半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件包括集成在半導(dǎo)體主體中的至少兩個器件單元。每個器件單元包括：漂移區(qū)、源極區(qū)、布置在源極區(qū)和漂移區(qū)之間的漏極區(qū)、二極管區(qū)、二極管區(qū)和漂移區(qū)之間的pn結(jié)、和具有第一側(cè)壁、與第一側(cè)壁相對的第二側(cè)壁以及底部的溝槽。主體區(qū)鄰接第一側(cè)壁，二極管區(qū)鄰接第二側(cè)壁，并且pn結(jié)鄰接溝槽的底部。每個器件單元進一步包括柵電極，所述柵電極布置在溝槽中并通過柵極電介質(zhì)與主體區(qū)、二極管區(qū)和漂移區(qū)介電絕緣。所述至少兩個器件單元的二極管區(qū)在半導(dǎo)體主體的橫向方向上遠離。
【專利說明】半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及包括垂直晶體管器件和與該晶體管器件并聯(lián)連接的二極管的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]功率晶體管，是具有多達幾百伏特的電壓阻斷能力且具有高電流額定值的晶體管，可以被實施為垂直MOS溝槽晶體管。在這種情況下，晶體管的柵電極可以布置在溝槽中，該溝槽在半導(dǎo)體主體的垂直方向上延伸。柵電極與晶體管的源極區(qū)、主體區(qū)和漂移區(qū)介電絕緣并且在半導(dǎo)體主體的橫向方向上鄰近主體區(qū)。漏極區(qū)通常鄰接漂移區(qū)，并且源電極連接到源極區(qū)。
[0003]在許多應(yīng)用中，期望具有與晶體管的負載路徑(漏極-源極路徑)并聯(lián)連接的二極管。出于這個目的可以使用晶體管的集成的體二極管。體二極管由主體區(qū)和漂移區(qū)之間的pn結(jié)形成。為了將體二極管與晶體管的負載路徑并聯(lián)連接，可以簡單地將主體區(qū)電連接到源電極。然而，體二極管可以具有比在一些應(yīng)用中所期望的更低的電流額定值。
[0004]可以利用傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料(諸如硅(Si )或碳化硅(SiC))來實施功率晶體管。歸因于SiC的特定屬性，對SiC的使用允許實施具有比Si更高的電壓阻斷能力(以給定的導(dǎo)通電阻)的功率晶體管。然而，高阻斷電壓導(dǎo)致半導(dǎo)體主體中、具體在主體區(qū)和漂移區(qū)之間的pn結(jié)處的高電場。通常存在接近該pn結(jié)布置的柵電極的區(qū)段和柵極電介質(zhì)的區(qū)段。當柵極電介質(zhì)的介電強度對于晶體管器件的期望電壓阻斷能力來說不足時，可能發(fā)生問題。在這種情況下，柵極電介質(zhì)可能提早擊穿。
[0005]存在下述需要:提供具有晶體管器件和二極管的半導(dǎo)體器件，其中保護晶體管的柵電極免于高電場，并且其中二極管具有高電流額定值和低損耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)實施例，一種半導(dǎo)體器件包括集成在半導(dǎo)體主體中的至少兩個器件單元。每個器件單元包括:漂移區(qū)、源極區(qū)、布置在源極區(qū)和漂移區(qū)之間的漏極區(qū)、二極管區(qū)、二極管區(qū)和漂移區(qū)之間的pn結(jié)、和具有第一側(cè)壁、與第一側(cè)壁相對的第二側(cè)壁以及底部的溝槽，其中主體區(qū)鄰接第一側(cè)壁，二極管區(qū)鄰接第二側(cè)壁，并且pn結(jié)鄰接溝槽的底部。每個器件單元進一步包括柵電極，所述柵電極布置在溝槽中并且通過柵極電介質(zhì)與主體區(qū)、二極管區(qū)和漂移區(qū)介電絕緣。所述至少兩個器件單元的二極管區(qū)在半導(dǎo)體主體的橫向方向上遠離。
[0007]根據(jù)另一個實施例，描述了一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法。所述方法包括:提供半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體具有漂移區(qū)層、鄰接漂移區(qū)層的主體區(qū)層、和鄰接主體區(qū)層且形成所述半導(dǎo)體主體的第一表面的源極區(qū)層；形成至少兩個二極管區(qū)，使得每個二極管區(qū)從第一表面延伸通過源極區(qū)層和主體區(qū)層到漂移區(qū)層中，其中每個二極管區(qū)和漂移區(qū)層形成一個pn結(jié)；以及形成至少兩個溝槽，每個溝槽具有第一側(cè)壁、與第一側(cè)壁相對的第二側(cè)壁以及底部，使得每個溝槽在一個側(cè)壁上鄰接主體區(qū)層，在第二側(cè)壁上鄰接一個二極管區(qū)以及在底部上鄰接一個pn結(jié)。所述方法進一步包括:在每個溝槽中形成柵電極和柵極電介質(zhì)，所述柵極電介質(zhì)將所述柵電極與所述半導(dǎo)體主體介電絕緣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面參照附圖來解釋示例。附圖用于圖示基本原理，以便僅圖示理解基本原理所必需的方面。附圖不是按比例繪制的。在附圖中，相同的附圖標記表示類似的特征。
[0009]圖1圖示了根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。
[0010]圖2圖示了圖1的半導(dǎo)體器件的一個實施例的水平橫截面視圖。
[0011]圖3圖示了在與圖1中圖示的截面不同的截面中圖2的半導(dǎo)體器件的垂直橫截面視圖。
[0012]圖4 (包括圖4A到4J)圖示了根據(jù)一個實施例的用于生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法。
[0013]圖5 (包括圖5A和5B)圖不了用于生產(chǎn)圖4B中圖不的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的方法的一個實施例。
【具體實施方式】
[0014]在下面的【具體實施方式】中，對附圖進行了參照，附圖形成【具體實施方式】的一部分，并且在附圖中通過圖示的方式示出了在其中可實踐本發(fā)明的具體實施例。
[0015]圖1圖示了半導(dǎo)體器件、具體地垂直半導(dǎo)體器件、并且更具體地具有集成的二極管的垂直晶體管器件的垂直橫截面視圖。該半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體主體100和集成在半導(dǎo)體主體100中的至少兩個器件單元(晶體管單元)IO1UO20器件單元在下面還將被稱為晶體管單元。在圖1中，僅圖示了兩個器件單元IO1UO215然而，半導(dǎo)體器件可以包括集成在一個半導(dǎo)體主體100中的多于兩個器件單元，諸如大約數(shù)十、數(shù)百、數(shù)千、數(shù)十萬或甚至數(shù)百萬器件單元。
[0016]在圖1中，兩個器件單元IO1UO2用不同的附圖標記來標記，而個體器件單元IOpIO2的類似特征用類似的附圖標記來標記。參照圖1，每個晶體管單元IO1UO2包括漂移區(qū)
11、源極區(qū)12和主體區(qū)13。主體區(qū)13布置在源極區(qū)12和漂移區(qū)11之間。每個器件單元IO1UO2進一步包括二極管區(qū)30和在二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間形成的pn結(jié)。在圖1的實施例中，個體器件單元IO1UO2共享漂移區(qū)11。也就是說，個體器件單元IO1UO2共同具有一個漂移區(qū)11。
[0017]參照圖1，每個器件單元IO1、IO2進一步包括柵電極21，柵電極21布置在溝槽中并通過柵極電介質(zhì)22與主體區(qū)13、二極管區(qū)30和漂移區(qū)11介電絕緣。每個器件單元1(VIO2的具有柵電極21的溝槽具有第一側(cè)壁IlO1、與第一側(cè)壁110d@對的第二側(cè)壁IlO2以及底部1103。每個器件單元IO1UO2的主體區(qū)13鄰接對應(yīng)溝槽的第一側(cè)壁IlO1，二極管區(qū)30鄰接對應(yīng)溝槽的第二側(cè)壁1102，并且漂移區(qū)11和二極管區(qū)30之間的pn結(jié)鄰接對應(yīng)溝槽的底部IIO3O
[0018]參照圖1，一個器件單元(諸如器件單元IO1)的個體二極管區(qū)30從與相鄰器件單元(諸如器件單元IO2)的源極區(qū)12和主體區(qū)13鄰近的半導(dǎo)體主體100的第一表面101延伸到形成pn結(jié)的漂移區(qū)11中。電絕緣層(絕緣層)51覆蓋第一表面101和柵電極21。絕緣層51具有接觸開口 52，在接觸開口 52處絕緣層51露出個體器件單元IO1UO2的第二二極管區(qū)32和源極區(qū)12。源電極41形成在絕緣層51上和接觸開口 52中。源電極41通過絕緣層51與柵電極21電絕緣并將個體二極管區(qū)30和個體源極區(qū)12電連接到源極端子S(在圖1中僅示意性地圖示)或形成源極端子S。可選地，源電極41包括電接觸二極管區(qū)30和源極區(qū)12的第一源電極層M1以及電連接第一源電極層M1的第二源電極層412。第二源電極層412連接到源極端子S或形成半導(dǎo)體器件的源極端子S。第一源電極層41i包括例如鈦(Ti )、鉬(Pt)、鎳合金等。第二電極層412包括例如鋁(Al )、銅(Cu)等。
[0019]參照圖1，半導(dǎo)體器件進一步包括鄰接漂移區(qū)11的漏極區(qū)14。可選地，與漂移區(qū)11相同摻雜類型但在漂移區(qū)11中更高摻雜的場截止區(qū)(未圖示)布置在漂移區(qū)11和漏極區(qū)14之間。漏極區(qū)14電連接到漏極端子D (在圖1中僅示意性地圖示)。個體器件單元1(VIO2共享一個漏極區(qū)14。也就是說，存在個體器件單元IO1UO2所共有的一個漏極區(qū)14。
[0020]通過使個體源極區(qū)12經(jīng)由源電極41連接到源極端子S，通過共享漏極區(qū)14并使漏極區(qū)14連接到漏極端子D，以及通過使個體柵電極21電連接到公共柵極端子G，來并聯(lián)連接個體器件單元IO1UOy在圖1中僅示意性地圖示了柵電極21與柵極端子G的連接。本文中下面參照圖2和3來解釋一種將柵電極21連接到柵極端子G的可能方式。
[0021]圖1的半導(dǎo)體器件是具有集成二極管的MOS晶體管器件。該晶體管器件可以被實施為η型器件或P型器件。在η型器件中，源極區(qū)和漂移區(qū)11是η摻雜的，而主體區(qū)13是ρ摻雜的。在P型器件中，源極區(qū)12和漂移區(qū)11是ρ摻雜的，而主體區(qū)13是η摻雜的。該晶體管器件可以被實施為增強(常斷(normally-off))型器件或耗盡(常通(normally-on))型器件。在增強型器件中，個體器件單元IO1UO2的主體區(qū)13鄰接?xùn)艠O電介質(zhì)22。在耗盡型器件中，存在沿著柵極電介質(zhì)22的、與源極區(qū)12和漂移區(qū)11相同摻雜類型的溝道區(qū)15(在圖1中以虛線圖示)。每個器件單元IO1UO2的溝道區(qū)15沿柵極電介質(zhì)22從對應(yīng)的源極區(qū)12延伸到漂移區(qū)11，并在晶體管器件關(guān)斷時耗盡電荷載流子?？商娲兀瑬艠O電介質(zhì)22包括固定電荷，當柵極驅(qū)動電壓(柵極-源極電壓)為零時，該固定電荷使得在主體區(qū)13中沿柵極電介質(zhì)22生成導(dǎo)電溝道。
[0022]另外，晶體管器件可以被實施為MOSFET或IGBT。在MOSFET中，漏極區(qū)14具有與源極區(qū)12和漂移區(qū)11相同的摻雜類型，而在IGBT中，漏極區(qū)14具有與源極區(qū)12和漂移區(qū)11的摻雜類型互補的摻雜類型。在IGBT中，漏極區(qū)14也被稱為集電極區(qū)。
[0023]二極管區(qū)30具有與主體區(qū)13相同的摻雜類型，該摻雜類型是與漂移區(qū)11的摻雜類型互補的摻雜類型。因為一個器件單元(諸如圖1中的器件單元IO1)的二極管區(qū)30鄰接相鄰器件單元(諸如圖1中的器件單元IO2)的主體區(qū)13，所以每個器件單元的主體區(qū)13通過相鄰器件單元的二極管區(qū)30電連接到源電極41?？蛇x地，每個二極管區(qū)30包括兩個不同摻雜的半導(dǎo)體區(qū)，即，鄰接漂移區(qū)11且與漂移區(qū)11形成pn結(jié)的第一區(qū)31和將第一區(qū)31電連接到源電極41的第二二極管區(qū)32。第二二極管區(qū)32 (其在下面還將被稱為接觸區(qū))具有高于第一區(qū)31的摻雜濃度。在圖1的實施例中，一個器件單元(諸如圖1中的器件單元101)的接觸區(qū)32鄰接對應(yīng)溝槽的第二側(cè)壁IlO2并將相鄰器件單元(諸如圖1中的器件單元IO2)的主體區(qū)13電連接到源電極41。
[0024]每個器件單元IO1UO2的二極管區(qū)30與漂移區(qū)11和漏極區(qū)14形成二極管。在圖1中還圖示了該二極管的電路符號(圖1中圖示的電路符號的極性與η型半導(dǎo)體器件相關(guān)；在P型器件中，該極性反轉(zhuǎn))。在個體器件單元IO1UO2的二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間形成的二極管并聯(lián)連接，并與MOS晶體管的負載路徑(漏極-源極路徑)并聯(lián)連接。MOS晶體管的漏極-源極路徑是漏極端子D和源極端子S之間的內(nèi)部路徑。當具有第一極性的電壓施加在MOS晶體管的漏極和源極端子D、S之間時，個體二極管反向偏置(阻斷)，而當具有第二極性的電壓施加在漏極和源極端子D、S之間時，個體二極管正向偏置(導(dǎo)通)。在η型半導(dǎo)體器件中，當正電壓施加在漏極和源極端子D、S之間時，二極管反向偏置，而當負電壓施加在漏極和源極端子D、S之間(其在源極和漏極端子S、D之間為正電壓)時，二極管正向偏置。個體二極管與晶體管單元的體二極管并聯(lián)。體二極管是由個體器件單元IO1UO2的主體區(qū)13和漂移區(qū)11形成的二極管。然而，不同于體二極管，可以與MOS晶體管的屬性無關(guān)地較寬地調(diào)整二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間的二極管的屬性。具體地，可以通過實施二極管區(qū)30以使得二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)具有相對較大的面積，將二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間的二極管實施為具有高電流額定值。
[0025]可以通過在漏極和源極端子D、S之間施加負載電壓和通過將驅(qū)動電勢施加到柵電極G，像傳統(tǒng)MOS晶體管那樣操作圖1的半導(dǎo)體器件。參考η型半導(dǎo)體器件來簡要地解釋該操作原理。然而，該操作原理也適用于P型器件，其中，在P型器件中，下面解釋的電壓的極性必須反轉(zhuǎn)。當在漏極和源極端子D、S之間施加反向偏置體二極管和附加二極管(個體器件單元IO1UO2的二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間的二極管)的負載電壓時，半導(dǎo)體器件處于正向操作模式中。在η型器件中，該電壓是正電壓。在正向操作模式中，可以通過對柵極端子G施加的驅(qū)動電勢來接通和關(guān)斷MOS晶體管。當對柵極端子G施加的驅(qū)動電勢在源極區(qū)12和漂移區(qū)11之間的主體區(qū)13中生成導(dǎo)電溝道時，MOS晶體管接通(處于接通狀態(tài)中)，而當主體區(qū)13中的導(dǎo)電溝道被中斷時，MOS晶體管關(guān)斷(處于關(guān)斷狀態(tài)中)。接通或關(guān)斷晶體管器件的驅(qū)動電勢的絕對值依賴于晶體管器件的具體類型(增強型器件或耗盡型器件)。
[0026]當在漏極和源極端子D、S之間施加正向偏置體二極管和附加二極管的電壓時，半導(dǎo)體器件處于反向操作模式中。在該操作模式中，僅可以通過負載電壓的極性來控制半導(dǎo)體器件，而不可以通過對柵極端子G施加的驅(qū)動電勢來控制半導(dǎo)體器件。
[0027]當半導(dǎo)體器件處于正向操作模式中時并且當半導(dǎo)體器件被關(guān)斷時，二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)以及主體區(qū)13和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)反向偏置，使得耗盡區(qū)在漂移區(qū)11中擴充。當負載電壓增加時，耗盡區(qū)在漏極區(qū)14的方向上更深地擴充到漂移區(qū)11中。當負載電壓增加并且耗盡區(qū)更深地擴充到漂移區(qū)11中時，pn結(jié)處的電場強度也增力口。因為主體區(qū)13和第一漂移區(qū)11之間的pn結(jié)接近于柵極電介質(zhì)22，所以當施加高負載電壓時，即當出現(xiàn)高場強時，柵極電介質(zhì)22可能被損壞。然而，在圖1的半導(dǎo)體器件中，兩個相鄰器件單元IO1UO2的二極管區(qū)30與漂移區(qū)11 一起充當JFET (結(jié)型場效應(yīng)晶體管)。該JFET在兩個相鄰二極管區(qū)30之間具有溝道區(qū)Il115隨著負載電壓增加并且隨著漂移區(qū)11的電勢增加，JFET夾斷溝道區(qū)Il1并防止在負載電壓進一步增加時主體區(qū)13和漂移區(qū)11之間的Pn結(jié)處的電場的場強進一步增加。在其處夾斷JFET的溝道Il1的負載電壓例如依賴于兩個相鄰二極管區(qū)30在半導(dǎo)體主體100的橫向方向上的距離。半導(dǎo)體主體100的“橫向方向”垂直于垂直方向并基本上平行于第一表面101,在該垂直方向上,漏極區(qū)14與主體區(qū)13和二極管區(qū)30分隔開。兩個相鄰二極管區(qū)30之間的該橫向距離例如在0.5 μ m(微米)和2 μ m (微米)之間或在容納柵電極21的溝槽的寬度的0.25倍和1.5倍之間。溝槽的“寬度”是第一和第二側(cè)壁IlO1UlO2之間的距離。在溝槽逐漸變細(tapered)的情況下，如圖1的實施例中圖示的那樣，該寬度是第一和第二側(cè)壁之間的最大距離。
[0028]每個器件單元1(V IO2包括溝道區(qū)，該溝道區(qū)是主體區(qū)13沿柵極電介質(zhì)22的區(qū)或者是可選的溝道區(qū)15(在圖1中以虛線圖示)。當晶體管器件處于接通狀態(tài)中時，沿柵極電介質(zhì)22的溝道區(qū)使電荷載流子能夠從源極區(qū)12流動到漂移區(qū)11。每個器件單元IO1UO2的二極管區(qū)30不與溝道區(qū)重疊。即，二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)鄰接個體柵極溝槽的底部并且在溝道區(qū)的方向上不延伸超過柵極溝槽。因此，二極管區(qū)30不約束從溝道區(qū)到漏極區(qū)14的電荷載流子流動。
[0029]除了其它以外，半導(dǎo)體器件的電壓阻斷能力還依賴于二極管區(qū)30和漏極區(qū)14之間的距離?？梢栽谥圃爝^程中根據(jù)期望的電壓阻斷能力來調(diào)整該距離。作為經(jīng)驗法則，在SiC半導(dǎo)體主體100中，依照100V電壓阻斷能力，漏極區(qū)14和二極管區(qū)30之間的距離在
0.8微米和1.0微米之間。
[0030]半導(dǎo)體主體100可以包括傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料，特別地，寬帶隙半導(dǎo)體材料，諸如碳化硅(SiC)等。圖1中圖示的器件拓撲特別適合于利用SiC技術(shù)實施的半導(dǎo)體器件。當例如半導(dǎo)體主體100包括SiC時，柵極電介質(zhì)22可以被實施為硅氧化物(SiO2)。SiO2的柵極電介質(zhì)22在被暴露到可能在高電壓器件中出現(xiàn)的高場強時可能遭受退化。在這樣的器件中，當半導(dǎo)體器件被關(guān)斷并且在漏極和源極端子D、S之間施加高負載電壓時，由二極管區(qū)30和漂移區(qū)11形成的JFET高效地保護柵極電介質(zhì)22。在反向操作模式中，直接連接到源電極41的附加二極管是與MOS晶體管的負載路徑并聯(lián)連接的具有低損耗的非常高效的二極管。
[0031]漂移區(qū)11的摻雜濃度例如在lE14cm_3和lE17cm_3之間。主體區(qū)13的摻雜濃度例如在5E16cnT3和5E17cnT3之間。源極區(qū)和漏極區(qū)12、14的摻雜濃度例如比lE19cnT3高。二極管區(qū)30的摻雜濃度例如在lE18cnT3和lE19cnT3之間。
[0032]參照圖1，每個器件單元IO1UO2的主體區(qū)13在第一側(cè)壁IlO1處鄰接對應(yīng)的柵極溝槽。尤其當柵極溝槽具有逐漸變細的側(cè)壁時，第一和第二側(cè)壁以對應(yīng)于半導(dǎo)體主體100的晶格的不同晶面。根據(jù)一個實施例,半導(dǎo)體主體100包括六邊形SiC晶體，并且柵極溝槽具有逐漸變細的側(cè)壁，使得第一側(cè)壁IlO1對應(yīng)于SiC晶體中的11-20平面。在這種情況下，個體溝道區(qū)以相對較低的電阻為特征。在該實施例中，第一側(cè)壁IlO1與SiC半導(dǎo)體主體100的晶體的C軸對齊。C軸(六邊形主軸)垂直于SiC晶體的生長面(0001平面)。在圖1中未圖不該生長面。溝槽的底部Iio3基本上平行于第一表面101。
[0033]溝槽110的第一側(cè)壁IlO1和第一表面101之間的角度α (阿爾法)依賴于第一表面相對于生長面(0001平面)的定向。根據(jù)一個實施例,第一表面101相對于生長面傾斜，其中第一表面101和生長面之間的角度可以在1°和10°之間，特別地在2°和8°之間。在這種情況下，α在80° (90° - 10° )和89° (90° - 1° )之間，并且特別地在82°(90° - 8° )和88° (90° - 2。)之間。根據(jù)一個特定實施例，第一表面101和生長面之間的角度是4°，使得溝槽110的第一表面101和第一側(cè)壁IlO1之間的角度α是86°。在SiC晶體中沿11-20平面存在高電荷載流子遷移率，使得第一側(cè)壁IlO1與c軸的對齊導(dǎo)致主體區(qū)13中沿柵極電介質(zhì)22的溝道區(qū)中的低電阻。
[0034]柵極溝槽可以是細長的溝槽，其中柵電極21可以連接到處于圖1的垂直橫截面視圖中的視野之外的位置處的柵極端子電極。圖2示出了包括細長柵極溝槽的、圖1的半導(dǎo)體器件的一個實施例的水平橫截面視圖。圖2圖示了半導(dǎo)體主體100的三個不同水平層中的半導(dǎo)體器件的特征。在圖2中，以點線圖示了柵電極21和柵極電介質(zhì)22。如可以從圖2中看出的那樣，具有柵電極21和柵極電介質(zhì)22的柵極溝槽是細長的溝槽。具有可選接觸區(qū)32的二極管區(qū)30和源極區(qū)12平行于柵極溝槽伸展。圖2進一步圖示了(以虛線)絕緣層51的接觸開口 52、53。參照圖2，在源極區(qū)12和二極管區(qū)30(具體地，二極管區(qū)30的接觸區(qū)32)上方存在第一接觸開口 52，并且在柵電極21上方存在第二接觸開口 53。第二開口 53在半導(dǎo)體主體100的第一橫向方向X上與第一開口 52分隔開。在本實施例中，個體柵極溝槽和個體二極管區(qū)30在垂直于第一橫向方向X的第二橫向方向I上分隔。參照圖1和2，源電極41在第一接觸開口 52所位于的那些區(qū)中覆蓋絕緣層51，并在第一接觸開口52中電連接到接觸區(qū)32和源極區(qū)12。
[0035]柵極連接電極(柵極伸展部)42在第一橫向方向X上與源電極41分隔開，并在布置了第二接觸開口 53的那些區(qū)中覆蓋絕緣層51。柵極連接電極42在第二接觸開口 53中電連接到柵電極21。參照圖2，源電極41和柵極連接電極42可以基本上平行。
[0036]圖1中圖示的垂直橫截面視圖對應(yīng)于圖2中圖示的截面A-A中的垂直橫截面視圖。圖3圖示了圖2中圖示的截面B-B中的垂直橫截面視圖，其中截面B-B切割穿過柵極連接電極42和第二接觸開口 53。參照圖3，絕緣層51將二極管區(qū)30和源極區(qū)12與柵極連接電極42分離，并且柵極連接電極42通過第二接觸開口 53電連接到柵電極21。
[0037]根據(jù)一個實施例，半導(dǎo)體器件包括連接到源極端子S的一個源電極41和連接到柵極端子G的一個柵極連接電極42。根據(jù)另一實施例(未圖示)，半導(dǎo)體器件包括各自連接到柵極端子G的若干柵極連接電極42和各自連接到源極端子S的若干源電極41，其中柵極連接電極42和源電極41基本上平行并在第一橫向方向X上交替地布置。
[0038]下面參照圖4A到4J來解釋用于生產(chǎn)如本文中前面解釋的半導(dǎo)體器件的方法的一個實施例。這些附圖中的每一個示出了在該方法的各個方法步驟期間半導(dǎo)體主體100的垂直橫截面視圖。
[0039]參照圖4A，該方法包括提供具有漂移區(qū)層111、鄰接漂移區(qū)層111的主體區(qū)層113和鄰接主體區(qū)層113的源極區(qū)層112的半導(dǎo)體主體100。源極區(qū)層112形成半導(dǎo)體主體100的第一表面101。半導(dǎo)體主體100進一步包括與主體區(qū)層113相對的、鄰接漂移區(qū)層111的漏極區(qū)層114?？蛇x地，與漂移區(qū)層111相同摻雜類型但比漂移區(qū)層111更高摻雜的場截止區(qū)層(未圖示)布置在漏極層區(qū)114和漂移區(qū)層111之間。漂移區(qū)層111形成漂移區(qū)11，主體區(qū)層113形成主體區(qū)13，源極區(qū)層112形成源極區(qū)12，并且漏極區(qū)層114形成完成的半導(dǎo)體器件的漏極區(qū)14。個體半導(dǎo)體層111-114的摻雜類型和摻雜濃度對應(yīng)于由這些個體半導(dǎo)體層形成的器件區(qū)的摻雜類型和摻雜濃度。本文中前面已解釋了個體器件區(qū)的這些摻雜類型和摻雜濃度。
[0040]可以使用用于生產(chǎn)具有若干不同摻雜的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體主體100的傳統(tǒng)技術(shù)來生產(chǎn)圖4A的半導(dǎo)體主體100。根據(jù)一個實施例，生產(chǎn)半導(dǎo)體主體100包括:提供形成漏極區(qū)層114的半導(dǎo)體襯底；在漏極區(qū)層114上生長作為第一外延層的漂移區(qū)層111 ;在漂移區(qū)層111上生長作為第二外延層的主體區(qū)層113 ;以及在主體區(qū)層113上生長作為第三外延層的源極區(qū)層112。在各個外延過程期間，可以原位摻雜各個外延層。
[0041]根據(jù)第二實施例，提供了具有與漂移區(qū)層111的摻雜濃度相對應(yīng)的摻雜濃度的半導(dǎo)體襯底。通過注入過程，將摻雜原子通過第一表面101注入到該襯底中，以便形成主體區(qū)層113和源極區(qū)層112。此外，將摻雜原子通過與第一表面101相對的第二表面102注入到襯底中，以便形成漏極區(qū)層114。
[0042]根據(jù)第三實施例，提供了形成漏極區(qū)層114的半導(dǎo)體襯底。在漏極區(qū)層114上生長外延層，其中外延層具有與漂移區(qū)層111的摻雜濃度相對應(yīng)的摻雜濃度。該外延層形成半導(dǎo)體主體100的第一表面101。最后，將摻雜原子通過第一表面101注入到外延層中，以便形成主體區(qū)層113和源極區(qū)層112。
[0043]參照圖4B，形成在半導(dǎo)體主體100的第二橫向方向I上分隔的二極管區(qū)30。形成二極管區(qū)30可以包括:在漂移區(qū)層111中形成第一二極管區(qū)31 ;以及形成第二二極管區(qū)(接觸區(qū))32，其中接觸區(qū)32從第一表面101延伸通過源極區(qū)層112和主體區(qū)層113到第一二極管區(qū)31中。形成第一和第二二極管區(qū)31、32可以包括傳統(tǒng)的注入過程。本文中下面進一步參照圖5A和5B來解釋用于生產(chǎn)二極管區(qū)30的方法的實施例。
[0044]參照圖4C，該方法進一步包括在半導(dǎo)體主體100的第一表面101中產(chǎn)生溝槽。溝槽各自包括第一側(cè)壁IlO1、與第一側(cè)壁IlO1相對的第二側(cè)壁IlO2、以及底部1103。溝槽將主體區(qū)層113和源極區(qū)層112細分成若干區(qū)段，其中在形成二極管區(qū)30之前具有主體區(qū)層113的摻雜濃度的那些區(qū)形成主體區(qū)13，并且在形成二極管區(qū)30之前具有源極區(qū)層112的摻雜濃度的那些區(qū)形成半導(dǎo)體器件的源極區(qū)12。參照圖4C，溝槽110被形成為使得每個溝槽110的第一側(cè)壁IlO1鄰接一個源極區(qū)12和一個主體區(qū)13并且每個溝槽110的第二側(cè)壁IlO2鄰接一個二極管區(qū)30，具體地，二極管區(qū)30的接觸區(qū)32。在這種情況下，在二極管區(qū)30和漂移區(qū)11之間形成的pn結(jié)鄰接每個溝槽110的底部1103。形成溝槽110可以包括使用蝕刻掩模210的傳統(tǒng)蝕刻過程。
[0045]可選地，存在溝槽110的后處理，在該后處理中，個體溝槽的側(cè)壁11(V IIO2與底部IlO3之間的拐角被圓化(round)。在圖4D中圖示了這種圓化過程的結(jié)果。圓化過程可以包括在包含氫氣的大氣中的熱處理。根據(jù)一個實施例，利用作為在接下來的過程步驟中形成的柵極電介質(zhì)22的厚度的至少兩倍或其厚度的至少四倍的半徑來形成側(cè)壁11(V IlO2與底部IlO3之間的拐角。根據(jù)一個實施例，拐角的半徑是至少300納米(nm)。
[0046]根據(jù)一個實施例，利用逐漸變細的側(cè)壁來形成溝槽110。根據(jù)一個實施例，半導(dǎo)體主體100包括SiC，并且利用逐漸變細的側(cè)壁來形成溝槽110以使得第一側(cè)壁IlO1與SiC半導(dǎo)體晶體的c軸對齊。
[0047]在圖41中圖示的接下來的過程步驟中，在溝槽110的側(cè)壁IlO1UlO2和底部IlO3上形成柵極電介質(zhì)22?？蛇x地，還在半導(dǎo)體主體100的第一表面101上形成柵極電介質(zhì)22。根據(jù)一個實施例，半導(dǎo)體主體100包括SiC，并且柵極電介質(zhì)22包括二氧化硅(SiO2)。形成柵極電介質(zhì)22可以包括氧化過程或者沉積過程和氧化過程的組合。
[0048]參照圖4F，在溝槽110中以及在半導(dǎo)體主體100的第一表面101上方形成電極層21’。電極層21’的位于溝槽110中的那些區(qū)段形成個體器件單元的柵電極21。例如，電極層21’包括高摻雜多晶半導(dǎo)體材料(諸如多晶硅)或硅化物。
[0049]參照圖4G，電極層21’從第一表面101被去除但保持處于溝槽110中，在溝槽110中電極層21’形成柵電極21。去除第一表面101上方的電極層21’可以包括蝕刻過程，諸如干法蝕刻過程。[0050]參照圖4H，在第一表面101和柵電極21上方形成絕緣層51。絕緣層51可以是傳統(tǒng)的電絕緣層，諸如氧化物。形成絕緣層51可以包括化學(xué)氣相沉積(CVD)。
[0051]參照圖41，在絕緣層51中形成接觸開口 52。形成接觸開口可以包括使用蝕刻掩模的傳統(tǒng)蝕刻過程。圖41圖示了在二極管區(qū)30和源極區(qū)12上方形成第一接觸開口 52。等效地，在圖41的垂直橫截面中的視野之外的區(qū)中柵電極21上方形成第二接觸開口 53。
[0052]最后，形成源電極41。源電極41在第一接觸開口 52中電接觸二極管區(qū)30和源極區(qū)12。可選地，源電極41包括前面解釋的兩個子層M1Jl2t5形成源電極41可以包括金屬沉積過程，諸如CVD過程、蒸發(fā)過程、流電過程和濺射過程。源電極41包括導(dǎo)電材料，諸如金屬或硅化物。等效地，柵極連接電極42被形成在圖4J中的視野之外的區(qū)中并在第二接觸開口 53中接觸柵電極21。
[0053]圖5A和5B圖不了用于生產(chǎn)二極管區(qū)30的方法的一個實施例。在圖5A和5B的方法中，利用第一二極管區(qū)31和第二二極管區(qū)32來形成二極管區(qū)30。參照圖5A，形成第一二極管區(qū)31可以包括使用注入掩模210的注入過程。對注入過程的注入能量進行調(diào)整以使得摻雜原子被注入到漂移區(qū)層111中。[0054]參照圖5B，形成第二二極管區(qū)(接觸區(qū))32包括使用另外注入掩模的另外注入過程?？梢酝ㄟ^沿第一注入掩模210的開口的側(cè)壁形成分隔部220來獲得該另外注入掩模。形成接觸區(qū)32可以包括具有不同注入能量的若干隨后注入過程。另外，每個注入過程，還有前面參照圖4A到4J解釋的注入過程，包括用于激活所注入的摻雜原子的熱處理。
[0055]雖然已公開了本發(fā)明的各種示例性實施例，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出將實現(xiàn)本發(fā)明的一些優(yōu)點的各種改變和修改。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的是，執(zhí)行相同功能的其它部件可以被合適地替代。應(yīng)當提到的是，參照特定附圖解釋的特征可以與其它附圖的特征組合，即使在沒有明確提到這一點的那些情況下。另外，可以在使用適當處理器指令的全軟件實施方式中或者在利用硬件邏輯和軟件邏輯的組合以實現(xiàn)相同結(jié)果的混合實施方式中實現(xiàn)本發(fā)明的方法。意圖由所附權(quán)利要求覆蓋對本發(fā)明構(gòu)思的這種修改。
[0056]為了便于描述，使用諸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……上方”、“上”
等的空間相對術(shù)語來解釋一個元件相對于第二元件的定位。這些術(shù)語意圖包含除了與在附圖中描繪的那些定向不同的定向之外器件的不同定向。另外，還使用諸如“第一”、“第二”等的術(shù)語來描述各種元件、區(qū)、區(qū)段等，并且這些術(shù)語也不意圖進行限制。貫穿該描述，類似的術(shù)語指代類似的元件。
[0057]如本文中使用的那樣，術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是開放式術(shù)語，其指示所聲明的元件或特征的存在，但不排除附加元件或特征。冠詞“一”、“一個”和“該”意圖包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文以其它方式清楚地指示。
[0058]應(yīng)當理解的是，本文中描述的各種實施例的特征可以彼此組合，除非以其它方式具體注明。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體主體和集成在所述半導(dǎo)體主體中的至少兩個器件單元，每個器件單元包括: 漂移區(qū)、源極區(qū)、以及布置在所述源極區(qū)和所述漂移區(qū)之間的主體區(qū)； 二極管區(qū)、以及所述二極管區(qū)和所述漂移區(qū)之間的pn結(jié)； 溝槽，具有第一側(cè)壁、與第一側(cè)壁相對的第二側(cè)壁、以及底部，其中所述主體區(qū)鄰接所述第一側(cè)壁，所述二極管區(qū)鄰接所述第二側(cè)壁，并且所述Pn結(jié)鄰接所述溝槽的底部； 柵電極，布置在所述溝槽中并通過柵極電介質(zhì)與所述主體區(qū)、所述二極管區(qū)和所述漂移區(qū)介電絕緣； 其中所述至少兩個器件單元的二極管區(qū)在所述半導(dǎo)體主體的橫向方向上遠離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，進一步包括:源電極，電連接到每個器件的源極區(qū)和二極管區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的半導(dǎo)體器件，其中每個二極管區(qū)包括: 第一二極管區(qū)，與所述漂移區(qū)形成Pn結(jié)； 第二二極管區(qū)，比所述第一二極管區(qū)更高地摻雜并連接到所述源電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3 的半導(dǎo)體器件，其中所述第二二極管區(qū)鄰接所述溝槽的第二側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述至少兩個器件單元共享所述漂移區(qū)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中每個器件單元進一步包括漏極區(qū)，所述漏極區(qū)在所述半導(dǎo)體主體的垂直方向上鄰近所述漂移區(qū)并遠離所述二極管區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件，其中所述至少兩個器件單元共享所述漏極區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件， 其中所述至少兩個器件單元是鄰近的，并且 其中一個器件單元的二極管區(qū)鄰接另一個器件單元的主體區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的半導(dǎo)體器件， 其中所述半導(dǎo)體主體包括SiC晶體，以及 其中所述溝槽的第一側(cè)壁與所述SiC晶體的C軸對齊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的半導(dǎo)體器件,其中所述半導(dǎo)體主體的第一表面和第一表面之間的角度在80°和89。之間。
11.一種生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 提供半導(dǎo)體主體，所述半導(dǎo)體主體包括漂移區(qū)層、鄰接漂移區(qū)層的主體區(qū)層、和鄰接主體區(qū)層且形成所述半導(dǎo)體主體的第一表面的源極區(qū)層； 形成至少兩個二極管區(qū)，使得每個二極管區(qū)從所述第一表面延伸通過所述源極區(qū)層和所述主體區(qū)層到所述漂移區(qū)層中，其中每個二極管區(qū)和所述漂移區(qū)層形成一個pn結(jié)； 形成至少兩個溝槽，每個溝槽具有第一側(cè)壁、與第一側(cè)壁相對的第二側(cè)壁、以及底部，使得每個溝槽在一個側(cè)壁上鄰接所述主體區(qū)層，在所述第二側(cè)壁上鄰接一個二極管區(qū)以及在所述底部上鄰接一個pn結(jié)； 在每個溝槽中形成柵電極和柵極電介質(zhì)，所述柵極電介質(zhì)將所述柵電極與所述半導(dǎo)體主體介電絕緣； 其中在形成所述二極管區(qū)之后保持的所述源極區(qū)層的區(qū)段形成源極區(qū)，并且其中在形成所述二極管區(qū)之后保持的所述主體區(qū)層的區(qū)段形成主體區(qū)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，進一步包括: 在所述第一表面上形成絕緣層； 在每個二極管區(qū)和每個源極區(qū)上方所述絕緣層中形成第一接觸開口 ；以及 形成源電極，所述源電極在每個第一接觸開口中電連接到所述源極區(qū)和所述二極管區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進一步包括: 在每個柵電極上方所述絕緣層中形成第二接觸開口 ；以及 形成柵極連接電極，所述柵極連接電極在每個第二接觸開口中電連接到所述柵電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中所述溝槽是細長的溝槽。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法， 其中所述半導(dǎo)體主體包括SiC晶體，以及 其中所述溝槽被形成為使得所述溝槽的第一側(cè)壁與所述SiC晶體的c軸對齊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述第一溝槽被形成為使得所述半導(dǎo)體主體的第一表面和第一表面之間的 角度在80°和89°之間。
【文檔編號】H01L27/06GK103839943SQ201310604699
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】R.埃斯特夫, D.佩特斯, R.希米尼克 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司