專利名稱：埋入柵型半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提供埋入柵的半導(dǎo)體器件。更具體地，它涉及一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其柵間間隔盡可能足夠短，使得提高溝道濃度并且降低導(dǎo)通電阻，以及涉及一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其旨在能夠防止由于在柵極底部周圍的局部電場(chǎng)集中引起的耐壓性的降低。特別是對(duì)于高耐壓功率半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的埋入柵型半導(dǎo)體器件是有效的。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，使用埋入柵型半導(dǎo)體器件來(lái)提供電源及類似物(例如，一種在JP公開(kāi)的專利公布號(hào)2002-100770中揭示的絕緣柵型雙極性晶體管)。一些此種傳統(tǒng)的埋入柵型半導(dǎo)體是條狀的，其中條狀埋入柵一個(gè)接一個(gè)并排排放。圖50和51示出了一個(gè)條狀型的例子。圖51是圖50中的A-A部分的截面圖。圖50是圖51中的E-E部分的截面圖。這種埋入柵型半導(dǎo)體器件有溝道型柵極。埋入柵型半導(dǎo)體器件一般結(jié)構(gòu)是源極區(qū)和柵極安放在其半導(dǎo)體襯底的一個(gè)表面(圖51中的上表面)側(cè)和在襯底的另一表面(圖51中的下表面)側(cè)排放的漏極區(qū)及其相似物。
也就是，在半導(dǎo)體襯底的上表面?zhèn)扰欧艤系佬蜄艠O906，P+源極區(qū)900和N+源極區(qū)904。利用柵極電介質(zhì)905和中間層電介質(zhì)907將柵極906與半導(dǎo)體襯底絕緣開(kāi)。在其上方，排放有一個(gè)源極909。源極909與半導(dǎo)體襯底在與柵極區(qū)906并排的帶狀接點(diǎn)開(kāi)孔908處接觸。因此，源極909不僅與P+型源極區(qū)900接觸，而且與N+型源極區(qū)904接觸。在P+型源極區(qū)900和N+型源極區(qū)904下方，排放有P型溝道區(qū)903。P型溝道區(qū)903的底平面要淺于柵極906的。
在P型溝道區(qū)903下方，形成有一個(gè)N型漂移區(qū)902。N型漂移區(qū)902的大部分要比柵極906的底平面深，并且擴(kuò)展到幾乎整個(gè)半導(dǎo)體襯底。在N型漂移區(qū)902更下方，還安放有一個(gè)P+型漏極區(qū)901。在其更下方形成一個(gè)與P+型漏極區(qū)901接觸的漏極910。在這種埋入柵型半導(dǎo)體器件中，圖50中用箭頭Y指示的區(qū)域?qū)?yīng)在圖50中垂直方向上重復(fù)的單元。而且，圖50中用箭頭X指示的區(qū)域?qū)?yīng)在圖50中水平方向上重復(fù)的單元。在水平方向上重復(fù)的單元X是被柵極906和柵極電介質(zhì)905占據(jù)的區(qū)域906W、和被N+型源極區(qū)904及其類似物占據(jù)的區(qū)域906S的總和。
圖52和圖53示出了此種埋入柵型半導(dǎo)體器件的另一種例子。在圖52和圖53中示出的埋入柵型半導(dǎo)體器件是圖50和圖51中指出的埋入柵型半導(dǎo)體器件的變形實(shí)例。也就是，在平面截面圖的橫向條狀處形成柵極906。在每個(gè)方塊的中心排放一個(gè)四邊形接點(diǎn)開(kāi)孔908。而且，P+型源極區(qū)900制成為與源極909在接點(diǎn)開(kāi)孔908的中心相接觸。圖52中指出的此種埋入柵型半導(dǎo)體器件的A-A部分的截面中，用箭頭K指示的區(qū)域與圖51中相同。圖53是圖52中H-H部分的立視截面圖。
圖54示出了另一種傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件，其在細(xì)節(jié)上與圖50到圖53中所示的埋入柵型半導(dǎo)體器件有一點(diǎn)差異。由圖54指出的半導(dǎo)體器件包括在其半導(dǎo)體襯底中排放的P+型柵極區(qū)800。也就是，本半導(dǎo)體器件不是絕緣柵型而是結(jié)式柵型。
可是，由圖50和圖51所指出的埋入柵型半導(dǎo)體器件有以下問(wèn)題。就是，溝道濃度的提高受限制。這是由于鄰近柵極906之間的間隔906S不能做到足夠小。在本半導(dǎo)體器件中，條狀接點(diǎn)開(kāi)孔908被排放在鄰近柵極906之間，并且在每個(gè)接點(diǎn)開(kāi)孔908中排放一個(gè)P+型源極區(qū)900。因此，間隔906S需要的距離等于或大于下列項(xiàng)之和排放在900W兩邊的接點(diǎn)開(kāi)孔908和P+型源極區(qū)900的兩個(gè)匹配公差900M，一個(gè)P+型源極區(qū)900自身的寬度；以及接點(diǎn)開(kāi)孔908和柵極電介質(zhì)905的兩個(gè)匹配公差900M。所以，鄰近柵極906之間的間隔906S的最小尺寸比較大。這個(gè)特點(diǎn)限制了溝道濃度的提高，即降低了導(dǎo)通電阻。而且，假如柵極906和源極909短路，并且給關(guān)于短路電極的漏極910加壓，則電場(chǎng)就集中在肩部部分，即柵極906的底平面和側(cè)面的相交部分(圖51中的箭頭L)上。因此，降低了耐壓性，這是問(wèn)題。
對(duì)于指到圖52和圖53的帶有十字條狀柵極906的半導(dǎo)體器件，此種問(wèn)題更加嚴(yán)重。這是由于柵極906的相交部分要深于其它部分，從圖53的立視截面圖中可以明顯看出。因此，電場(chǎng)更多地集中在柵極906的相交部分。由于制造過(guò)程原因，對(duì)于帶有此種相交部分的柵極906來(lái)說(shuō)，在其底面有此種凸面形狀是不可避免的。也就是，用于挖溝槽的蝕刻氣體被提供給其有效寬度要比其它部分寬得多的相交部分。
對(duì)于圖54中所示的結(jié)式半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，耐壓性問(wèn)題不是很大?？墒?，對(duì)于結(jié)式半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，存在有另一個(gè)問(wèn)題，就是不能通過(guò)壓控來(lái)獲得常規(guī)關(guān)閉特性。也就是，假如正電壓施加到?jīng)]有絕緣的P+型柵極區(qū)800上，空穴就會(huì)從P+型柵極區(qū)800注入N型漂移區(qū)802中。結(jié)果是，電流在源極809和漏極810之間流過(guò)。因此，對(duì)于此種半導(dǎo)體器件來(lái)說(shuō)，獲得常規(guī)關(guān)閉特性需要有電流控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明被制成來(lái)解決上述的傳統(tǒng)埋入柵型半導(dǎo)體器件的問(wèn)題。也就是，第一解決方案是提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中柵間間隔盡可能小，使其可以提高溝道濃度并且降低導(dǎo)通電阻。第二解決方案是提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其旨在防止由于柵極的底部周圍的局部電場(chǎng)集中引起的耐壓性降低。而且，本發(fā)明旨在提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其不僅能夠?qū)崿F(xiàn)防止耐壓性降低，而且可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)選的關(guān)閉特性。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供的一種埋入柵型半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫通第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，此埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在平行于半導(dǎo)體襯底表面的截面內(nèi)彼此相交，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排放；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的表面一側(cè)；第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，此第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)至少形成在埋入柵短邊的一個(gè)側(cè)邊部分上；以及一個(gè)布線層，其中接點(diǎn)部分被排放在埋入柵的短邊上，在此接點(diǎn)部分上第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)和布線層彼此接觸。在本發(fā)明中，“半導(dǎo)體襯底”等同于整個(gè)單晶半導(dǎo)體，不僅是一般作為晶圓提供的半導(dǎo)體而且是利用外延生長(zhǎng)或類似方法在晶圓上形成的半導(dǎo)體層。
在此種結(jié)構(gòu)的埋入柵型半導(dǎo)體器件中，第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)形成得比埋入柵深得多。因此，減小了施加在埋入柵和埋入柵周圍的半導(dǎo)體區(qū)之間的電場(chǎng)。從而，提高了耐壓性。尤其是，對(duì)于第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋肩部部分的效果更好，此肩部部分是埋入柵短邊一側(cè)的側(cè)面和埋入柵底面的相交部分。肩部部分中有一個(gè)部分電場(chǎng)可能集中，同時(shí)使用埋入柵型半導(dǎo)體器件。此部分被第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋，使得降低電場(chǎng)集中。因此，獲得一種耐壓性強(qiáng)的埋入柵型半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供的一種埋入柵型半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；其它導(dǎo)通型溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫通溝道半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，此埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在平行于半導(dǎo)體襯底表面的截面中彼此相交，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排放；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在溝道半導(dǎo)體區(qū)表面一側(cè)；嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，此嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)至少形成在埋入柵短邊的一個(gè)側(cè)邊部分；以及一個(gè)布線層，其中接點(diǎn)部分被排放在埋入柵的短邊，在此接點(diǎn)部分上第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)和布線層彼此接觸。
在針對(duì)第二方面的半導(dǎo)體器件中，嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的底面水平深于埋入柵的底面水平。因此，施加在埋入柵和埋入柵周圍的半導(dǎo)體區(qū)之間的電場(chǎng)降低。不用說(shuō)，在本半導(dǎo)體器件中也是這樣，對(duì)于嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋肩部部分的效果更好，此肩部部分是埋入柵短邊一側(cè)的側(cè)面和埋入柵底面的相交部分。而且，在本半導(dǎo)體器件中能夠提高溝道濃度。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供的一種埋入柵型半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫通溝道半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，此埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在平行于半導(dǎo)體襯底表面的截面中彼此相交，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排放；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在溝道半導(dǎo)體區(qū)表面一側(cè)；柵側(cè)面部分其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，此柵側(cè)面部分其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)至少形成在埋入柵的短邊的側(cè)邊部分；以及一個(gè)布線層，其中接點(diǎn)部分被排放在埋入柵的短邊，在此接點(diǎn)部分上第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)和布線層彼此接觸，在溝道半導(dǎo)體區(qū)中的埋入柵之間的雜質(zhì)濃度低于第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)中的雜質(zhì)濃度，并且當(dāng)施加在埋入柵上的電壓為0或反向偏壓時(shí)，整個(gè)溝道半導(dǎo)體區(qū)變得耗盡。
在針對(duì)第三方面的半導(dǎo)體器件情況下，溝道半導(dǎo)體區(qū)可以是一種導(dǎo)通型或其它導(dǎo)通型。兩種類型都可以提高耐壓性和增強(qiáng)溝道濃度，并且獲得好的關(guān)閉特性。當(dāng)施加在埋入柵上的電壓為0或反向偏壓時(shí)，整個(gè)溝道區(qū)耗盡，由此獲得常規(guī)關(guān)閉特性。也就是，本半導(dǎo)體器件作為常規(guī)關(guān)閉特性靜電感應(yīng)型晶體管工作。在另一方面，在導(dǎo)通狀態(tài)下，有電流在整個(gè)溝道半導(dǎo)體區(qū)流動(dòng)。因此，在導(dǎo)通狀態(tài)下?lián)p失小，這是另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供的一種埋入柵型半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)上方；一個(gè)面對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的埋入柵，此埋入柵被形成來(lái)觸及第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)；以及其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中，此其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的底部深于埋入柵的底部，并且面對(duì)埋入柵。
根據(jù)第四方面，淺的埋入柵和深的其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)一起使用，由此降低埋入柵底面的電場(chǎng)集中(具體是壁面的肩部部分)。因此，這里提供一種免于耐壓性降低的埋入柵型半導(dǎo)體器件。它優(yōu)選地將溝道半導(dǎo)體區(qū)和其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體彼此接觸。其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的電勢(shì)與在工作狀態(tài)時(shí)的源電勢(shì)相同。由于其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)和溝道半導(dǎo)體區(qū)接觸，所以即使在埋入柵的電勢(shì)為0V時(shí)，溝道半導(dǎo)體區(qū)也有可能耗盡。而且，由于其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的內(nèi)置電勢(shì)，停止由源極流入的載波信號(hào)產(chǎn)生的電流。
結(jié)合附圖，從下列詳細(xì)描述中將對(duì)本發(fā)明的上述和進(jìn)一步的目的和新穎特點(diǎn)更全面地了解?？墒?，要清楚地理解到，附圖僅僅是用來(lái)說(shuō)明而不旨在規(guī)定本發(fā)明的限制。


圖1是針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)的平面截面圖(E-E部分)；圖2是針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)的平面截面圖(F-F部分)；圖3是針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)的立視截面圖(A-A部分)；圖4是針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)的立視截面圖(B-B部分)；圖5是針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)的立視截面圖(C-C部分)；圖6是針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)的立視截面圖(D-D部分)；圖7示出了針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)制造過(guò)程的立視截面圖(1)；圖8示出了針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)制造過(guò)程的A-A部分的立視截面圖(2)；圖9示出了針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖(2)；圖10示出了針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的A-A部分的立視截面圖(3)；圖11示出了針對(duì)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖(3)；圖12是針對(duì)第一實(shí)施例的變形實(shí)例中的靜電感應(yīng)晶體管(A-A部分)的立視截面圖；圖13是針對(duì)第一實(shí)施例的變形實(shí)例中的IGBT(A-A部分)的立視截面圖；圖14是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(F-F部分)的平面截面圖；圖15是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(B-B部分)的立視截面圖；圖16是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(C-C部分)的立視截面圖；圖17是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(D-D部分)的立視截面圖；圖18示出了在開(kāi)關(guān)關(guān)閉后針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)的狀態(tài)(D-D部分)的立視截面圖；圖19是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖(1)；圖20是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)制造過(guò)程的A-A部分的立視截面圖(2)；圖21是針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖(2)；圖22是針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(E-E部分)的平面截面圖；圖23是針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(F-F部分)的平面截面圖；圖24是針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(A-A部分)的立視截面圖；圖25是針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(B-B部分)的立視截面圖；圖26是針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(C-C部分)的立視截面圖；圖27是針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(Power MOS)結(jié)構(gòu)(D-D部分)的立視截面圖；圖28示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的立視截面圖(1)；圖29示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的A-A部分的立視截面圖(2)；圖30示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖(2)；圖31示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的A-A部分的立視截面圖(3)；圖32示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖(3)；圖33示出了針對(duì)第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)結(jié)構(gòu)(E-E部分)的平面截面圖；圖34示出了針對(duì)第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)結(jié)構(gòu)(F-F部分)的平面截面圖；圖35示出了針對(duì)第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)結(jié)構(gòu)(B-B部分)的立視截面圖；圖36示出了針對(duì)第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)結(jié)構(gòu)(C-C部分)的立視截面圖；圖37示出了針對(duì)第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)結(jié)構(gòu)(D-D部分)的立視截面圖；圖38示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)制造過(guò)程的B-B部分的立視截面圖；圖39示出了針對(duì)第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)變形實(shí)例制造過(guò)程的D-D部分的立視截面圖；圖40示出了針對(duì)第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件(PowerMOS)變形實(shí)例制造過(guò)程的D-D部分的立視截面圖；圖41示出了針對(duì)第五實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件(單極型靜電感應(yīng)晶體管)結(jié)構(gòu)的平面截面圖(E-E部分)；圖42示出了針對(duì)第五實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件(單極型靜電感應(yīng)晶體管)結(jié)構(gòu)的平面截面圖(A-A部分)；圖43示出了針對(duì)第五實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件(單極型靜電感應(yīng)晶體管)制造過(guò)程B-B部分的立視截面圖(1)；圖44示出了針對(duì)第五實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件(單極型靜電感應(yīng)晶體管)制造過(guò)程B-B部分的立視截面圖(2)；圖45示出了針對(duì)第六實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件(單極型靜電感應(yīng)晶體管)結(jié)構(gòu)的立視截面圖(A-A部分)；圖46示出了針對(duì)第六實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件(單極型靜電感應(yīng)晶體管)制造過(guò)程D-D部分的立視截面圖；圖47示出了針對(duì)第六實(shí)施例的單極型靜電感應(yīng)晶體管的變形實(shí)例(1)結(jié)構(gòu)的A-A部分的立視截面圖；圖48示出了針對(duì)第六實(shí)施例的單極型靜電感應(yīng)晶體管的變形實(shí)例(1)結(jié)構(gòu)的E-E部分的平面截面圖；圖49示出了針對(duì)第六實(shí)施例的單極型靜電感應(yīng)晶體管的變形實(shí)例(2)結(jié)構(gòu)的E-E部分的平面截面圖；圖50示出了傳統(tǒng)埋入柵型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的平面截面圖(E-E部分)；圖51示出了傳統(tǒng)埋入柵型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的立視截面圖(A-A部分)；圖52示出了另一種傳統(tǒng)埋入柵型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的平面截面圖(E-E部分)；圖53示出了另一種傳統(tǒng)埋入柵型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的立視截面圖(H-H部分)；圖54示出了又另一種傳統(tǒng)埋入柵型半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的立視截面圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將會(huì)參照附圖來(lái)詳細(xì)描述埋入柵型半導(dǎo)體器件的優(yōu)選實(shí)施例。
第一實(shí)施例是一種根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件，其上有溝道型絕緣柵。圖1到圖6示出了根據(jù)第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖3是圖1和圖2中的A-A部分的截面圖。圖4是圖1和圖2中的B-B部分的截面圖。圖5是圖1和圖2中的C-C部分的截面圖。圖6是圖1和圖2中D-D部分的截面圖。圖1是圖3到圖6中E-E部分的截面圖(這個(gè)平面在說(shuō)明書(shū)中被稱作半導(dǎo)體襯底“表面”)。圖2是圖3到圖6中F-F部分的截面圖。
本場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件被構(gòu)建成具有power MOS功能。本場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件具有一種結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體襯底的一個(gè)側(cè)面(圖3到圖6中的頂面，也就是，上述的表面)提供源極區(qū)和柵極，同時(shí)在另一個(gè)側(cè)面(圖3到圖6中的底面，也就是，將被稱為為“底面”)提供漏極區(qū)及其類似物。
也就是，在半導(dǎo)體襯底的表面?zhèn)忍峁系佬徒Y(jié)構(gòu)的柵極106，P+型源極區(qū)100和N+型源極區(qū)104。柵極106通過(guò)柵極電介質(zhì)105和中間層電介質(zhì)107來(lái)與半導(dǎo)體襯底絕緣。在中間層電介質(zhì)107中，提供一個(gè)柵極接線113用來(lái)操作柵極106的電壓。如圖3到圖6所示，提供一個(gè)P型溝道區(qū)103使其正對(duì)位于P+型源極區(qū)100和N+型源極區(qū)104下方的柵極106。柵極電介質(zhì)105在P型溝道區(qū)103和柵極106之間。P型溝道區(qū)103的底端要淺于柵極106的底端。在P+型源極區(qū)100、N+性源極區(qū)104和柵極106的上方提供源極109。源極109不僅與P+性源極區(qū)100接觸而且與N+型源極區(qū)104接觸。
在P型溝道區(qū)103的正下方形成N型漂移區(qū)102。N型漂移區(qū)102的大部分位于比柵極106的底端深一些的位置，同時(shí)連續(xù)地通過(guò)整個(gè)半導(dǎo)體襯底的大部分。在N型漂移區(qū)102的正下方提供N+型漏極區(qū)101。在半導(dǎo)體襯底的底面?zhèn)刃纬陕O110，使其與N+型漏極區(qū)101的底面接觸。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，如圖1和圖2中所示，形成多個(gè)柵極106使其有一個(gè)與表面平行的矩形截面。在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中安放柵極106。柵極106鄰近長(zhǎng)邊之間的間隔106T要比其鄰近短邊的間隔106S小。如圖3和圖6所示，提供柵極106貫穿P+型源極區(qū)100、N+型源極區(qū)104和P型溝道區(qū)103。柵極106的底端插入N型漂移區(qū)102。
如圖1所示，在并排安放的交替柵極106的短邊之間提供P+型源極區(qū)100正對(duì)半導(dǎo)體襯底表面。半導(dǎo)體襯底表面的剩余部分由N+型源極區(qū)104占據(jù)。如圖1和圖4到圖6所示，在柵極106的短邊之間提供接點(diǎn)開(kāi)孔108，其中源極109與P+型源極區(qū)100和N+型源極區(qū)104接觸。接點(diǎn)開(kāi)孔108在與柵極區(qū)106短邊平行的帶狀區(qū)中形成。
如圖3到圖6所示，P+型源極區(qū)100的底端要深于N+型源極區(qū)104的底端。P型溝道區(qū)103的底端要深于P+型源極區(qū)100的底端。如圖3到圖6所示，在柵極106的長(zhǎng)邊之間切斷P+型源極區(qū)100。其中，P型溝道區(qū)103安放在N+型源極區(qū)104的正下方，使其接觸。圖6中P+型源極區(qū)100的右/左長(zhǎng)度是有效P+型源極區(qū)寬度112，并且N+型源極區(qū)104和P型溝道區(qū)103直接接觸部分的右/左長(zhǎng)度是有效溝道寬度111。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，P型溝道區(qū)103的受體濃度可低至使其能通過(guò)施加到柵極106上的驅(qū)動(dòng)電壓將其轉(zhuǎn)換成N型，并可高至使得源極109和漏極110之間的電流在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)阻塞。然后，P+型源極區(qū)100的受體濃度要比P型溝道區(qū)103的受體濃度高大約1位，使其不能通過(guò)施加在柵極106上的驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)化。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，源極109和漏極110之間的電流通過(guò)在柵極106上施加電壓而控制。也就是，通過(guò)給柵極106施加電壓，P型溝道區(qū)103表面附近(主要是，在圖3中正對(duì)著柵極106側(cè)壁的表面，即，長(zhǎng)邊表面)的導(dǎo)通類型被轉(zhuǎn)化，使其形成一個(gè)電流通路。
柵極106的結(jié)構(gòu)和排列有下列影響。也就是，在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在柵極106的短邊之間提供接點(diǎn)開(kāi)孔108。因此，可以不考慮接點(diǎn)開(kāi)孔108的寬度來(lái)設(shè)置柵極106長(zhǎng)邊之間的間隔106T。因此，從設(shè)計(jì)的角度看，可以通過(guò)最小化間隔106T來(lái)保證足夠的溝道濃度。
例如，考慮到處理能力，假設(shè)最小尺寸是0.5μm，匹配公差為0.25μm。在這種條件下，柵極106短邊之間的間隔106S最小是1.0μm。這是由于考慮到處理能力，接點(diǎn)開(kāi)孔108寬度的最小尺寸為0.5μm，并且作為到柵極106S雙端的最小間隔(100M+106M)，0.25μm的公差是必須的。假如圖1中水平方向間隔106Q是2.0μm，并且垂直方向間隔106P是5.0μm，柵極106在垂直方向上的寬度106V就為4.0(5.0-1.0)μm。因此，在這種條件下，每個(gè)器件面積10μm2(2.0μm× 5.0μm)上溝道寬度是4.0μm×4，即16.0μm。
與此相反，下面所作的陳述是有關(guān)如圖50所示的傳統(tǒng)型的。假如在水平和垂直方向上處理能力和重復(fù)間距都相等，每個(gè)器件面積10μm2(2.0μm×5.0μm)上溝道寬度是5.0μm×2，即10.0μm。由此，本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件能夠保證溝道濃度是在相同條件下與傳統(tǒng)型的溝道濃度相比的1.6倍。這就意味著可以使用此數(shù)量降低導(dǎo)通電阻。實(shí)際上，在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，如圖6所示，在N+型源極區(qū)104下方的P+型源極區(qū)100在向左和右方向上有一些擴(kuò)展。因此，有效溝道寬度111要稍小于柵極106的長(zhǎng)邊寬度106V。可是，這并不嚴(yán)重到能使本實(shí)施例中的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的上述影響失效。另外，通過(guò)在垂直方向上保證稍大的寬度106V，可以減小由于P+型源極區(qū)100的擴(kuò)展引起的有效溝道寬度111減小帶來(lái)的影響。寬度106V可以毫無(wú)問(wèn)題地增加到大約20μm。
將會(huì)參照?qǐng)D7到圖11描述本實(shí)施例中的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程。在本實(shí)施例中的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造中，使用一個(gè)具有砷濃度為1019cm-3的N+硅晶圓作為原始晶圓。該晶圓上的N+型硅轉(zhuǎn)化成N+型漏極區(qū)101。在其表面上通過(guò)外延生長(zhǎng)形成一個(gè)具有磷濃度為1014cm-3的N型硅層。此N型硅層被轉(zhuǎn)化成N型漂移區(qū)102。另外，允許使用具有磷濃度為1014cm-3的N型硅晶圓作為原始晶圓。在這種條件下，晶圓的N型硅轉(zhuǎn)化成N型漂移區(qū)102。然后，通過(guò)從在底邊表面注入N型雜質(zhì)或在底邊表面上沉淀出砷或磷濃度為1019cm-3的N+型硅層面來(lái)形成N+型漏極區(qū)101。
接下來(lái)，在N型硅層表面上形成厚度大約為700nm的熱氧化物膜。然后，利用光刻和蝕刻方法在此熱氧化物膜中產(chǎn)生出圖案。結(jié)果是，僅僅留下晶圓周邊的熱氧化物膜，在其中形成器件的整個(gè)部分中形成一個(gè)開(kāi)孔，其中暴露出N型硅層。隨后，在N型硅層表面上形成一個(gè)熱氧化物膜107b。膜厚為30nm。圖7示出了這種狀態(tài)的截面圖。然后，利用離子注入和熱擴(kuò)散形成P型溝道區(qū)103。而且，利用離子注入和熱擴(kuò)散連續(xù)地形成P+型源極區(qū)100(包括圖中的P+周邊區(qū)域)和N+型源極區(qū)104。利用一個(gè)合適的圖案掩膜來(lái)進(jìn)行形成上述區(qū)域的離子注入過(guò)程。然后利用CVD(化學(xué)汽相沉淀)方法在氧化物107b上將氧化物膜107c沉淀成厚度為400nm。
利用光刻法在氧化物膜上形成抗蝕圖。這里形成的抗蝕圖是一種圖形，其中在其上應(yīng)該形成柵極106的部分是開(kāi)孔。通過(guò)使用此種抗蝕圖作為掩膜，利用干式蝕刻方法來(lái)清除氧化物膜107c和107b。隨后，利用剩下的氧化物膜107c，107b作為掩膜來(lái)蝕刻硅。然后，通過(guò)使用這種氧化物膜掩膜，利用干式蝕刻方法來(lái)蝕刻硅。隨后，形成4.5μm深的溝道。利用濕式蝕刻方法僅僅清除器件對(duì)應(yīng)部分的氧化物膜掩膜。然后，在溝道的壁面形成100nm厚的熱氧化物膜。此氧化物膜制成柵極電介質(zhì)105。圖8(A-A部分)和圖9(B-B部分)示出了此種狀態(tài)的截面圖。
然后，利用化學(xué)汽相沉淀(CVD)方法沉淀出多晶硅膜。隨后，在氣狀氯氧化磷下，利用熱處理，使磷在多晶硅膜中擴(kuò)散。然后，利用光刻法和蝕刻技術(shù)，將多余的多晶硅清除。清除的多晶硅是溝道開(kāi)口平面的上方部分?？墒牵粝乱D(zhuǎn)換成柵極接線113的部分。隨后，形成帶有溝道結(jié)構(gòu)和柵極接線113的柵極106。然后，利用化學(xué)汽相沉淀技術(shù)在柵極106和其類似物上沉淀出氧化物膜，膜厚為700nm。此氧化物膜轉(zhuǎn)換成中間層介質(zhì)107的一部分。圖10示出了此種狀態(tài)下A-A部分的截面圖，圖11示出了此種狀態(tài)下B-B部分的截面圖。
接下來(lái)，利用光刻法和蝕刻技術(shù)在中間層電介質(zhì)107上圖形產(chǎn)生出圖案。隨后，清除對(duì)應(yīng)于接點(diǎn)開(kāi)孔108和柵極接線113的接點(diǎn)的部分上的中間層電介質(zhì)107。隨后，暴露出在接點(diǎn)開(kāi)孔108中的P+型源極區(qū)100和N+型源極區(qū)104。另外，也暴露出柵極接線113的接點(diǎn)。然后，利用濺射方法在暴露部分和剩余中間層電介質(zhì)107上形成源極109。然后，利用光刻法和蝕刻技術(shù)圖形產(chǎn)生出源極109。在此階段還形成柵極接線113的上引線。接下來(lái)，利用濺射方法在底面的N+型漏極區(qū)101上形成漏極110。利用此種方法，實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
假如使用N型硅晶圓作為原始晶圓，則在N+型漏極區(qū)101源表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)(柵極106、P+型源極區(qū)100、源極109及其類似物)形成以后，形成N+型漏極區(qū)101。
如上詳細(xì)描述，在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中沉淀出多個(gè)柵極106，其帶有與表面平行的矩形截面。然后，柵極106的長(zhǎng)邊間的間隔106T要小于其短邊間的間隔106S，并且在與柵極106的長(zhǎng)邊垂直方向上的短邊之間提供帶狀接點(diǎn)開(kāi)孔108。從而，不需要考慮接點(diǎn)開(kāi)孔108的寬度，就可以設(shè)置起此種場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中的柵極106的長(zhǎng)邊之間的間隔106T。因此，通過(guò)把間隔106T設(shè)置成與其處理能力極限一樣小，可以獲得場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件，其中單位器件面積上的溝道濃度要比傳統(tǒng)器件的高得多。結(jié)果是，可以獲得導(dǎo)通電阻非常小的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，不需要將圖1中的P+型源極區(qū)100相對(duì)于其它每個(gè)柵極106安放。P+型源極100一般安放在柵極106的短邊之間或者是相對(duì)于每?jī)蓚€(gè)或三個(gè)安放。
下面將會(huì)描述本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的一種變形實(shí)例。首先，將會(huì)描述一種例子，其中本實(shí)施例的特點(diǎn)將應(yīng)用到靜電感應(yīng)晶體管上。通過(guò)提供一種N型溝道區(qū)103’取代P型溝道區(qū)103來(lái)實(shí)現(xiàn)此種變形實(shí)例。圖12示出了其結(jié)構(gòu)，并且對(duì)應(yīng)于圖3。在圖4到圖6中，使用N型溝道區(qū)103’取代P型溝道區(qū)103。圖1和圖2中也可如此應(yīng)用。至于制造方法，就省略了離子注入和類似的形成P型溝道區(qū)103的方法。
在此種靜電感應(yīng)晶體管中，通過(guò)將柵極106長(zhǎng)邊間的間隔106T設(shè)置為小間隔，可以獲得下述效果。也就是，當(dāng)導(dǎo)通時(shí)，不僅在N型溝道區(qū)103’和柵極105之間的界面附近形成溝道，而且柵極電壓效果擴(kuò)展到整個(gè)柵極106的長(zhǎng)邊間的N型溝道區(qū)103’上使得有電流流過(guò)。因此，導(dǎo)通電阻非常低。此種靜電感應(yīng)晶體管不包括寄生雙極晶體管或寄生晶閘管。因此，沒(méi)有閂鎖現(xiàn)象發(fā)生，使其很難被破壞。
接下來(lái)，將會(huì)描述一種例子，其中本實(shí)施例的特點(diǎn)將應(yīng)用到絕緣柵型雙極晶體管(IGBT)。通過(guò)提供一種P+型集電極區(qū)101’取代N+型漏極區(qū)101來(lái)實(shí)現(xiàn)此種變形實(shí)例。圖13示出了其結(jié)構(gòu)，并且對(duì)應(yīng)于圖3。在圖4到圖6中，使用N+型溝道區(qū)101’取代P+型集電極區(qū)101’。不需要任何變化就可以使用圖1和圖2。至于制造方法，使用P+型硅晶圓作為原始晶圓。另外，通過(guò)使用N型硅晶圓作為原始晶圓從底面注入P型雜質(zhì)或在底面上沉淀出P+型硅層面來(lái)形成P+型集電極區(qū)101’。
此種IGBT有以下特點(diǎn)。也就是，通過(guò)調(diào)整有效溝道寬度111和有效P+型源極區(qū)寬度112的比例可以調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間。這是由于有效溝道寬度111影響到從N+型源極區(qū)104注入到有效N+型漂移區(qū)中的電子束數(shù)目，同時(shí)有效P+型源極區(qū)寬度112影響到從N型漂移區(qū)102漂移到P+型源極區(qū)100的空穴數(shù)目。有效溝道寬度111期望為20μm或更小，從N型漂移區(qū)102漂移到P+型源極區(qū)100的空穴的移動(dòng)距離在柵極長(zhǎng)邊中心附近擴(kuò)展。
第二實(shí)施例也是本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例，其帶有溝道型絕緣柵。圖14到圖17示出了第二實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖15是圖14中B-B部分的截面圖，同時(shí)圖16是圖14中C-C部分的截面圖。圖17是圖14中D-D部分的截面圖，圖14是圖15到圖17中F-F部分的截面圖。圖15到圖17中E-E部分的截面圖與第一實(shí)施例中的圖1相同，其中參考數(shù)字分別從“1**”改為“2**”。圖14中A-A部分的截面圖與第一實(shí)施例中圖3相同，其中以同樣的方式改變參考數(shù)字。在下文中，假如在本實(shí)施例的描述中參照?qǐng)D1或圖3，其參考數(shù)字就應(yīng)該按照上述讀取。
與第一實(shí)施例相同，本場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件組成來(lái)執(zhí)行PowerMOS功能。在結(jié)構(gòu)上，其大部分與第一實(shí)施例相同。就操作而言，由于在源極209和漏極210之間的電流通過(guò)在柵極206上施加電壓來(lái)控制，它與第一實(shí)施例相同。因此，主要描述其與第一實(shí)施例不同的地方。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，形成的P+型源極區(qū)200要深于第一實(shí)施例中的P+型源極區(qū)100。也就是，在第一實(shí)施例中的P+型源極區(qū)100的底部比柵極106的底部淺，而本實(shí)施例的P+型源極區(qū)200的底部比柵極206的底部深。由此，在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，柵極206短邊的壁面和底面的肩部部分被P+型源極區(qū)200覆蓋。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在第一實(shí)施例的影響之外，將會(huì)減小由于柵極電壓產(chǎn)生的、在柵極206的壁面和底面的肩部部分的電場(chǎng)集中，使其可以獲得幾千伏的強(qiáng)耐壓性。也就是，電場(chǎng)趨于集中在柵極206的肩部部分。由于此部分被不同于周圍導(dǎo)通類型的P+型源極區(qū)200覆蓋，電場(chǎng)集中就降低了。
P+型源極200成型深的好處是關(guān)閉特性好。也就是，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉操作后，耗盡層從位于深層的P+型源極區(qū)200的底端擴(kuò)展。由此，如圖18中虛線所示，基本上在整個(gè)器件中形成N型漂移區(qū)202的耗盡區(qū)。結(jié)果是，完全分離源極209和漏極210。按照此種方法，可以獲得帶有強(qiáng)耐壓性和極好關(guān)閉特性的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
將結(jié)合圖19到圖21描述本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程。本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造程序與第一實(shí)施例中直到圖7中所示的步驟相同(可是，參考數(shù)字應(yīng)分別從“1**”讀為“2**”)。然后，利用離子注入和熱擴(kuò)散來(lái)形成P+型源極區(qū)200(包括圖中的P+周邊區(qū)域)。圖19示出了此狀態(tài)的截面圖(在此階段B-B部分，C-C部分，D-D部分都相同)。利用離子注入和熱擴(kuò)散，連續(xù)形成P溝道區(qū)203和N+型源極區(qū)204。利用合適的圖案掩膜來(lái)進(jìn)行形成各自區(qū)域的離子注入過(guò)程。然后，利用CVD方法在氧化物膜207b上沉淀出氧化物膜207c(400nm厚)。在圖20(A-A部分)和圖21(B-B部分)中，指出了此種狀態(tài)的截面圖。在此種狀態(tài)中每個(gè)區(qū)域的深度和雜質(zhì)濃度分別是對(duì)于P+型源極區(qū)200為5.0μm，15×1018cm-3；對(duì)于P型溝道區(qū)203為2.8μm，2.7×1017cm-3；對(duì)N+型源極區(qū)204為0.8μm，1.0×1019cm-3。然后，柵極206的形成、中間介質(zhì)207的形成、源極209的形成以及漏極210的形成，與第一實(shí)施例中的相同。按照這種方法，就可以形成本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
假如象第一實(shí)施例那樣使用N溝道區(qū)來(lái)替代P溝道區(qū)203，則本實(shí)施例可以應(yīng)用在靜電感應(yīng)晶體管中。而且，通過(guò)使用P+型漏極區(qū)替代N+型漏極區(qū)201，本實(shí)施例可以應(yīng)用在IGBT中。
第三實(shí)施例也是本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的一個(gè)實(shí)施例，其帶有溝道型絕緣柵。圖22到圖27示出了第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖24是圖22和圖23中A-A部分的截面圖。圖25是圖22和圖23中B-B部分的截面圖，同時(shí)圖26是圖22和圖23中C-C部分的截面圖。圖27是圖22和圖23中D-D部分的截面圖。圖22是圖24到圖27中E-E部分的截面圖，圖23是圖24到圖27中F-F部分的截面圖。
與第一和第二實(shí)施例相同，本場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件組成來(lái)執(zhí)行Power MOS功能。就結(jié)構(gòu)而言，該實(shí)施例與第一和第二實(shí)施例具有相同部分。就操作而言，由于在源極309和漏極310之間的電流通過(guò)在柵極306上施加電壓來(lái)控制，該實(shí)施例與第一和第二實(shí)施例相同。因此，主要描述其與第一和第二實(shí)施例不同的地方。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在圖22到圖24中左和右方向一些位置(箭頭G指示的位置)上，柵極306稀疏。N+型源極區(qū)304僅僅形成在柵極306并不稀疏的地方上。P+型源極區(qū)300在沿著接點(diǎn)開(kāi)孔308的N+型源極區(qū)304之間的帶狀中形成。半導(dǎo)體襯底表面的剩余部分被P型溝道區(qū)303占據(jù)。如圖25所示，P+型源極區(qū)300的底部要淺于柵極306。
如圖23到圖27所示，在P型溝道區(qū)303的正下方，形成P+型嵌入?yún)^(qū)314和N+型嵌入?yún)^(qū)315。P+型嵌入?yún)^(qū)314在圖22中的P+型源極300的下方位置形成。P+型嵌入?yún)^(qū)314的寬度要大于P+型源極區(qū)300的寬度。因此，P+型嵌入?yún)^(qū)314正對(duì)柵極306的壁面和底面的一部分。P+型嵌入?yún)^(qū)314的頂平面(也就是，P溝道區(qū)303的底平面)要淺于柵極306的底平面，同時(shí)其底平面要深于柵極306的底平面。如圖25所示，柵極306短邊的壁面和底面的肩部部分由P+型嵌入?yún)^(qū)314覆蓋。在P+型嵌入?yún)^(qū)314之間、其上柵極306稀疏的地方形成N+型嵌入?yún)^(qū)315。形成的N+型嵌入?yún)^(qū)315的深度與P+型嵌入?yún)^(qū)314相同。然后，在不形成P+型嵌入?yún)^(qū)314和N+型嵌入?yún)^(qū)315的位置上，P型溝道區(qū)303和N型漂移區(qū)302彼此直接接觸。
本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的底平面一側(cè)的結(jié)構(gòu)(N+型漏極區(qū)301，漏極310)與第一和第二實(shí)施例中相同。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在第一實(shí)施例的影響之外，柵極電介質(zhì)305的耐壓性與第二實(shí)施例中一樣強(qiáng)。這是由于利用P+型嵌入?yún)^(qū)314可以降低柵極306的壁面和底部的肩部部分上的柵極電壓引起的電場(chǎng)集中。而且，由于其關(guān)閉特性很好，所以本實(shí)施例與第二實(shí)施例相同。由于在關(guān)閉后，耗盡層從位于深層的P+型嵌入?yún)^(qū)314擴(kuò)展，完全分離源極309和漏極310。
本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的優(yōu)點(diǎn)是，正對(duì)著柵極306長(zhǎng)邊壁面的有效溝道寬度要大于第二實(shí)施例。也就是，其上有導(dǎo)通電流實(shí)際流過(guò)的有效溝道正對(duì)著P型溝道區(qū)303中的柵極306的長(zhǎng)邊壁面?？墒?，在柵極306長(zhǎng)邊的相對(duì)面，被P+區(qū)占據(jù)的部分并不轉(zhuǎn)化成有效溝道。在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，由柵極306長(zhǎng)邊相對(duì)面的P+區(qū)(P+源極區(qū)300和P+型嵌入?yún)^(qū)314)占據(jù)的部分小于第二實(shí)施例。其理由就是通過(guò)在深層提供P+型嵌入?yún)^(qū)314來(lái)將P+型源極區(qū)300的深度保持為比較小。當(dāng)然，P+型嵌入?yún)^(qū)314的厚度(不同于頂端和底端之間的平面)也不大。而且，這些區(qū)域側(cè)向的擴(kuò)展也比較小。因此，在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，其有效溝道寬度要大于第二實(shí)施例，在第二實(shí)施例中用從表面水平起深于柵極206的P+型源極區(qū)200覆蓋柵極206長(zhǎng)邊壁面的很大區(qū)域。因此，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通電壓都很小。
由于N+型嵌入?yún)^(qū)315在深層提供，所以本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件有以下優(yōu)點(diǎn)。也就是，假如底面是P+型漏極區(qū)，由于空穴在N+型嵌入?yún)^(qū)315聚集，所以就可以減小導(dǎo)通電壓。
將結(jié)合圖28到圖32描述本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程。首先，在與直到第一和第二實(shí)施例中的圖7所指出的步驟相同的程序中獲得一個(gè)狀態(tài)，該狀態(tài)帶有N+型漏極區(qū)301，N型漂移區(qū)302和熱氧化物膜307d。圖28示出了在第三實(shí)施例中此狀態(tài)的截面圖。然后，利用離子注入和熱擴(kuò)散方法，連續(xù)地形成P+型嵌入?yún)^(qū)314和N+型嵌入?yún)^(qū)315。為了形成各個(gè)區(qū)域，利用一個(gè)合適的圖案掩膜來(lái)進(jìn)行離子注入。圖29(A-A部分)和圖30(B-B部分、C-C部分和D-D部分在此狀態(tài)是相同的)示出了此狀態(tài)的截面圖。
在清除氧化物膜307d后，利用外延生長(zhǎng)形成P型硅層。此種硅層轉(zhuǎn)化成P型溝道區(qū)303。然后，在其表面形成熱氧化物膜307b后，利用離子注入和熱擴(kuò)散方法，連續(xù)地形成P+型源極區(qū)300和N+型源極區(qū)304。利用一個(gè)合適的圖案掩膜來(lái)進(jìn)行形成這些區(qū)域的離子注入。圖31(A-A部分)和圖32(B-B部分)示出了此狀態(tài)的截面圖。柵極306的形成、中間層電介質(zhì)307的形成、源極309的形成和漏極區(qū)310的形成，都與第一實(shí)施例相同。按照此種方法，就可以形成本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
象第一和第二實(shí)施例那樣，使用N溝道區(qū)來(lái)替代P溝道區(qū)303，本實(shí)施例可以應(yīng)用在靜電感應(yīng)晶體管中。而且，通過(guò)使用P+型漏極區(qū)替代N+型漏極區(qū)301，本實(shí)施例可以應(yīng)用在IGBT中。
第四實(shí)施例也是本發(fā)明的以場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件形式的一個(gè)實(shí)施例，該半導(dǎo)體器件帶有溝道型絕緣柵。圖33到圖37示出了第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖35是圖33和圖34中B-B部分的截面圖，同時(shí)圖36是圖33和圖34中C-C部分的截面圖。圖37是圖33和圖34中D-D部分的截面圖，圖33是圖35到圖37中E-E部分的截面圖，圖34是圖35到圖37中F-F部分的截面圖。圖33和圖34中的A-A部分截面和第一實(shí)施例中圖3一樣，其中參考數(shù)字分別由“4**”替代“1**”。假如在本實(shí)施例的下述描述中參考圖3，參考數(shù)字也按照此種方式讀取。
與第一到第三實(shí)施例相同，本場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件組成來(lái)執(zhí)行Power MOS功能。就結(jié)構(gòu)上而言，該實(shí)施例與第一到第三實(shí)施例具有相同部分。而且，就操作而言，由于在源極409和漏極410之間的電流通過(guò)在柵極206上施加電壓來(lái)控制，該實(shí)施例與第一到第三實(shí)施例相同。因此，主要描述其與第一到第三實(shí)施例不同的地方。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，與溝道結(jié)構(gòu)的柵極106一樣，也是在半導(dǎo)體襯底的表面?zhèn)忍峁㏄型溝道區(qū)403和N+型源極區(qū)404。P型溝道區(qū)403的底端深于N+型源極區(qū)404的底端。在P型溝道區(qū)403的下方提供P-型源極區(qū)416和N型漂移區(qū)402。P-型源極區(qū)41 6沿著接點(diǎn)開(kāi)孔408在圖33中的表面水平上形成的位置以嵌入型形成。然后，P-型源極區(qū)416的寬度要足夠大，使得可以在圖34中垂直方向上的兩邊上與柵極406交疊。因此，如圖35和圖36所示，用P-型源極區(qū)416覆蓋在柵極406短邊側(cè)的壁面和底面的肩部部分。然后，在沒(méi)有形成P-型源極區(qū)416的位置，P型溝道區(qū)403和N型漂移區(qū)402彼此直接接觸。
如圖33所示，提供這樣的區(qū)域，在其中P型溝道區(qū)403占據(jù)在柵極406短邊之間的每個(gè)其它位置的半導(dǎo)體襯底表面。半導(dǎo)體襯底表面的剩余部分被N+型源極區(qū)404占據(jù)。如圖33和圖35到圖37所示，在柵極406短邊之間提供接點(diǎn)開(kāi)孔408，其中源極409與P型溝道區(qū)403和N+型源極區(qū)404接觸。接點(diǎn)開(kāi)孔408在與柵極406短邊平行的帶狀區(qū)中形成。
在本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在第一實(shí)施例的影響之外，柵極電介質(zhì)405的耐壓性與第二和第三實(shí)施例中一樣強(qiáng)。這是由于通過(guò)P-型源極區(qū)416埋入深層，可以降低柵極406的壁面和底面的肩部部分上的柵極電壓引起的電場(chǎng)集中。本實(shí)施例與第二和第三實(shí)施例相同之處在于，關(guān)閉特性極好。由于在關(guān)閉后耗盡層從位于深層的P-型源極區(qū)416擴(kuò)展，所以源極409和漏極410完全彼此分離。
而且，本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的優(yōu)點(diǎn)是，在柵極406長(zhǎng)邊的壁面?zhèn)鹊挠行系缹挾纫笥诘诙?shí)施例，如同第三實(shí)施例。本實(shí)施例的有效溝道寬度仍要大于第三實(shí)施例。這是由于使帶有低受體濃度的P-型源極區(qū)416的有效溝道變窄的作用很小。因此，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通電壓也低。
將結(jié)合圖38描述本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程。本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程與直到第一和第二實(shí)施例中的圖7所指出的步驟相同(然而，參考數(shù)字應(yīng)讀為“4**”來(lái)代替“1**”)。此后，利用離子注入和熱擴(kuò)散方法，連續(xù)地形成P-型源極區(qū)416、P型溝道區(qū)403和N+型源極區(qū)404。為了形成這些區(qū)域，利用一個(gè)合適的圖案掩膜來(lái)實(shí)施離子注入。圖38示出了此狀態(tài)的B-B部分截面圖。然后，柵極406的形成、中間層介質(zhì)407的形成、源極409的形成和漏極410的形成都與第一實(shí)施例相同。
另外，如同第三實(shí)施例，允許利用離子注入和熱擴(kuò)散方法僅僅形成P-型源極416，然后利用外延生長(zhǎng)方法來(lái)形成P型硅層。在這種情況下，P型硅層轉(zhuǎn)換成P型溝道區(qū)403。在形成P型溝道區(qū)403后，利用離子注入和熱擴(kuò)散方法形成N+型源極區(qū)404。此后的過(guò)程也相同。按照此種方法，可以形成本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
與第一到第三實(shí)施例相似，通過(guò)使用N溝道區(qū)來(lái)替代P溝道區(qū)403，本實(shí)施例可以應(yīng)用在靜電感應(yīng)晶體管中。而且，通過(guò)使用P+型漏極區(qū)替代N+型漏極區(qū)401，本實(shí)施例可以應(yīng)用在IGBT中。

第二到第四實(shí)施例的一些變形實(shí)例，帶有絕緣柵型半導(dǎo)體器件和結(jié)式柵型半導(dǎo)體器件的特點(diǎn)。圖39示出了此種第二實(shí)施例(D-D部分，對(duì)應(yīng)于第二實(shí)施例中的圖17)的變形實(shí)例。在圖39中的半導(dǎo)體器件中，與第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件相比，有效溝道寬度211變窄。從而，P+型源極區(qū)200作為靜電感應(yīng)型晶體管的結(jié)式柵極使用。也就是，本場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件利用柵極206來(lái)作為絕緣柵型晶體管工作，并且利用P+型源極區(qū)200作為結(jié)式柵型晶體管工作(見(jiàn)圖39中的部分截面圖)。截面D-D中的結(jié)式柵晶體管處于柵極和源極都短路的狀態(tài)。
對(duì)于作為結(jié)式柵極使用的P+型源極區(qū)200來(lái)說(shuō)，下列要求是必須的。即，假設(shè)N型漂移區(qū)202的施主濃度為1015cm-3，P型溝道區(qū)203的受體濃度為1017cm-3，并且P型溝道區(qū)203的深度是6μm，有效溝道寬度211需要為4μm或更小。
圖40示出了應(yīng)用于第三實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件的相同變形實(shí)例的例子(D-D部分，對(duì)應(yīng)于第三實(shí)施例的圖27)。在本實(shí)施例半導(dǎo)體器件中，通過(guò)使窄有效溝道寬度311變窄，P+型嵌入?yún)^(qū)314作為靜電感應(yīng)晶體管的結(jié)式柵極使用。
而且，相同變形實(shí)例還適用于第四實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件。可以認(rèn)為，用P-型源極區(qū)416替代圖40中的P+型嵌入?yún)^(qū)314，并且參考數(shù)字分別用“4**”來(lái)替代D-D部分的截面圖中的“3**”。在此種變形實(shí)施例中，柵極之間的間隔不必很小。
本發(fā)明的第五實(shí)施例在形式上是一種靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件，其使用絕緣柵和結(jié)式柵。圖41和圖42示出了第五實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖42是圖41中A-A部分截面圖。圖41是圖42中E-E部分截面圖。本靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件被構(gòu)建成，具有單極型靜電感應(yīng)晶體管功能。在本靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，通常，在半導(dǎo)體襯底的表面(圖42的上部)一側(cè)提供源極區(qū)和柵極，同時(shí)在底面一側(cè)(圖42中的下部)提供漏極區(qū)等。
與溝道結(jié)構(gòu)柵極506一樣，在半導(dǎo)體襯底的表面一側(cè)提供P+型柵極區(qū)500，N+型源極區(qū)504和N-型溝道區(qū)503。利用柵極電介質(zhì)505和中間層電介質(zhì)507將柵極506與半導(dǎo)體襯底絕緣。同時(shí)，在中間層電介質(zhì)507中提供控制柵極506電壓的柵極接線513。
在柵極506、P+型柵極區(qū)500、N+型源極區(qū)504和N-型溝道區(qū)503中，N+型源極區(qū)504形成得最淺。另一方面，P+型柵極區(qū)500最深。柵極506和N-型溝道區(qū)503在中間深度形成，并且柵極506稍深于N-型溝道區(qū)503。也就是，P+型柵極區(qū)500形成得比柵極506深。源極509在這些區(qū)域上方形成。源極509與P+型柵極區(qū)500、N+型源極區(qū)504和N-型溝道區(qū)503接觸。然后，N+型源極區(qū)504和N-型溝道區(qū)503彼此接觸。N+型源極區(qū)504和P+型柵極區(qū)500也是彼此接觸的。
在圖41的平面截面圖中，在帶狀物垂直方向上形成柵極506。而且，在帶狀物垂直方向上形成的部分處，P+型柵極區(qū)500和源極509彼此接觸。相反，N-型溝道區(qū)503和源極509彼此接觸的部分在垂直方向上間隔地形成。P+型柵極區(qū)500和N-型溝道區(qū)503在圖41中的右和左方向交替存在。柵極區(qū)506位于P+型柵極區(qū)500和N-型溝道區(qū)503之間。
在N-型溝道區(qū)503、柵極506和P+型柵極區(qū)500的下方，形成N型漂移區(qū)502。N型漂移區(qū)502的大部分都處于比柵極506的底部水平深的地方，使得它可以在整個(gè)半導(dǎo)體襯底上充分地伸展。在N型漂移區(qū)502的更下方還提供N+型漏極區(qū)501。然后，在半導(dǎo)體襯底的底表面形成漏極510，使其與N+型漏極區(qū)501的底端接觸。
在本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，淺的絕緣柵(柵極506)和深的結(jié)式柵(P+型柵極區(qū)500)一起使用。因此，減小了在柵極506的壁面和底面的肩部部分的電場(chǎng)集中。從而，獲得強(qiáng)耐壓性。而且，N型漂移區(qū)502和N-型溝道區(qū)503都是N型導(dǎo)通類型。因此，在本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，在溝道部分不存在寄生雙極晶體管。結(jié)果是，不出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象，使得器件很難被破壞。
將參照?qǐng)D43和圖44來(lái)描述本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程。為了制造本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件，使用N+型硅晶圓作為原始晶圓。此種N+型硅晶圓轉(zhuǎn)化成N+型漏極區(qū)501。然后，在其表面利用外延生長(zhǎng)方法形成N型硅層。此種N型硅層轉(zhuǎn)化成N型漂移區(qū)502。另外，可以使用N型硅晶圓作為原始晶圓。在這種情況下，N型硅晶圓轉(zhuǎn)化成N型漂移區(qū)502。然后，通過(guò)從底表面注入N型雜質(zhì)或在底平面上沉淀出N+型硅層來(lái)形成N+型漏極區(qū)501。
接下來(lái)，利用外延生長(zhǎng)方法，在N型硅層面上形成低濃度的N型硅層。此種低濃度的N型硅層轉(zhuǎn)化成N-型溝道區(qū)503。接下來(lái)，在低濃度的N型硅層的表面上形成厚度約為700nm的熱氧化物膜。然后，利用光刻法和蝕刻技術(shù)，在此熱氧化物膜中制造出圖形。隨后，僅僅在晶圓的周邊部分留下熱氧化物膜。因此，在其上形成器件的部分的整個(gè)上方形成一個(gè)開(kāi)口，在開(kāi)口處暴露出低濃度的N型硅層。接下來(lái)，在低濃度的N型硅層的表面上形成熱氧化物膜707b，其厚度為30nm。圖43示出了此種狀態(tài)的截面圖。然后，利用離子注入和熱擴(kuò)散的方法，連續(xù)地形成P+型柵極區(qū)500和N+型源極區(qū)504。利用合適的圖形掩膜來(lái)進(jìn)行形成這些區(qū)域的離子注入。圖44示出了此種狀態(tài)的截面圖。
而且，利用CVD方法在氧化物膜707b上沉淀出氧化物膜。其厚度是400nm。利用光刻法在此氧化物膜上形成抗蝕圖。此種抗蝕圖是一個(gè)帶有開(kāi)口來(lái)形成柵極506的圖形。通過(guò)使用此種抗蝕圖作為掩膜利用于式蝕刻來(lái)清除氧化物膜。隨后，將剩下的氧化物膜作為硅蝕刻的掩膜使用。利用此種氧化物掩膜通過(guò)干式蝕刻方法蝕刻硅。結(jié)果是，形成其上能讓N+型源極504通過(guò)的溝道。然后，利用濕式蝕刻僅在器件的對(duì)應(yīng)部分上清除氧化物膜。然后，在溝道的壁面上形成厚度為100nm的熱氧化物膜。此種氧化物膜轉(zhuǎn)化成柵極電介質(zhì)505。
利用CVD方法沉淀出多晶硅膜，使得通過(guò)應(yīng)用通過(guò)磷擴(kuò)散導(dǎo)通來(lái)形成柵極506和柵極引線513。然后，在圖形產(chǎn)生以后得到圖41和圖42中指出的狀態(tài)，在底面形成中間層電介質(zhì)107、形成源極509并形成漏極510。按照這種方法，完成本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件。
假如使用N型硅晶圓作為原始晶圓，允許首先形成源表面一側(cè)(柵極506、P+型柵極區(qū)500、源極509等)的結(jié)構(gòu)，然后形成N+型漏極區(qū)501。
本實(shí)施例的特點(diǎn)可以應(yīng)用在雙極型靜電感應(yīng)晶體管中。可以通過(guò)提供P+型漏極區(qū)來(lái)替代N+型漏極區(qū)501來(lái)獲得。為了此種目的，使用P+型硅晶圓作為原始晶圓。另外，使用N型硅晶圓作為原始晶圓，通過(guò)從底面注入P型雜質(zhì)和在底面沉淀出P+型硅層來(lái)形成P+型硅層。從而，如上所述，除了通過(guò)使用淺絕緣柵和深結(jié)式柵來(lái)提高耐壓性之外，溝道部分沒(méi)有寄生晶閘管。因此，沒(méi)有閂鎖現(xiàn)象出現(xiàn)，從而器件很難被破壞。
第六實(shí)施例也提供了一種本發(fā)明的實(shí)施例，其形式上是靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件，使用絕緣柵和結(jié)式柵。圖45和圖46示出了第六實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。圖46是圖45的D-D部分的截面圖。圖45是圖46中的A-A部分的截面圖。對(duì)于圖45和圖46中的E-E部分的截面圖，在第一實(shí)施例中的圖1中的參考數(shù)字分別讀取為“6**”來(lái)替代“1**”。對(duì)于圖45和圖46中的F-F部分的截面圖，在第二實(shí)施例中的圖14中的參考數(shù)字分別讀取為“6**”來(lái)替代“2**”。對(duì)于圖45中的B-B部分，第二實(shí)施例的圖15中的參考數(shù)字分別用相同方式替代。對(duì)于圖45中的C-C部分，第二實(shí)施例的圖16中的參考數(shù)字分別用相同方式替代。當(dāng)參考圖1和圖14到圖16對(duì)下面實(shí)施例進(jìn)行描述時(shí)，這些參考數(shù)字的讀取方式也相同。
就結(jié)構(gòu)而言，該靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件與第一到第四實(shí)施例中的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件類似。可是，本實(shí)施例被構(gòu)建成，具有單極型靜電感應(yīng)晶體管功能，并且與第五實(shí)施例大致相同。也就是，在第一到第四實(shí)施例中的P型溝道區(qū)位置作為N-型溝道區(qū)603使用。從而，在第一到第四實(shí)施例中起源極區(qū)作用的P+區(qū)成為P+型柵極區(qū)600，其功能為結(jié)式柵。如同第五實(shí)施例，P+型柵極區(qū)600形成得深于柵極606(見(jiàn)圖15和圖16，同時(shí)參考數(shù)字的讀取方式必須如同上面提及的方式)。在本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，形成柵極606和P+型柵極區(qū)606，使得它們彼此相交(可能不以直角相交)；不同之處在于，第五實(shí)施例中柵極506和P+型柵極區(qū)500是平行形成的。
由此，在本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，也通過(guò)使用淺絕緣柵(柵極606)和深結(jié)式柵(P+型柵極區(qū)600)，降低了柵極606的側(cè)面和底面的肩部部分的電場(chǎng)集中。從而，獲得強(qiáng)耐壓性。而且，由于N型漂移區(qū)602和N-型溝道區(qū)603都是N型導(dǎo)通類型，所以在溝道部分沒(méi)有寄生雙極性晶體管。因此，不會(huì)出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象，從而器件很難被損壞。
而且，在本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件中，P+型柵極區(qū)600與N-型溝道區(qū)603直接接觸(圖46)。從而，雖然有結(jié)式柵，即使在電壓控制下，半導(dǎo)體器件有正常的關(guān)閉特性。理由是在其操作情況下，在P+型柵極區(qū)600和N+型源極區(qū)604之間的PN結(jié)前置。因此，P+型柵極區(qū)600與N+型源極區(qū)604具有相同的電勢(shì)。因?yàn)榇薖+型柵極區(qū)600與N-型溝道區(qū)603直接接觸，所以即使在柵極606上的電勢(shì)為0，溝道部分也會(huì)耗盡。而且，這是由于通過(guò)P+型柵極區(qū)600的內(nèi)置電勢(shì)中斷來(lái)自N+型源極區(qū)604的電流。按照此種方式，可以獲得帶有極好關(guān)閉特性的半導(dǎo)體器件。同時(shí)，可以通過(guò)柵極606的電勢(shì)來(lái)控制N-型溝道區(qū)603的電勢(shì)，該柵極606要深于N-型溝道區(qū)603而淺于P+型柵極區(qū)600。從而，可以獲得導(dǎo)通狀態(tài)，其中電子被注入進(jìn)N型漂移區(qū)602。
本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件包含多個(gè)柵極，其中每個(gè)柵極帶有以網(wǎng)格的形式安放的矩形截面，如同第一到第四實(shí)施例中的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件一樣。因此，本實(shí)施例有這樣的效果，使得其溝道濃度高同時(shí)其導(dǎo)通電阻非常小。
除了形成每個(gè)區(qū)的掩膜圖形不同以外，本實(shí)施例的靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件的制造過(guò)程基本和第五實(shí)施例相同。
本實(shí)施例的特點(diǎn)還可以應(yīng)用在雙極型靜電感應(yīng)晶體管中?？梢酝ㄟ^(guò)提供P+型漏極區(qū)替代N+型漏極區(qū)601來(lái)獲得。從而，它有這樣的效果，使得除了提高耐壓性、改進(jìn)關(guān)閉特性、實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻等之外，在溝道部分不會(huì)出現(xiàn)寄生晶閘管。由此，不會(huì)出現(xiàn)閂鎖現(xiàn)象，從而器件很難被損壞。
提出了一種靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件的第六實(shí)施例的一種變形實(shí)例，其中形成一個(gè)帶狀的柵極606。圖47和圖48示出了此種變形實(shí)例。圖48是圖47中A-A部分的截面圖，圖47是圖48中的E-E部分的截面圖。此靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件所起的作用相當(dāng)于單極性靜電感應(yīng)晶體管。此變形實(shí)例有這樣的效果，使得除了提高耐壓性和改進(jìn)關(guān)閉特性之外，在溝道部分不會(huì)包含寄生晶閘管。當(dāng)然，通過(guò)提供P+型漏極區(qū)替代N+型漏極區(qū)601，此種變形實(shí)施例可以變成雙極型靜電感應(yīng)晶體管。
提出了一種靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件的第六實(shí)施例的另一種變形實(shí)例，其中形成一個(gè)十字條狀的柵極606。圖49示出了此種變形。圖49中的H-H部分的截面與圖53中的相同，指出了已經(jīng)描述過(guò)的傳統(tǒng)技術(shù)(參考數(shù)字分別用“6**”替代“9**”)。圖49是圖53中E-E部分的截面圖。在圖49中A-A部分的截面中的箭頭J指出的區(qū)域與圖48相同。此種靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件所起的作用是單極性靜電感應(yīng)晶體管。該變形實(shí)例有這樣的效果，使得除了提高耐壓性、改進(jìn)關(guān)閉特性和低導(dǎo)通電阻之外，在溝道部分不會(huì)有寄生晶閘管。特別地，在帶有這種十字條形柵極606的半導(dǎo)體器件中，在柵極606的交點(diǎn)處的電場(chǎng)集中有可能出現(xiàn)問(wèn)題。因此，通過(guò)P+形柵極區(qū)600位置深于柵極606來(lái)改進(jìn)耐壓性有深遠(yuǎn)意義。
當(dāng)然，通過(guò)提供P+型漏極區(qū)替代N+型漏極區(qū)601，此變形實(shí)例變成雙極性靜電感應(yīng)晶體管。而且，十字條形柵極606的形狀并不局限在方形，也可以是矩形、菱形或平行四邊形。而且，它可以是三角形或六邊形。
上面描述的各個(gè)實(shí)施例僅僅是典型示例，并不限制本發(fā)明。因此，不必說(shuō)，除上面描述的實(shí)施例之外，本發(fā)明還可以在不離開(kāi)本發(fā)明精神的范圍內(nèi)進(jìn)行各種方式的改進(jìn)或修改。
在第一到第四和第六實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件中，圖1、圖22和圖33中接點(diǎn)開(kāi)孔(108等)的長(zhǎng)度方向和柵極(106等)的長(zhǎng)邊之間的角度并不限制為直角，而可以是除了彼此平行之外的傾斜角。而且，N形漂移區(qū)(102等)中的雜質(zhì)濃度并不必須要均勻。如果需要，可以允許在N型漂移區(qū)(102等)中提供不同的密度。例如，它可以被認(rèn)為是提供一個(gè)部分，該部分鄰近帶有相當(dāng)高密度的部分(稱作緩沖區(qū))的N+型漏極區(qū)(101等或P+型漏極區(qū))。
而且，本發(fā)明也可以應(yīng)用到其它類型的場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體器件或靜電感應(yīng)型半導(dǎo)體器件，比如MOS柵極晶閘管。不用說(shuō)，本發(fā)明可以應(yīng)用到不使用硅而使用其它半導(dǎo)體(SiC，GaN，GaAs等)的半導(dǎo)體器件。而且，可以使用氮化硅或氧化鋁作為電介質(zhì)，還可以用氧化硅。而且，允許使用其中P型和N型彼此交換的導(dǎo)通類型相反的半導(dǎo)體、或是補(bǔ)償型半導(dǎo)體，也可以將其組合使用。另外，柵極(106等)的垂直截面形狀不限制為垂直的，可以是傾斜的。而且，埋入型不限制為溝道型，只要結(jié)構(gòu)被掩埋在襯底表面中，也可以為凹入型或類似物。
在第一到第四和第六實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件中，柵極(106等)的平面截面形狀不限制為矩形，而可以是橢圓形(可認(rèn)為其主軸是長(zhǎng)邊，副軸是短邊)、三角形或其它多邊形。而且，柵極(106等)可以是與漂移區(qū)(102等)相反導(dǎo)通類型的半導(dǎo)體，或可以是金屬。而且，在第五和第六實(shí)施例中描述的絕緣柵/結(jié)式柵組合類型半導(dǎo)體器件，能夠象第三實(shí)施例一樣提供N+型嵌入?yún)^(qū)和P+型嵌入?yún)^(qū)。也就是，使用N-型來(lái)替代第三實(shí)施例中的P型溝道區(qū)303。
在第一到第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件中，可以用其雜質(zhì)濃度低于N型漂移區(qū)(102等)的雜質(zhì)濃度的半導(dǎo)體區(qū)(P-型，N-型或I型)來(lái)替代P型溝道區(qū)(103等)。從而，當(dāng)柵極(106等)上的電壓為0或反向偏置時(shí)，相應(yīng)的溝道區(qū)能夠全部耗盡。通過(guò)此種濃度設(shè)置，可以獲得一種帶有常規(guī)關(guān)閉特性的靜電感應(yīng)型晶體管。在此種靜電感應(yīng)型晶體管中，在其關(guān)閉特性極好時(shí)，導(dǎo)通時(shí)的電流流過(guò)整個(gè)溝道區(qū)。由此，它的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通時(shí)損失小。
從上面描述中可以明顯看出，本發(fā)明提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中最小化其柵間隔使得提高溝道濃度，由此實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻。而且，本發(fā)明提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中可以防止由于柵極底部附近的電場(chǎng)集中引起的耐壓性降低。而且，本發(fā)明提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)防止耐壓性降低和關(guān)閉特性。
權(quán)利要求
1.一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫穿第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，該埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在與半導(dǎo)體襯底的表面平行的截面上彼此交叉，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排列；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的表面?zhèn)龋坏诙渌鼘?dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)至少形成在埋入柵短邊的側(cè)邊部分；以及布線層，其中，第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)與布線層彼此接觸的接點(diǎn)部分排列在埋入柵的短邊上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中第二其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋肩部部分，該肩部部分是埋入柵的短邊一側(cè)的側(cè)面和埋入柵底面的相交部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中沿著長(zhǎng)邊方向重復(fù)排列埋入柵，并且一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊和另一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊之間的間隔短于一個(gè)埋入柵短邊和另一個(gè)埋入柵短邊之間的間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)正對(duì)第一其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的底面上，還包括一個(gè)底面其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)。
5.一種埋入柵型半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；其它導(dǎo)通型溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫穿溝道半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，該埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在與半導(dǎo)體襯底的表面平行的截面上彼此交叉，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排列；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在溝道半導(dǎo)體區(qū)的表面?zhèn)龋磺度胧狡渌鼘?dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，該嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)至少形成在埋入柵短邊的側(cè)邊部分；以及布線層，其中，第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)與布線層彼此接觸的接點(diǎn)部分排列在埋入柵的短邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋肩部部分，該肩部部分是埋入柵的短邊一側(cè)的側(cè)面和埋入柵的底面的相交部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中沿著長(zhǎng)邊方向重復(fù)排列埋入柵，并且一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊和另一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊之間的間隔短于一個(gè)埋入柵短邊和另一個(gè)埋入柵短邊之間的間隔。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)正對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的底面上，還包括一個(gè)底面其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)。
9.一種埋入柵型半導(dǎo)體器件包括；半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫穿溝道半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，該埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在與半導(dǎo)體襯底的表面平行的截面上彼此交叉，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排列；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在溝道半導(dǎo)體區(qū)的表面?zhèn)龋粬艂?cè)面部分其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，其至少形成在埋入柵短邊的側(cè)邊部分；以及布線層，其中，第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)與布線層彼此接觸的接點(diǎn)部分排列在埋入柵的短邊，在溝道半導(dǎo)體區(qū)中的埋入柵之間的雜質(zhì)濃度低于第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)中的雜質(zhì)濃度，以及在埋入柵上的外加電壓為0或反向偏置的情況下，整個(gè)溝道半導(dǎo)體區(qū)變得耗盡。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中柵側(cè)面部分其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋肩部部分，該肩部部分是埋入柵短邊一側(cè)的側(cè)面和埋入柵底面的相交部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中沿著長(zhǎng)邊方向重復(fù)排列埋入柵，并且一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊和另一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊之間的間隔短于一個(gè)埋入柵短邊和另一個(gè)埋入柵短邊之間的間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)正對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的底面上，還包括一個(gè)底面其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)。
13.一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的上方；多個(gè)埋入柵，其掩埋在貫穿溝道半導(dǎo)體區(qū)的半導(dǎo)體襯底中，該埋入柵的長(zhǎng)邊和短邊在與半導(dǎo)體襯底的表面平行的截面上彼此交叉，并且至少沿著短邊方向重復(fù)排列；第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在溝道半導(dǎo)體區(qū)的表面?zhèn)?；嵌入式其它?dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其底部深于埋入柵的底部，其至少形成在埋入柵短邊的側(cè)邊部分；以及布線層，其中，第二一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)與布線層彼此接觸的接點(diǎn)部分排列在埋入柵的短邊，在溝道半導(dǎo)體區(qū)中的埋入柵之間的雜質(zhì)濃度小于第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)中的雜質(zhì)濃度；以及在埋入柵上的外加電壓為0或反向偏置的情況下，整個(gè)溝道半導(dǎo)體區(qū)變得耗盡。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中嵌入式其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)覆蓋肩部部分，該肩部部分是埋入柵的短邊一側(cè)的側(cè)面和埋入柵底面的相交部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中沿著長(zhǎng)邊方向重復(fù)排列埋入柵，并且一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊和另一個(gè)埋入柵長(zhǎng)邊之間的間隔短于一個(gè)埋入柵短邊和另一個(gè)埋入柵短邊之間的間隔。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)正對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的底面上，還包括一個(gè)底面其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)。
17.一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底；第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中；溝道半導(dǎo)體區(qū)，其形成在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的上方；一個(gè)面對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的埋入柵，該埋入柵形成來(lái)觸及第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)；以及一個(gè)其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)，其形成在半導(dǎo)體襯底中，該其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的底部深于埋入柵的底部并且面對(duì)埋入柵。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中溝道半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度低于第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)的雜質(zhì)濃度，并且在埋入柵上的外加電壓為0或反向偏置的情況下，整個(gè)溝道半導(dǎo)體區(qū)變得耗盡。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)正對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的底面上，還包括一個(gè)底面其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的埋入柵型半導(dǎo)體器件，在第一一種導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)正對(duì)溝道半導(dǎo)體區(qū)的底面上，還包括一個(gè)底面其它導(dǎo)通型半導(dǎo)體區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種埋入柵型半導(dǎo)體器件，其中柵間間隔最小化，以便提高溝道濃度，由此獲得低導(dǎo)通電阻，防止由于柵極底部附近的電場(chǎng)集中引起的耐壓性降低，并且可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)防止耐壓性降低和關(guān)閉特性。在其平面截面圖中安放多個(gè)帶有矩形截面的柵極106。柵極106長(zhǎng)邊之間的間隔106T被制成短于其短邊之間的間隔106S。而且，在柵極106的短邊之間提供帶狀的接點(diǎn)開(kāi)孔108，使得P
文檔編號(hào)H01L29/06GK1510761SQ20031012441
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者櫛田知義 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社