部分可以 被作為場電極操作。
[0024] 用于形成在柵極電極或場板與漂移區(qū)之間的介電區(qū)或介電層的介電材料的示例 包括但不限制于說0 2、3^4、5丨0具31203、21〇2、了 &205、1102和!1?)2以及這些材料的混合物 和/或?qū)印?br> [0025] 在此描述的實施例一般地涉及溝槽晶體管，其中通過運(yùn)用優(yōu)選地通過溝槽的壁的 等離子體摻雜（PLAD)來產(chǎn)生溝道區(qū)的摻雜。在一些實施例中，晶體管可以可選地運(yùn)用場板。
[0026] 圖1圖解在堅向橫截面的截面中的半導(dǎo)體器件100的實施例。典型地，半導(dǎo)體器 件100是功率半導(dǎo)體器件。在這種情況下，所示出的截面典型地對應(yīng)于功率半導(dǎo)體器件100 的有源區(qū)中的多個單位單元中的一個。半導(dǎo)體器件100包括半導(dǎo)體本體40,半導(dǎo)體本體40 具有第一或主水平表面15和與第一表面15相對布置的第二或背表面16。第一表面15的 法線方向e n基本上平行于，即限定堅向尺寸，并且方向a限定水平方向或者橫向尺寸。
[0027] 在下面，主要參照硅（Si)半導(dǎo)體器件來解釋分別適用于半導(dǎo)體器件及其制造方法 的實施例。因此，單晶半導(dǎo)體區(qū)或者層典型地是單晶Si區(qū)或者Si層。然而應(yīng)當(dāng)理解，半 導(dǎo)體本體40能夠由適合用于制造半導(dǎo)體器件的任意半導(dǎo)體材料制成。舉幾個來說，這樣 的材料的示例包括但不限制于：諸如娃（Si)或者鍺（Ge)的元素半導(dǎo)體材料、諸如碳化娃 (SiC)或者硅鍺（SiGe)的IV族化合物半導(dǎo)體材料、諸如氮化鎵（GaN)、砷化鎵（GaAs)、磷 化鎵（GaP)、磷化銦（InP)、磷化鎵銦（InGaP)或者磷砷化銦鎵（InGaAsP)的二元、三元或者 四元的III-V族半導(dǎo)體材料以及諸如碲化鎘（CdTe)和碲化鎘汞（HgCdTe)的二元或者三元 II-VI族半導(dǎo)體材料。上面提到半導(dǎo)體材料還被提及為同質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。當(dāng)將兩種不同 的半導(dǎo)體材料組合時，形成異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料的示例包括但不限制于： 氮化鎵鋁（AlGaN)和氮化鎵、或者硅-碳化硅（Si xCh)和SiGe異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料。對于功 率半導(dǎo)體應(yīng)用而言，當(dāng)前主要使用Si、SiC和GaN材料。如果半導(dǎo)體本體包括分別具有高擊 穿電壓和高臨界雪崩場強(qiáng)度的諸如SiC或者GaN的寬帶隙材料，則相應(yīng)的半導(dǎo)體區(qū)的摻雜 可以被選擇得更高，這減小導(dǎo)通阻抗R m。應(yīng)進(jìn)一步理解，半導(dǎo)體本體還可以包括多晶半導(dǎo)體 區(qū)。例如，布置在絕緣溝槽中的溝槽柵極電極或者場電極可以由對諸如多晶硅的P型多晶 硅半導(dǎo)體區(qū)進(jìn)行高的η型摻雜而形成。因此，本說明書中使用的術(shù)語"暴露半導(dǎo)體本體"意 圖描述暴露半導(dǎo)體本體的單晶半導(dǎo)體區(qū)和/或暴露布置在半導(dǎo)體本體中的多晶半導(dǎo)體區(qū)。
[0028] 再參照圖1，半導(dǎo)體本體40包括η型第一半導(dǎo)體區(qū)1、在下面還被稱為本體接觸區(qū) 2的、被布置在第一半導(dǎo)體區(qū)1與主水平表面15之間的ρ型第二半導(dǎo)體區(qū)。第一半導(dǎo)體區(qū) 1和ρ型本體接觸區(qū)2形成ρη結(jié)。延伸到主表面15的η+型源極區(qū)4與ρ型本體接觸區(qū)2 形成附加的ρη結(jié)。溝道區(qū)5在堅向方向上定位在η+型源極區(qū)4與η型第一半導(dǎo)體區(qū)1之 間。在水平方向上，溝道區(qū)5定位在溝槽柵極2與本體接觸區(qū)2之間。
[0029] 可以將第一半導(dǎo)體區(qū)1、還被稱為本體接觸區(qū)2的ρ型第二半導(dǎo)體區(qū)、源極區(qū)4以 及溝道區(qū)5構(gòu)型為延伸到附圖平面之外的條。區(qū)2、4、5還可以是環(huán)形形狀，或者當(dāng)從器件 100的頂部查看時具有帶圓角的方形形狀。在這種情況下，圖1所示的結(jié)構(gòu)以及下面的圖對 應(yīng)于相應(yīng)的被簡單地連接的半導(dǎo)體區(qū)。
[0030] 在實施例中，在器件100的制造期間，獨(dú)立于本體接觸區(qū)2中的摻雜物濃度產(chǎn)生溝 道區(qū)5的摻雜物濃度。這典型地是通過利用與摻雜本體接觸區(qū)2不同的處理在溝道區(qū)5中 產(chǎn)生摻雜物濃度來實現(xiàn)的。在實施例中，通過施加等離子體摻雜（PLAD)實現(xiàn)對溝道區(qū)5的 摻雜。典型地在已產(chǎn)生用于柵極電極12的溝槽20后并且在對溝槽20的壁施加了柵極氧 化物14后施加等離子體摻雜。這典型地是在施加用于柵極電極12的材料之前執(zhí)行的，用 于柵極電極12的材料典型地包括多晶硅。
[0031] 為了通過PLAD處理在溝道區(qū)5中施加摻雜，將離子注入到溝槽20中的柵極氧化 物14壁中。這是通過將具有溝槽20的半導(dǎo)體本體40暴露于Ar、Kr、Xe、Ne或另外的稀有 氣體或惰性氣體的等離子體來執(zhí)行的。在后續(xù)的加熱步驟中，注入到柵極氧化物14的壁中 的離子的一部分在溝道區(qū)5的方向上從柵極氧化物14擴(kuò)散，在該處理中，溝道區(qū)5被ρ摻 雜。選擇PLAD處理和后續(xù)加熱步驟的參數(shù)，以使得得到的溝道區(qū)5的摻雜物濃度在橫向方 向^上（即，平行于圖1中的半導(dǎo)體表面15)變化。更典型地，摻雜物濃度在方向q上從柵 極氧化物14朝向本體接觸區(qū)2降低。以這種方式，可以將溝道區(qū)5的摻雜和得到的摻雜物 濃度與本體接觸區(qū)2的摻雜和得到的摻雜物濃度去耦。與此同時，實現(xiàn)關(guān)于柵極電極12， 相應(yīng)地關(guān)于柵極氧化物14具有自調(diào)節(jié)的深度的溝道。在實施例中，由用于柵極電極的溝槽 20的位置和深度來確定溝道區(qū)5在堅向方向上的摻雜輪廓，造成溝道區(qū)5的關(guān)于柵極電極 的自調(diào)節(jié)。
[0032] 在實施例中，在溝道區(qū)5中得到的摻雜物濃度在橫向方向q上變化，并且在從柵 極電極12到本體接觸區(qū)2的方向上具有至少一個最小值。由此，最小值的位置與柵極氧化 物14分開。摻雜物濃度的最小值典型地小于溝道區(qū)5中的摻雜物濃度的最大值的70 %，更 典型地小于最大值的50%，甚至更典型地小于最大值的20%。盡管摻雜物的濃度在方向a 上朝向本體接觸區(qū)2降低，但是典型地選擇足夠高的摻雜物濃度以便實現(xiàn)溝道區(qū)5到本體 接觸區(qū)2的歐姆連接。
[0033] 由于在制造期間的寄生隔離處理的原因，溝道區(qū)5中的最大摻雜物濃度可能并不 直接定位在到柵極氧化物4的邊界區(qū)處，而相反可以略微地與邊界區(qū)分開。因此，在從柵極 氧化物14到本體接觸區(qū)2的方向％上，溝道區(qū)5中的摻雜物濃度首先增加，并且然后當(dāng)在 方向4上朝向本體接觸區(qū)2進(jìn)一步行進(jìn)時降低。然而，該局部最大值的位置典型地與柵極 氧化物14分開不多于距離d的10%或者不多于距離d的20%，其中d是柵極氧化物14與 本體接觸區(qū)2之間的距離。因此，典型地溝道區(qū)5中的摻雜物濃度的最大值被定位成鄰接 于柵極電極12和柵極氧化物14。
[0034] 典型地，溝道區(qū)5中的摻雜物濃度的最小值的位置與柵極氧化物14分開在柵極氧 化物14與溝道區(qū)5之間的距離d的70%以上，甚至更典型地分開距離d的90%以上。
[0035] 如上面描述那樣施加的摻雜物濃度的特性影響半導(dǎo)體器件100的閾值電壓。進(jìn) 一步地，如圖1所示，根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件100典型地包括場板10。如圖1所示，與溝 道區(qū)5相比，場板10和本體接觸區(qū)2在堅向方向e n上進(jìn)一步地伸進(jìn)到第一半導(dǎo)體區(qū)1中。 典型地，與溝道區(qū)5相比，場板多于20%、更典型地多于30%地更深地延伸到半導(dǎo)體第一區(qū)1 中。
[0036] 在實施例中，與溝道區(qū)5相比，本體接觸區(qū)2典型地被更強(qiáng)地?fù)诫s。作為效果，當(dāng) 晶體管閉鎖時，在P摻雜的溝道區(qū)5中不建立任意應(yīng)考慮的寬度的空間電荷區(qū)。因此強(qiáng)烈 地減小了由諸如在短路和相應(yīng)的短路電流的情況下溝道長度的動態(tài)減小引起的效果。
[0037] 此外，根據(jù)實施例的結(jié)構(gòu)100的進(jìn)一步的有利效果是與在本體接觸區(qū)2和溝道區(qū)5 中具有相同摻雜物濃度的結(jié)構(gòu)中相比，可以將溝道區(qū)5與更高摻雜的本體接觸區(qū)2之間的 距離設(shè)計得更小。因此，根據(jù)實施例的器件1〇〇對于閂鎖效應(yīng)具有改進(jìn)的魯棒性。當(dāng)超過 器件100的最大閉鎖電壓時，例如，當(dāng)在沒有提供續(xù)流電路的情況下關(guān)閉感應(yīng)負(fù)載時，存在 特定的工作模式，并且通過在高電場區(qū)中生成電子空穴對來維持負(fù)載電流。取決于晶體管 的實際設(shè)計，最高的電場并且因此最高的生成速率可能出現(xiàn)在例如在本體接觸區(qū)2的底部 附近和/或者場板10的下部附近。在雪崩模式期間產(chǎn)生的空穴能夠因此在低歐姆連接上 朝向源極接觸8移動。結(jié)果是，觸發(fā)具有n+源極的寄生npn晶體管的風(fēng)險明顯減小。
[0038] 在進(jìn)一步的實施例中，與上面描述的制造方法不同地產(chǎn)生溝道區(qū)5中的橫向變化 的摻雜物濃度。在這些實施例中，首先產(chǎn)生本體接觸區(qū)2,其中p摻雜物濃度比實現(xiàn)想要的 閾值電壓可能需要的濃度更高。隨后，經(jīng)由PLAD通過溝槽20到溝道區(qū)5的壁，即通過柵極 氧化物14來施加補(bǔ)償?shù)摩菗诫s。
[0039] -般地，在一些實施例中，經(jīng)由溝槽20的壁引入溝道區(qū)5的摻雜允許關(guān)于溝槽柵 極12以自調(diào)節(jié)的方式實現(xiàn)溝道。由此在施加?xùn)艠O12之前，溝槽20中的柵極氧化物14用 作為用于PLAD處理的掩模。替換地，可以在柵極氧化物14和場板10之上在堅向方向上設(shè) 置堅向距離氧化物19?；蛘邠Q言之，柵極溝槽的僅由像例如柵極氧化物14的薄層覆蓋的部 分不遮蔽溝道區(qū)5的摻雜。因此溝道區(qū)的端部被調(diào)節(jié)到稍后的柵極電極12的下端部，將幾 何結(jié)構(gòu)重疊以及因此雜散電容最小化。另一方面，確保載流子從溝道到漂移區(qū)1的導(dǎo)電路 徑。由場板10和場電極17來確保柵極溝槽20之下的半導(dǎo)體材料的不必要的摻雜。
[0040] 由此，在實施例中，典型地經(jīng)由加掩模的注入，例如通過在注入期間使用變化的能 量水平的離子來實現(xiàn)高摻雜的本體接觸區(qū)2。替換地，在一些實施例中，可以蝕刻出用于本 體接觸區(qū)2的第二溝槽3。隨后，通過在各種非限制性的示例中對第二溝槽的壁添加如下中 的一個或者更多個來填充該溝槽：多晶硅；硼硅玻璃（BSG)，然后可以通過離子注入或等離 子體摻雜（PLAD)來對第二溝槽進(jìn)行處置和激活。
[0041] 根據(jù)實施例，溝槽20的底部可以可選地由輔助層18覆蓋(輔助層18由虛線朝上 方地界定)，實質(zhì)地讓溝槽側(cè)壁開放以防止溝道區(qū)5的摻雜在堅向方向e n上更深地伸進(jìn)到半 導(dǎo)體器件1〇〇中。該輔助層18可以由例如聚合物(諸如光致抗蝕劑)構(gòu)成，并且可以在稍后 的處理步驟期間去除該輔助層18。在一些實施例中，輔助層可以由諸如Si0 2的介電材料構(gòu) 成，輔助層可以僅被部分地去除，或者可以甚至保留在柵極溝槽的底部。
[0042] 根據(jù)實施例，還可以在雙路模式（twin mode)或者四路模式（quad mode)的情況下 使用傾斜離子注入（即，在不同角度下使用注入）來實現(xiàn)溝道區(qū)5的摻雜。
[0043] 根據(jù)實施例，溝道區(qū)5的摻雜可以在完結(jié)柵極氧化物14之前發(fā)生。在一個實施例 中，當(dāng)完成溝道區(qū)5的摻雜時，由薄散射層(例如，散射氧化物)覆蓋溝槽20的側(cè)壁。在可選 地去除散射層一部分或全部后，可以通過熱氧化和/或沉積處理生成柵極氧化物。
[0044] 根據(jù)實施例，可以利用導(dǎo)致例如增強(qiáng)M0SFET的第二導(dǎo)電類型對溝道區(qū)5進(jìn)行摻 雜。根據(jù)另一實施例，可以利用導(dǎo)致例如耗盡M0SFET的第一導(dǎo)電類型對溝道區(qū)5進(jìn)行摻雜。
[0045] 在實施例中，第一金屬化部8被布置在主水平表面15的一部分上。第二金屬化部 9被布置在背表面面16上。背表面16界定在半導(dǎo)體本體40的背側(cè)上的強(qiáng)摻雜接觸區(qū)域 13。半導(dǎo)體器件100包括布置在深溝槽20中的溝槽柵極電極12結(jié)構(gòu)。因此，半導(dǎo)體器件 100可以作為對兩個金屬化部8,9之間的負(fù)載電流進(jìn)行開關(guān)和/或控制的堅向場效應(yīng)半導(dǎo) 體器件來進(jìn)行操作。
[0046] 半導(dǎo)體器件100可以形成M0SFET。在這種情況下，漂移區(qū)1與經(jīng)由n+型漏極接觸 區(qū)13形成漏極電極的第二金屬化部9歐姆連接。進(jìn)一步地，第一金屬化部8形成與源極區(qū) 4歐姆連接并且與p+型本體接觸區(qū)2歐姆連接的源極電極8。源極區(qū)4和本體接觸區(qū)2的 摻雜濃度典型地比形成漂移區(qū)1的第一半導(dǎo)體區(qū)1的摻雜濃度更高。
[0047] 在本說明書的上下文中，術(shù)語"歐姆接觸"、"電接觸"、"接觸"、"歐姆連接"、和"電 連接"意圖描述在半導(dǎo)體器件的兩個區(qū)、部分或各部分之間存在歐姆電連接或者歐姆電流 路徑，特別是即使沒有電壓被施加到半導(dǎo)體器件也存在低歐姆阻抗的連接。
[0048] 半導(dǎo)體器件100還可以形成IGBT。在這種情況下，半導(dǎo)體的p+型接觸區(qū)域13形 成集電極區(qū)13,集電極區(qū)13被布置在漂移區(qū)1與形成集電極電極9的第二金屬化部9之 間。進(jìn)一步地，第一金屬化部8形成與p+型本體接觸區(qū)2歐姆連接的發(fā)射極電極8。接觸 區(qū)域13還可以包括η型和p型部分，從而半導(dǎo)體器件100可以作為具有集成的續(xù)流二極管 的IGBT進(jìn)行操作。
[0049] 不用說，還可以顛倒半導(dǎo)體區(qū)的摻雜關(guān)系。
[0050] 為了對兩個金屬化部8,9之間的負(fù)載電流進(jìn)行開關(guān)和/或控制，提供至少一個溝 槽柵極電極12。在圖1中圖解的示例性實施例中，深溝槽20從主水平表面15起延伸經(jīng)過 源極區(qū)4、溝道區(qū)5,并且部分地延伸到第一半導(dǎo)體區(qū)1中。換言之，深溝槽20堅向地延伸 到形成在漂移區(qū)1與本體接觸區(qū)2之間的pn結(jié)以下。深溝槽20通過薄介電層14與半導(dǎo) 體本體40絕緣，并且包括相應(yīng)的導(dǎo)電區(qū)12。下面還將薄介電層14提及為柵極氧化物14或 柵極氧化層14。在本體接觸區(qū)2與相應(yīng)的鄰接的導(dǎo)電區(qū)12之間有足夠高的電壓差的情況 下，在沿著在漂移區(qū)1與源極區(qū)或發(fā)射極區(qū)4之間的柵極介電層14的溝道區(qū)5中形成反型 溝道。因此，可以開關(guān)和/或控制負(fù)載電流。典型地，導(dǎo)電區(qū)12形成被電連接到柵極金屬 化部(未示出）和端子Ga的柵極電極12。在實施例中，導(dǎo)電區(qū)12的下部部分還可以形成場 電極10,如圖1所示。在這種情況下，薄介電層14典型地在承載場電極10的相應(yīng)的下部溝 槽部分中被增厚，以形成更厚的場氧化物。
[0051] 根據(jù)實施例，在蝕刻處理中形成溝槽20,并且利用多晶半導(dǎo)體材料填充溝槽20。 這樣還便利半導(dǎo)體器件100的制造。取決于半導(dǎo)體區(qū)的摻雜類型，半導(dǎo)體器件100可以作 為M0SFET或者IGBT進(jìn)行操作。圖1中的柵極電極12被定位在由場電介質(zhì)包圍的場電極 10之上。但是這僅是示例。根據(jù)實施例，在柵極電極處溝槽20在橫向方向％上的寬度d g 可以與在場板處溝槽20在橫向方向a上的寬度df相同或者可以比在場板處溝槽20在橫 向方向上的寬度d f更寬。根據(jù)另一實施例，可以省略場電極12和場電介質(zhì)，從而柵極電 介質(zhì)14在溝槽20的底部處的下部部分還直接與漂移區(qū)1接觸。
[0052] 在圖2中，示出基于圖1的器件的實施例。此外，除了上面已經(jīng)描述的溝道區(qū)5的 摻雜變化之外，本體接觸區(qū)2的摻雜物濃度也變化。然而，本體接觸區(qū)的摻雜物濃度在堅向 方向e n上變化，以使得存在與本體接觸區(qū)2相比具有更低摻雜物濃度的附加本體接觸區(qū)6。 效果是在朝向第一半導(dǎo)體區(qū)1 (相應(yīng)地，漂移區(qū)1)的區(qū)域6的邊界區(qū)中，受主的濃度更低， 并且在靜態(tài)閉鎖的狀態(tài)下場截止不會由于區(qū)域6的摻雜所提供的運(yùn)動載流子或空穴而被 完全耗盡一對于這種情況，圖2中的虛線標(biāo)出空間電荷區(qū)的端部。僅在更高的電流密度下， 空間電荷區(qū)更深地延伸到本體接觸區(qū)2中，這增加了閉鎖電壓并且導(dǎo)致在雪崩操作中特性 的穩(wěn)定。
[0053] 圖3示出根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件100。在圖1和2中，在堅向方向eni溝道區(qū) 5應(yīng)當(dāng)在伸進(jìn)至柵極電極12的端部之前結(jié)束。換言之，應(yīng)當(dāng)存在其中漂移區(qū)域1鄰接于柵 極電介質(zhì)14的重疊。然而，處理中的偏差，例如，摻雜處理期間的擴(kuò)散或散射可能導(dǎo)致?lián)诫s 物從溝道區(qū)5插入到漂移區(qū)域1，減小靠近溝道端部的漂移區(qū)域1的電導(dǎo)率。一個附加的課 題是在反型溝道的端部處的電子流的非常高的電流密度。該高電流密度必須延展成朝向到 接觸區(qū)域13的通路的更同質(zhì)的電流密度?？拷葱蜏系赖亩瞬康钠茀^(qū)域1的高電導(dǎo)率 有助于不成比例地減小半導(dǎo)體器件100的導(dǎo)通狀態(tài)阻抗。在這里，附加于圖1所示的器件 100,在溝道區(qū)5的下部堅向截面中，在溝道5的朝向溝槽20的端部區(qū)處提供η摻雜的溝道 連接區(qū)域7。由于在晶體管的閉鎖狀態(tài)下ρ摻雜的溝道區(qū)5被遮蔽，所以可以對區(qū)域7施加 以更高的η摻雜。在實施例中，在回蝕場氧化物層17之后產(chǎn)生區(qū)域7,從而其可以比柵極電 極12更深地伸進(jìn)到器件100中。在沒有溝道連接區(qū)域7的情況下，得到的在溝道區(qū)5中的 反型溝道可能示出在溝道區(qū)5的端部處的減小的電導(dǎo)率。
[0054] 在圖4中，示出了根據(jù)實施例的進(jìn)一步的器件100。在這里，經(jīng)由深抵接觸孔3對 本體接觸區(qū)2進(jìn)行注入，并且隨后對本體接觸區(qū)2進(jìn)行退火，本體接觸區(qū)2相應(yīng)地僅被輕微 地擴(kuò)散。該實施例還可以與圖3所示的溝道連接區(qū)域7組合。
[0055] 在圖5中，示意性地示出根據(jù)實施例的用于形成堅向半導(dǎo)體的方法300。方法300 包括：在方框301，提供襯底；在方框302,蝕刻用于柵極電極的溝槽；在方框303,提供本體 接觸區(qū)；在方框304,提供定位在溝槽與本體接觸區(qū)之間的溝道區(qū)；在方框305,施加摻雜以 將摻雜物注入到溝槽的壁中；以及在方框306,使摻雜物從溝槽壁擴(kuò)散到溝道區(qū)中，以在溝 道區(qū)中產(chǎn)生橫向變化的摻雜濃度。優(yōu)選地，該摻雜是等離子體摻雜。
[0056] 上述所寫的描述使用具體實施例(包括最佳模式）公開了本發(fā)明，并且還使得本領(lǐng) 域的任意技術(shù)人員能夠作出和使用本發(fā)明。盡管已經(jīng)以各種具體實施例的方式描述了本發(fā) 明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以以在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的修改來實施本 發(fā)明。尤其是可以將上面描述的實施例的相互間不排斥的特征彼此組合。可專利的范圍由 權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具 有并非是與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括具有與權(quán)利要求的字 面語言非實質(zhì)性的差別的等同的結(jié)構(gòu)要素，則這樣的其它示例意圖在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種溝槽柵極MOS晶體管，包括： 半導(dǎo)體襯底，具有包括柵極電極的溝槽， 源極區(qū)，以及 與溝道區(qū)鄰接的本體接觸區(qū)， 其中所述溝道區(qū)中的摻雜物濃度在橫向方向上變化，并且在從所述柵極電極到與所述 柵極電極分開的所述本體接觸區(qū)的方向上具有至少一個最小值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽柵極晶體管，其中摻雜物濃度在從所述柵極電極到所述 本體接觸區(qū)的橫向方向上降低。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽柵極晶體管，其中摻雜物濃度的最小值小于所述溝道區(qū) 中的摻雜物濃度的最大值的20%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述溝道區(qū)中的摻雜物濃度的最小值的位置與 所述柵極電極分開在所述柵極電極與所述溝道區(qū)之間的平均距離d的70%以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述溝道區(qū)具有到鄰接的本體接觸區(qū)的歐姆連 接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述溝道區(qū)中的摻雜物濃度的最大處被定位成 鄰接于所述柵極電極。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中通過等離子體摻雜PLAD來產(chǎn)生變化的摻雜物濃 度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的晶體管，其中等離子體摻雜是從所述柵極電極的溝槽執(zhí)行 的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，進(jìn)一步包括被定位成鄰接于所述柵極電極的場板或 場電極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的晶體管，其中場板或場電極被定位成堅向地在所述柵極電 極之下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體管，其中場板或場電極在堅向方向上比所述溝道區(qū)更 深至少20%地延伸到所述半導(dǎo)體襯底中。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述本體接觸區(qū)在堅向方向上比所述溝道區(qū) 更深地延伸到所述半導(dǎo)體襯底中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述本體接觸區(qū)的摻雜物濃度在堅向方向上 變化。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的晶體管，其中摻雜物濃度在堅向方向上降低。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中所述溝道區(qū)基本上是p摻雜的，并且包括鄰接 于所述柵極電極的、具有η摻雜物的區(qū)域。
16. -種形成堅向半導(dǎo)體的方法，包括： 提供襯底， 蝕刻用于柵極電極的溝槽， 提供本體接觸區(qū) 提供定位在溝所述槽與所述本體接觸區(qū)之間的溝道區(qū)， 施加摻雜以將摻雜物注入到所述溝槽的壁中， 使摻雜物從溝槽壁擴(kuò)散到所述溝道區(qū)中以便在所述溝道區(qū)中產(chǎn)生橫向變化的摻雜濃 度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過用于所述柵極電極的所述溝槽的位置和深 度來確定所述溝道區(qū)在堅向方向上的摻雜輪廓，造成所述溝道區(qū)關(guān)于所述柵極電極的自調(diào) 節(jié)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中摻雜是等離子體摻雜。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述本體接觸區(qū)和所述柵極電極在堅向方向上 比所述溝道區(qū)更深至少20%地延伸到所述襯底中。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括對所述本體接觸區(qū)施加堅向變化的摻雜 物濃度。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括在所述溝道區(qū)的鄰接于所述柵極電極的 端部處施加 η摻雜區(qū)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中經(jīng)由比所述溝道區(qū)更深地伸進(jìn)到所述襯底中的 接觸孔來注入所述本體接觸區(qū)。
23. -種用于形成溝槽柵極場效應(yīng)半導(dǎo)體器件的方法，包括： 提供包括主水平表面的半導(dǎo)體本體； 形成本體接觸區(qū)； 在所述主水平表面上形成溝槽； 在所述溝槽中形成柵極氧化物層； 對所述半導(dǎo)體本體施加等離子體摻雜以便將摻雜物注入到溝槽壁中； 加熱所述半導(dǎo)體本體；以及 利用導(dǎo)電材料填充所述溝槽。
【文檔編號】H01L29/78GK104103690SQ201410144330
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】F.希爾勒, A.毛德, H-J.舒爾策 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司