碳化硅半導(dǎo)體裝置和用于制造碳化硅半導(dǎo)體裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有溝槽柵的碳化硅(下文稱為SiC)半導(dǎo)體裝置以及用于制造碳化硅半導(dǎo)體裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]JP-A-2011-101036公開了一種SiC半導(dǎo)體裝置，其設(shè)置有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)，MOSFET在元胞區(qū)域中具有溝槽柵以及在圍繞元胞區(qū)域的周邊區(qū)域中具有周邊高擊穿電壓結(jié)構(gòu)。
[0003]SiC半導(dǎo)體裝置包括半導(dǎo)體襯底，其由n+型SiC組成并且在其上設(shè)置有η型漂移層。在元胞區(qū)域中，P型基極區(qū)域形成在η型漂移層的表面部分中，并且η+型源區(qū)域和ρ +型接觸層形成在P型基極區(qū)域的上部分中。溝槽貫穿P型基極區(qū)域和η+型源區(qū)域至η型漂移層。柵極形成在形成于溝槽的表面上的柵氧化膜上以形成用于金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的溝槽柵結(jié)構(gòu)。
[0004]圍繞元胞區(qū)域的周邊區(qū)域具有臺式結(jié)構(gòu)，臺式結(jié)構(gòu)深于形成在元胞區(qū)域中的P型基極區(qū)域并且達(dá)到η型漂移層。在元胞區(qū)域和周邊區(qū)域之間的邊界部分，P型降低表面電場(RESURF)層從側(cè)壁延伸至臺式結(jié)構(gòu)的臺階處的底表面。此外，多個P型保護(hù)環(huán)層形成在臺式結(jié)構(gòu)的底部上以圍繞P型RESURF層的外周，從而形成周邊高擊穿電壓結(jié)構(gòu)。
[0005]該結(jié)構(gòu)允許P型保護(hù)環(huán)層在高漏電壓下具有間隔適當(dāng)距離的等位線以便降低電場的集中，導(dǎo)致半導(dǎo)體裝置具有高擊穿電壓。
[0006]在制造具有上述結(jié)構(gòu)的SiC半導(dǎo)體裝置時，如果用于形成溝槽柵結(jié)構(gòu)的溝槽和臺式結(jié)構(gòu)可以同時由能夠刻蝕深位置的單個刻蝕步驟形成，那么將能夠簡化制造處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在同時成形溝槽和臺式結(jié)構(gòu)時，溝槽應(yīng)該深于P型基極區(qū)域；因此，臺式結(jié)構(gòu)的深度也必然較深。但是，過深的臺式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致形成在臺式結(jié)構(gòu)上的P型RESURF層以及P型保護(hù)環(huán)層的厚度降低，導(dǎo)致不充足的擊穿電壓。因此，形成溝有預(yù)定深度的溝槽以及具有不太深的深度的臺式結(jié)構(gòu)是重要的。這種精確的深度控制要求導(dǎo)致較窄的加工余量。
[0008]在SiC半導(dǎo)體裝置中，元胞區(qū)域中的MOSFET設(shè)置有形成在溝槽柵結(jié)構(gòu)上方的柵布線層和源極以及形成在η+型襯底的背側(cè)的漏極。在該MOSFET中，層間絕緣膜布置在柵極上方以實現(xiàn)柵布線層或者源極和柵極之間的絕緣。層間絕緣膜應(yīng)該具有足夠用于確保絕緣的預(yù)定厚度。但是，層間絕緣膜從襯底的多余突出引起源極中的臺階差，從而導(dǎo)致劣勢，諸如降低源極和鍵合線之間的粘合力，以及使柵布線層和源極的圖案化準(zhǔn)確度低。
[0009]此外，在SiC半導(dǎo)體裝置中，未考慮在溝槽柵結(jié)構(gòu)中柵極以及柵絕緣膜的表面的高度，因而會增加襯底表面的不均勻。襯底表面的多余不均勻會引起諸如在生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置的后續(xù)步驟中的圖案化中生成殘渣的問題，因而妨礙降低元件的特征尺寸。
[0010]本發(fā)明提供了用于制造SiC半導(dǎo)體裝置的方法，能夠同時成形用于形成溝槽柵結(jié)構(gòu)的溝槽以及臺式結(jié)構(gòu)，而不會降低周邊高擊穿電壓結(jié)構(gòu)的擊穿電壓。本發(fā)明還提供了 SiC半導(dǎo)體裝置，其具有能夠最小化突出層間絕緣膜的高度的結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明提供了 SiC半導(dǎo)體裝置，其具有小特征尺寸。
[0011]本發(fā)明的第一方案是碳化硅半導(dǎo)體裝置，其包括:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其包括:包括碳化硅的第一或者第二導(dǎo)電類型的襯底；包括碳化硅的第一導(dǎo)電類型的漂移層，漂移層布置在襯底上并且具有的雜質(zhì)濃度低于襯底的雜質(zhì)濃度；包括碳化硅的第二導(dǎo)電類型的基極區(qū)域，基極區(qū)域布置在元胞區(qū)域中的漂移層上；包括碳化硅的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)域，源區(qū)域布置在基極區(qū)域上并且具有的雜質(zhì)濃度高于漂移層的雜質(zhì)濃度；多個溝槽，每個溝槽在縱向方向上延伸并且深于源區(qū)域和基極區(qū)域以達(dá)到漂移層，源區(qū)域和基極區(qū)域布置在溝槽的兩側(cè)；第二導(dǎo)電類型的深層，深層布置在兩個相鄰溝槽之間的基極區(qū)域下方的漂移層的表面部分中，深層的底部布置在每個溝槽的底部的下方；柵絕緣膜，其布置在每個溝槽的表面上；柵極，其布置在每個溝槽中的柵絕緣膜上；層間絕緣膜，其覆蓋柵極和柵絕緣膜，層間絕緣膜具有接觸孔；源極，其通過接觸孔電連接至源區(qū)域和基極區(qū)域；以及漏極，其布置在襯底的背側(cè)上；以及周邊高擊穿電壓結(jié)構(gòu)，其在凹臺式結(jié)構(gòu)的底部包括第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層，凹臺式結(jié)構(gòu)布置在圍繞元胞區(qū)域的周邊區(qū)域上，臺式結(jié)構(gòu)深于源區(qū)域和基極區(qū)域以達(dá)到漂移層，其中，源區(qū)域具有第一凹部，每個溝槽從第一凹部的底部延伸，柵絕緣膜具有順著第一凹部的形狀的延伸部，以及柵極的頂表面齊平于或者低于延伸部的頂表面。
[0012]因而，層間絕緣膜形成在具有第二凹部的柵絕緣膜上，使得層間絕緣膜具有低于其他部分的第二凹部。結(jié)果，相比于沒有第二凹部的情況，能夠降低在圖案化之后保留在溝槽柵結(jié)構(gòu)的位置的層間絕緣膜的突起(層間絕緣膜和其周圍之間的臺階的高度)。這種處理能夠改善用于形成布置在層間絕緣膜上的源極和柵布線層的電極材料的表面平整度，因而改善對于它們的圖案化準(zhǔn)確度。
[0013]本發(fā)明的第二方案是碳化硅半導(dǎo)體裝置，其包括:金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其包括:包括碳化硅的第一或者第二導(dǎo)電類型的襯底；包括碳化硅的第一導(dǎo)電類型的漂移層，漂移層布置在襯底上并且具有的雜質(zhì)濃度低于襯底的雜質(zhì)濃度；包括碳化硅的第二導(dǎo)電類型的基極區(qū)域，基極區(qū)域布置在元胞區(qū)域中的漂移層上；包括碳化硅的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)域，源區(qū)域布置在基極區(qū)域上并且具有的雜質(zhì)濃度高于漂移層的雜質(zhì)濃度；多個溝槽，每個溝槽在縱向方向上延伸并且深于源區(qū)域和基極區(qū)域以達(dá)到漂移層，源區(qū)域和基極區(qū)域布置在溝槽的兩側(cè)；第二導(dǎo)電類型的深層，深層布置在兩個相鄰溝槽之間的基極區(qū)域下方的漂移層的表面部分中，深層的底部布置在每個溝槽的底部的下方；柵絕緣膜，其布置在每個溝槽的表面上；柵極，其布置在每個溝槽中的柵絕緣膜上；層間絕緣膜，其覆蓋柵極和柵絕緣膜，層間絕緣膜具有接觸孔；源極，其通過接觸孔電連接至源區(qū)域和基極區(qū)域；以及漏極，其布置在襯底的背側(cè)上；以及周邊高擊穿電壓結(jié)構(gòu)，其包括圍繞元胞區(qū)域的第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層，第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層位于凹臺式結(jié)構(gòu)的底部，凹臺式結(jié)構(gòu)布置在圍繞元胞區(qū)域的周邊區(qū)域上，臺式結(jié)構(gòu)深于源區(qū)域和基極區(qū)域以達(dá)到漂移層，其中，源區(qū)域具有第一凹部，每個溝槽從第一凹部的底部延伸，柵絕緣膜具有順著第一凹部的形狀的延伸部，以及柵極的頂表面齊平于或者低于柵絕緣膜的延伸部的頂表面。
[0014]因而，柵極的表面齊平于或者低于柵絕緣膜的表面。這種高表面平整度降低了在生產(chǎn)半導(dǎo)體裝置的后續(xù)步驟中的不均勻，從而導(dǎo)致降低在圖案化期間會發(fā)生的殘渣，利于降低半導(dǎo)體裝置的特征尺寸。
[0015]本發(fā)明的第三方案是用于制造碳化硅半導(dǎo)體裝置的方法，其包括:(a)在包括碳化硅的第一或者第二導(dǎo)電類型的襯底上形成包括碳化硅的第一導(dǎo)電類型的漂移層，漂移層具有的雜質(zhì)濃度低于襯底的雜質(zhì)濃度；(b)在元胞區(qū)域中的漂移層的表面部分上形成第二導(dǎo)電類型的深層，以及在圍繞元胞區(qū)域的周邊區(qū)域中形成圍繞元胞區(qū)域的第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層；(C)在深層、第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層和漂移層上形成包括碳化硅的第二導(dǎo)電類型的基極區(qū)域；(d)在基極區(qū)域中形成第一凹部，在基極區(qū)域和第一凹部上形成包括碳化硅的第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)層，然后除了第一凹部上的部分之外移除第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)層以便在第一凹部上留下源區(qū)域以及在源區(qū)域的表面上留下第二凹部，第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)層具有的雜質(zhì)濃度高于漂移層的雜質(zhì)濃度；(e)形成溝槽，其從源區(qū)域中的第二凹部的底表面延伸通過基極區(qū)域至漂移層并且具有的縱向方向沿著深層的延伸方向，使得溝槽淺于深層，同時通過在周邊區(qū)域中移除基極區(qū)域以暴露漂移層形成凹臺式結(jié)構(gòu)，使得具有第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層的周邊高擊穿電壓結(jié)構(gòu)布置在凹臺式結(jié)構(gòu)的底部；(f)在包括第二凹部的表面的溝槽中形成柵絕緣膜，柵絕緣膜具有延伸部，延伸部順著第二凹部的形狀；(g)在溝槽中的柵絕緣膜上形成柵極；(h)形成層間絕緣膜，其覆蓋柵極和柵絕緣膜；(i)在層間絕緣膜中形成接觸孔，并且源極通過接觸孔電連接至源區(qū)域和基極區(qū)域；以及(j)在襯底的背側(cè)上形成漏極。
[0016]因而，溝槽以及臺式結(jié)構(gòu)的這種同時成形能夠統(tǒng)一化成形溝槽和臺面的處理，因而簡化制造處理。在成形溝槽時，形成在源區(qū)域中的第二凹部允許溝槽形成在深于臺式結(jié)構(gòu)的位置處。
[0017]因此，在元胞區(qū)域中從基極區(qū)域朝向漂移層突出溝槽的高度被確保，而無需過度刻蝕形成在周邊區(qū)域中的臺式結(jié)構(gòu)的底表面上的第二導(dǎo)電類型雜質(zhì)層。換句話說，能夠?qū)崿F(xiàn)具有預(yù)定深度的溝槽而無需形成過深的臺式結(jié)構(gòu)。結(jié)果，該處理消除了精細(xì)深度控制的需要，導(dǎo)致較大加工余量。
[0018]每個上述器件的括號中的附圖標(biāo)記指示對應(yīng)于稍后將描述的實施例中描述的特定器件。
【附圖說明】
[0019]下文件將參考附圖描述本發(fā)明的示范實施例特征、優(yōu)勢以及技術(shù)及工業(yè)重要