[發(fā)明專利]溝槽式閘極寬能隙裝置的制造

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780002204.0
• 申請(qǐng)日: 2017-06-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107851662A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾軍;穆罕默德·達(dá)維希
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 馬克斯半導(dǎo)體股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/772
• 分類號(hào): H01L29/772;H01L29/423;H01L29/49;H01L21/324
• 代理公司: 北京國(guó)昊天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11315
• 代理人: 許志勇,王寧

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)關(guān)于功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，以及更特別關(guān)于溝槽式閘極裝置，其在寬能隙半導(dǎo)體材料中具有主要地垂直電流。

背景技術(shù)

請(qǐng)注意，下面討論的要點(diǎn)可能反應(yīng)從所公開(kāi)的發(fā)明獲得的后見(jiàn)之明，并不一定被認(rèn)為是現(xiàn)有技術(shù)。

由于高通道電阻，碳化硅(“SiC”)功率MOSFET受到低通道遷移率的影響，導(dǎo)致了較高的導(dǎo)通狀態(tài)電阻。為了改善此問(wèn)題，最有效的技術(shù)手段為由采用溝槽式閘極結(jié)構(gòu)來(lái)增加通道密度。然而，由于在溝槽的底部及角落的幾何形狀的彎曲及氧化層薄化，該溝槽式閘極結(jié)構(gòu)在溝槽底部角落受限于高電場(chǎng)。在SiC溝槽式閘極裝置中，此問(wèn)題比在類似的硅裝置中更為嚴(yán)重，因?yàn)?對(duì)于給定的額定崩潰電壓)在該SiC裝置中使用較高的磊晶摻雜濃度；較高的磊晶摻雜濃度在SiC漂移區(qū)域中導(dǎo)致高的體電場(chǎng)。此外，相較于硅裝置中的情形，高的體電場(chǎng)還在該溝槽角落區(qū)域的閘極氧化物中導(dǎo)致較高電場(chǎng)。結(jié)果，在關(guān)閉狀態(tài)逆向操作期間，該閘極氧化物層變得更容易在SiC溝槽式閘極裝置的溝槽底部崩潰。此外，熱載子注入變得更為嚴(yán)重。為了生產(chǎn)可靠的溝槽式閘極SiC裝置，此為最需要被解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

發(fā)明內(nèi)容

在其他創(chuàng)新之中，本申請(qǐng)教示了用于制造溝槽式閘極功率絕緣閘極場(chǎng)效晶體管的制造過(guò)程，以在至少一些非閘極溝槽的下方達(dá)成摻雜修飾。非閘極溝槽較佳且有利地為場(chǎng)板溝槽，但并非必要。所揭示的過(guò)程對(duì)于碳化硅半導(dǎo)體材料是特別有利的。

本申請(qǐng)教示了在非閘極溝槽的下方的摻雜修飾可用于改善導(dǎo)電性和崩潰電壓之間的權(quán)衡以及寬能隙場(chǎng)效晶體管中的電場(chǎng)。

一發(fā)明點(diǎn)為非閘極溝槽的下方的摻雜修飾以自我調(diào)節(jié)的方式導(dǎo)入，且在該閘極氧化物于閘極溝槽上生長(zhǎng)前活化。最佳地，該閘極電介質(zhì)生長(zhǎng)在所有的高溫過(guò)程完成后進(jìn)行；然而，金屬濺鍍被使用以形成金屬連接，以及瞬時(shí)退火步驟(“RTA”，或快速熱退火(rapid thermal anneal))被選擇性地使用，以用于前及后敷金屬的硅化(較佳為同時(shí))。

另一發(fā)明點(diǎn)為摻雜修飾可被選擇，以僅提供非閘極溝槽下面的摻雜的減少。這降低了非閘極溝槽與門極溝槽的下方的峰值場(chǎng)，而不會(huì)顯著降低該裝置的導(dǎo)電性。

附圖說(shuō)明

將參考附圖描述所揭示的發(fā)明，附圖示出了重要的示例性實(shí)施例，并且通過(guò)引用將其并入本說(shuō)明書(shū)中，其中：

圖1示意性地示出了溝槽閘極晶體管，其允許可控制的垂直電流流過(guò)碳化硅半導(dǎo)體晶粒。

圖2-11示出一系列的制造過(guò)程，其結(jié)果是制造出如圖12a或圖13a所示的完成的晶體管結(jié)構(gòu)。

圖12b示出一晶體管結(jié)構(gòu)，除了使用傾斜植入來(lái)產(chǎn)生屏蔽延伸區(qū)域之外，其大致上類似于圖12a。

圖13b示出一晶體管結(jié)構(gòu)，除了使用傾斜植入來(lái)產(chǎn)生屏蔽延伸區(qū)域之外，其大致上類似于圖13a。

圖14a及14b示出一晶體管結(jié)構(gòu)，除了該閘極溝槽中沒(méi)有底部氧化物之外，其大致上略為類似于圖12a。注意圖14a及14b使用了不同的修飾摻雜區(qū)域106及1061形成方法。

圖15-20示出一系列的制造過(guò)程，其結(jié)果是制造出如圖21a或圖21b或圖22所示的完成的晶體管結(jié)構(gòu)。注意圖21a及21b使用了不同的修飾摻雜區(qū)域106及1061形成方法。

圖23-24示出替代裝置，其在源極接點(diǎn)溝槽中不具有多晶場(chǎng)板。

圖25示出IGBT裝置的實(shí)施例，其使用該揭示的發(fā)明。

具體實(shí)施方式

將特別參考當(dāng)前的較佳實(shí)施例(作為示例而非限制)來(lái)描述本申請(qǐng)的多個(gè)創(chuàng)新的教示。本申請(qǐng)描述了幾個(gè)發(fā)明，并且一般而言下面的任何陳述都不應(yīng)被視為限制權(quán)利要求書(shū)。

本申請(qǐng)揭示了寬能隙半導(dǎo)體材料中垂直電流流動(dòng)絕緣閘極主動(dòng)裝置的新穎的制造方法。