專利名稱：具有“u”字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件，特別是高壓和/或功率器件，可用作分立 器件，也可用于功率集成電路中。
背景技術(shù)：
通常的垂直型高壓半導(dǎo)體器件，都需要低電阻率的半導(dǎo)體材料做襯 底，在其上外延或用鍵合方法產(chǎn)生一個(gè)高電阻率的半導(dǎo)體材料做漂移區(qū) (也是耐壓區(qū))。低電阻率的材料之所以需要是因?yàn)樵谝r底之下有一個(gè) 導(dǎo)電的電極，如非低電阻率材料則會(huì)增加導(dǎo)通時(shí)的電阻。有些垂直型器
件在襯底上還需做更多的外延區(qū)，例如，對(duì)于非穿通型的IGBT，在p" (n+)型襯底之上要做一個(gè)薄的n+ (p+)型外延區(qū)，然后再做厚的n (p)型外延區(qū)。
圖1是文獻(xiàn)[1提出的器件剖面示意圖，該器件的特征是在p型襯底 上制作一個(gè)p阱，在p阱內(nèi)的硅片表面處刻槽，對(duì)槽的側(cè)邊和底邊進(jìn)行 n型均勻摻雜形成一個(gè)"U"字形樣的漂移區(qū)，并在槽內(nèi)填充如&02之 類的介質(zhì)材料。在槽一側(cè)的漂移區(qū)之外通過擴(kuò)散或離子注入形成p型源 襯底區(qū)和n型源區(qū)，并覆蓋源電極于其上。在槽的另一側(cè)相對(duì)于源區(qū)通 過擴(kuò)散或離子注入形成n型漏區(qū)，覆蓋漏電極于其上，形成該MOST 的漏極。多晶硅柵電極從n型源區(qū)延伸至槽，與硅片表面隔以氧化層。 當(dāng)柵上加一定的正向電壓使珪片表面形成溝道時(shí)，載流子可從源極經(jīng)過 溝道區(qū)及"U"字形樣的漂移區(qū)而到達(dá)漏極，從而器件開啟。
圖2是文獻(xiàn)[2]提出的作為對(duì)熔斷器進(jìn)行編程的高壓MOST結(jié)構(gòu)， 在p型襯底上制作n阱，在n阱內(nèi)的硅片表面處刻槽，通過槽的隔離作 用形成該MOS的"U"字形樣的耐壓區(qū)。在槽的一側(cè)的n阱外的p襯 底表面進(jìn)行n+摻雜形成源區(qū)，在槽的另一側(cè)n阱內(nèi)進(jìn)行n+摻雜形成漏
區(qū)。通過n阱和p襯底的p-n結(jié)自隔離實(shí)現(xiàn)該高壓MOST與其它單元 的隔離。
圖3是文獻(xiàn)[3提出的一種利用槽做器件的剖面結(jié)構(gòu)，它與圖1類 似，其特征是柵電壓超過閾電壓后，器件開啟，電流流經(jīng)漏電極、漏 區(qū)、"U"字形樣的漂移區(qū)、溝道、源區(qū)和源電極使器件導(dǎo)通。
圖4是文獻(xiàn)[41提出的一種利用槽做器件結(jié)構(gòu)的剖面圖。它是在槽內(nèi) 的一側(cè)形成多晶硅材料作為柵電極，使得溝道產(chǎn)生在沿槽的側(cè)壁方向， 而且在漂移區(qū)和襯底之間加了一層中間層(intermediate layer)作為器 件隔離層，即制造一個(gè)介質(zhì)隔離區(qū)或p-n結(jié)隔離區(qū)。如果釆用介質(zhì)隔 離，中間層采用氧化物，襯底可選用n型或p型Si。若采用結(jié)隔離，中 間層就是p型Si。
我們注意到，利用這些結(jié)構(gòu)的器件的漂移區(qū)都是和襯底材料類型相 反的區(qū)域，這增加了制造工藝的復(fù)雜性；再者，這些器件的有源區(qū)(包 括源區(qū)、源襯底區(qū)及柵區(qū)的一部分)都做在"U"字形樣的耐壓區(qū)(即漂 移區(qū))之外的襯底上，這占去了相當(dāng)大的面積。盡管現(xiàn)在刻槽工藝很成 熟，但是文獻(xiàn)[4]的這種制造柵電極方法實(shí)際上還是增加了工藝復(fù)雜 性。而且不管采用該文獻(xiàn)中哪種隔離方法，為了制造中間層，都需要增 加一次外延或鍵合工藝，這增加了制造的成本。
實(shí)際上，許多器件都可以認(rèn)為是具有兩個(gè)器件特征區(qū)及一個(gè)處于兩 個(gè)特征區(qū)之間的漂移區(qū)構(gòu)成。在兩個(gè)特征區(qū)之間加上反向偏壓而無電流 時(shí)，該區(qū)又成為耐壓區(qū)。在通常的垂直型器件中， 一個(gè)特征區(qū)在襯底的 表面，另一個(gè)特征區(qū)在襯底的底部。例如高耐壓的n-MOST，它的漂移 區(qū)是輕摻雜的n型區(qū)，而它的漏區(qū)是重?fù)诫s的n+型襯底區(qū)，這個(gè)漏區(qū)可 以認(rèn)為是一個(gè)特征區(qū)。又例如用n-MOST做的非穿通型IGBT，它的一 個(gè)特征區(qū)是在表面做n-MOST,另一個(gè)特征區(qū)是重?fù)诫s的p+襯底上做一 層薄的重?fù)诫s的n+層，再外延生長(zhǎng)一層厚的iT區(qū)。不言而喻，這個(gè)在襯 底的特征區(qū)引起了工藝的復(fù)雜性和成本的提高。
此外，為了能夠在IGBT關(guān)斷過程中減少非平衡載流子注入到漂移 區(qū)以縮短關(guān)斷時(shí)間，通常要調(diào)整注射效率，以取得導(dǎo)通壓降與關(guān)斷速度
的折衷，這種折衷不能使關(guān)斷過程中完全沒有非平衡載流子的注入。 參考文獻(xiàn)
1
Kitamura et al" U. S. Patent, 5，844，275 (1998) [2
Koluitsky et al" U. S. Patent, 6,525,397 Bl (2003) [31 Koluitsky et al" U. S. Patent, 6,998,680 B2 (2006)4] B. J. Baliga， U. S. Patent, 5,434,435 (1995)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，不僅 ^吏半導(dǎo)體器件的工藝變得簡(jiǎn)單，而且降低了成本。
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種具有"U"字形樣的漂移區(qū) 的半導(dǎo)體器件，包括第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料，在所述襯底
材料的第一主表面內(nèi)形成至少一個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)含有絕緣介質(zhì)，每個(gè)溝 槽及其周圍的半導(dǎo)體形成器件的一個(gè)單元，此半導(dǎo)體器件包含至少一個(gè) 單元，溝槽兩側(cè)的半導(dǎo)體中緊貼第 一主表面的部分分別為兩個(gè)特征區(qū)， 第一特征區(qū)在第一側(cè)，第二特征區(qū)在第二側(cè)；笫一特征區(qū)在第一主表面 下至少有一個(gè)第二種導(dǎo)電類型區(qū)及/或金屬區(qū)聯(lián)有第一電極；笫二特征 區(qū)在第一主表面下至少有一個(gè)第一種導(dǎo)電類型區(qū)及/或金屬區(qū)聯(lián)有第二 電極；從所述第一特征區(qū)開始，經(jīng)過第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材 料，直到所述的第二特征區(qū)，是器件每個(gè)單元的漂移區(qū)。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，所述漂移區(qū)包含第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)，所述第二種導(dǎo)電 類型半導(dǎo)體的一邊緊貼溝槽的內(nèi)壁，另一邊緊貼第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)
體襯底材料，并且當(dāng)?shù)诙姌O和第一電極之間加有反向偏壓時(shí)，其耐壓 區(qū)亦在所述的漂移區(qū)中。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以下特 點(diǎn)，在襯底之下是通過歐姆接觸或通過重?fù)诫s的第 一種導(dǎo)電類型的薄區(qū) 接觸的電極，所述電極接觸將村底的與第一主表面相反的一個(gè)表面通過
外導(dǎo)線與第二電極聯(lián)接。所述與第一主表面相反的一個(gè)表面可稱為第二 主表面，它是襯底的底部。
進(jìn)一步，上述具有"u"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，是一種Schottky 二極管，所述半導(dǎo)體器件第一特征區(qū)在第一 主表面下至少有金屬區(qū)和第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料構(gòu)成金-半 接觸，并且所述金屬區(qū)聯(lián)有第一電極；所述第二特征區(qū)在第一主表面下
至少有聯(lián)有第二電極的第一種導(dǎo)電類型區(qū)。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，是一種IGFET，所述半導(dǎo)體器件包括由至少一個(gè)第一側(cè)的第 一主表面下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的 IGFET;源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的第二種導(dǎo)電類型區(qū) 所包圍；源區(qū)的一部分和源村底區(qū)的一部分在第一主表面與第一電極相 聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源電極；所述的IGFET 的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)，其漏電極是第二 電極；所述IGFET在第一側(cè)的第一主表面上有緊貼其上的絕緣層，所 述絕緣層之上有緊貼其上的柵電極，所述柵電極至少覆蓋第一種導(dǎo)電類 型的IGFET的源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類 型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的源襯底區(qū)部分。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，是一種IGBT,所述IGBT包含一個(gè)IGFET及一個(gè)發(fā)射區(qū)； 所述IGFET含有第一側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型區(qū) 作為源區(qū)，所述源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的笫二種導(dǎo)電 類型區(qū)所包圍、所述源區(qū)的一部分和源襯底區(qū)的一部分在表面與笫一電 極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源電極，亦稱為 IGBT的集電極；所述IGFET在第一側(cè)的第一主表面有緊貼其上的絕 緣層，所述絕緣層之上有緊貼其上的導(dǎo)體構(gòu)成的柵電極，所述的柵電極 至少覆蓋源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的 一部分、和此兩部分之間的源襯底區(qū)部分；所述IGFET漏區(qū)是第二側(cè) 的第一主表面下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)；所述IGBT的發(fā)射區(qū)是第二側(cè)的
笫一主表面下的重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型區(qū)，其上有金屬電極作為發(fā)射 極。
進(jìn)一步，上述具有"u"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以
下特點(diǎn)，是一種SINFET，所述半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)第一種導(dǎo)電類 型的IGFET和至少一個(gè)向IGFET的漂移區(qū)注射少數(shù)載流子的金-半接 觸；所述IGFET含有第一側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類 型區(qū)作為源區(qū)，所述源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的第二種 導(dǎo)電類型區(qū)所包圍、所述源區(qū)的一部分和源村底區(qū)的一部分在第一主表 面與第一電極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源電 極，亦稱為SINFET的集電極；所述IGFET在第一側(cè)的第一主表面有 緊貼其上的絕緣層，所述絕緣層之上有緊貼其上的導(dǎo)體構(gòu)成的柵電極， 所述柵電極至少覆蓋源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo) 電類型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的源襯底區(qū)部分；所述SINFET漏 區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)；所述SINFET通過第 二側(cè)的第一主表面下至少有一個(gè)金屬區(qū)和與襯底材料相聯(lián)接的第一種導(dǎo) 電類型區(qū)的半導(dǎo)體材料所構(gòu)成的可對(duì)漂移區(qū)發(fā)射少子的金-半接觸。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，是一種具有兩種柵電極的輔助關(guān)斷的IGBT，包括至少一個(gè)第 一側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第一種導(dǎo) 電類型的IGFET及至少一個(gè)第二側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第二種 導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)并有與此源區(qū)相聯(lián)的源電極的第二種導(dǎo)電類型的 IGFET;
所述的第一種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下 的第一種導(dǎo)電類型區(qū)，其漏電極是第二電極；第一種導(dǎo)電類型的 IGFET的源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的第二種導(dǎo)電類型 區(qū)所包圍、所述源區(qū)的一部分和源襯底區(qū)的一部分在第一主表面與第一 電極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源電極；第一側(cè) 的第 一主表面含有緊貼其上的第 一絕緣層，第 一絕緣層之上含有緊貼其 上的第一種導(dǎo)電類型的IGFET的第一柵電極，第一柵電極至少覆蓋源
區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的一部分、和
此兩部分之間的源襯底區(qū)部分；
所述第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的 重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型區(qū)，漏區(qū)的一邊有一個(gè)重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類 型區(qū)，與漏區(qū)在第一主表面通過電極相聯(lián)并從而與第一種導(dǎo)電類型的半 導(dǎo)體襯底相聯(lián)；第二側(cè)的第一主表面含有緊貼其上的第二絕緣層，第二 絕緣層之上含有緊貼其上的第二種導(dǎo)電類型的IGFET的第二柵電極， 第二柵電極至少覆蓋第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)的一部分、第二 種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)的一部分和此兩部分之間與半導(dǎo)體襯底材 料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)部分；
從第二種導(dǎo)電類型的IGFET源電極到第一電極的電流是由第二種 導(dǎo)電類型的IGFET源電極到第一電極的之間的電壓、第一柵電極和第 一電極之間的電壓以及第二柵電極和第二種導(dǎo)電類型的IGFET源電極 之間的電壓三者共同控制。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，所述半導(dǎo)體器件是傳輸門，包括至少一個(gè)第一側(cè)的第一主表面 的重?fù)诫s的笫一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的IGFET及
至少一個(gè)第二側(cè)的重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第二種導(dǎo)電類 型的IGFET;
第一種導(dǎo)電類型的IGFET的漂移區(qū)是在第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體 襯底材料中，第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漂移區(qū)是在第二種導(dǎo)電類型 的半導(dǎo)體區(qū)中，所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)的一邊緊貼溝槽的內(nèi)
壁，另一邊緊貼第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料；
所述第一種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的 第一種導(dǎo)電類型區(qū)，而第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)除在第一主表 面外均被作為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源襯底區(qū)的第二種導(dǎo)電類型 區(qū)所包圍、此笫一種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)與源襯底區(qū)均有一部分 在第一主表面通過電極相聯(lián)，第一種導(dǎo)電類型的IGFET在第一側(cè)的第 一主表面含有緊貼其上的第一絕緣層，第一絕緣層之上含有緊貼其上的 第一種導(dǎo)電類型的IGFET的第一柵電極，第一柵電極至少覆蓋第一種 導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第一種 導(dǎo)電類型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的作為源村底區(qū)的第二種導(dǎo)電類 型區(qū)的部分；
所述第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第一種導(dǎo)電類型的IGFET 的源襯底區(qū)，而第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)除在第一主表面外均 被作為第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源襯底區(qū)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)所包 圍、此第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)與源襯底區(qū)均有一部分在第一 主表面通過電極與其相聯(lián)；第二種導(dǎo)電類型的IGFET在第二側(cè)的第一 主表面含有緊貼其上的第二絕緣層，第二絕緣層之上含有緊貼其上的第 二種導(dǎo)電類型的IGFET的第二柵電極，第二柵電極至少覆蓋第二種導(dǎo) 電類型的IGFET的源區(qū)的一部分、與緊貼溝槽內(nèi)壁的第二種導(dǎo)電類型 的IGFET的漂移區(qū)的一部分、和此兩部分之間的源襯底區(qū)的部分。
進(jìn)一步，上述具有"U"字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件還可具有以 下特點(diǎn)，所迷半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)，用于制造分立的高壓/功率器件或 集成電路中的高壓/功率器件，以及形成低壓集成電路，當(dāng)制造低壓集 成電路時(shí)，在第一側(cè)的第一主表面及/或第二側(cè)的第一主表面內(nèi)形成低 壓半導(dǎo)體器件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將器件的兩個(gè)特征區(qū)都做在器件的一個(gè)表 面，而沒有在相反的表面(即襯底的底部)做特征區(qū)的要求，不僅使半 導(dǎo)體器件的工藝變得簡(jiǎn)單，而且降低了成本；本發(fā)明還可形成加速關(guān)斷 的IGBT，其少子注入比可以調(diào)整，從而在關(guān)斷過程中能做到無少子注 入，于是使電流關(guān)斷時(shí)間大大縮短且無拖尾；本發(fā)明還可形成兼有n-MOST及p-MOST的傳輸門；此外，本發(fā)明還可形成低壓半導(dǎo)體器 件，以及在任何襯底之上形成制造功率(或高壓)集成電路中的功率 (或高壓)器件，而不需要另做介質(zhì)隔離或p-n結(jié)隔離。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中"U，，字形樣的漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中"U"字形樣的漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中"U"字形樣的漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)圖； 圖4是現(xiàn)有技術(shù)中"U"字形樣的漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)圖； 圖5是用p-n 二極管來說明本發(fā)明提出的一種有槽而槽壁內(nèi)為 "U"字形樣的漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)的示意圖，圖中漂移區(qū)在襯底底部通過n+
區(qū)105及電極003與陰極K 002之間通過器件外部聯(lián)接線201相聯(lián)接； 圖6是用p-n結(jié)二極管來說明本發(fā)明提出的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的另一種情
形的示意圖，它與圖5的區(qū)別是n型區(qū)101在槽壁周圍的部分用p型區(qū)
104來代替；
圖7 (a)是實(shí)施例中與圖5相似的結(jié)構(gòu)，其槽的形狀是倒三角形； 圖7 (b)是實(shí)施例中與圖6相似的結(jié)構(gòu)，其槽的形狀是倒三角
形；
圖8是實(shí)施例中的漂移區(qū)形成Schottky二極管的示意圖9是實(shí)施例中的雙極型晶體管的示意圖10 U)是實(shí)施例中由圖5的漂移區(qū)形成n-MOST的示意圖； 圖10 (b)是實(shí)施例中由圖6的漂移區(qū)形成n-MOST的示意圖； 圖11 (a)是實(shí)施例中由圖5的漂移區(qū)形成IGBT的示意圖； 圖11 (b)是實(shí)施例中由圖6的漂移區(qū)形成IGBT的示意圖； 圖12 (a)是實(shí)施例中由圖5的漂移區(qū)形成SINFET的示意圖； 圖12 (b)是實(shí)施例中由圖6的漂移區(qū)形成SINFET的示意圖； 圖13 (a)是實(shí)施例中由圖5的漂移區(qū)形成具有輔助柵的IGBT; 圖13 (b)是實(shí)施例中由圖6的漂移區(qū)形成具有輔助柵的IGBT; 圖14是實(shí)施例中如圖13 (a)所示的IGBT在關(guān)斷時(shí)的電流隨時(shí)間 變化的關(guān)系圖15是實(shí)施例中由圖6所示的漂移區(qū)形成高壓/功率傳輸門的示意
圖16 U)示出了用叉指條的圖形形成各單元的情形； 圖16 (b)示出了用菱形圖形形成各單元的情形；
圖16 (c)示出了用六角形圖形形成各單元的情形；
圖17 (a)是在圖5的左側(cè)頂部做低壓n-MOST及p-MOST的示 意圖，其中用了一個(gè)n阱115來做p-MOST;
圖17 (b)是在圖5的左側(cè)頂部做低壓n-MOST及p-MOST的示 意圖，其中在n阱115中還有一個(gè)p阱116,用來做低壓n-MOST;
圖18 (a)是在圖5的右側(cè)頂部做低壓n-MOST及p-MOST的示 意圖，其中用了一個(gè)p阱117來做n-MOST;
圖18 (b)是在圖5的右側(cè)頂部做低壓n-MOST及p-MOST的示 意圖，其中在p阱117中還有一個(gè)n阱118，用來做低壓p-MOST。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的漂移區(qū)的耐壓情形首先用一個(gè)p-n 二極管來解釋，因?yàn)閷?shí) 際上各種器件的漂移區(qū)的耐壓情形都可以看作是一個(gè)p-n結(jié)在反偏壓下 的情形。圖5表示本發(fā)明提出的一種器件的一個(gè)單元100的結(jié)構(gòu)的剖面 示意圖。圖中的虛點(diǎn)線表示一個(gè)單元和另一個(gè)單元之間的邊界。圖中的 n-區(qū)101是漂移區(qū)，它是一個(gè)"U"字形狀。"U"字的兩側(cè)之間是一個(gè) 槽010，槽中填以絕緣體007，在圖中用帶有許多點(diǎn)的區(qū)域表示。溝槽 兩側(cè)的半導(dǎo)體中緊貼第一主表面的部分分別為兩個(gè)器件的特征區(qū)，第一 特征區(qū)在第一側(cè)，第二特征區(qū)在第二側(cè)，"U"字兩側(cè)中的一側(cè)的頂部與 粗實(shí)線表示的陽極A (即001，為第一電極)相聯(lián)的p+區(qū)102 (第二種 導(dǎo)電類型區(qū))為第一特征區(qū)，"U"字兩側(cè)中的另一側(cè)的頂部與粗實(shí)線表 示的陰極K (即002，為第二電極)相聯(lián)的n+區(qū)103 (第一種導(dǎo)電類 型區(qū))為第二特征區(qū)。當(dāng)n+區(qū)103與p+區(qū)102間加上反偏電壓時(shí)，隨 著此電壓M逐漸增大，iT區(qū)101靠近p+區(qū)102的一側(cè)的^區(qū)逐漸向 襯底方向延伸。當(dāng)電壓達(dá)到某值再增大時(shí)，耗盡區(qū)邊界除繼續(xù)向襯底方 向延伸外，還沿槽的底部向右延伸。電壓再增加，則沿槽的底部的耗盡 區(qū)繼續(xù)向右并在右邊向上延伸。
如果在最大反向電壓下，耗盡區(qū)的邊界仍未達(dá)到該單元100的右邊 界，那么K電極通過n+區(qū)103及右邊界的中性區(qū)和襯底的^1^的中
性區(qū)始終是聯(lián)通的。但是，如果未達(dá)最大反向電壓的某一個(gè)電壓值時(shí)，
右側(cè)已無一個(gè)從n+區(qū)103到襯底的中性區(qū)相聯(lián)通的中性區(qū)。那么這時(shí)如 加于A及K間的電壓VKA有變動(dòng)，襯底中;M^的中性區(qū)的電壓不能 很快地調(diào)整到和該電壓對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值。這是因?yàn)?，無論是電子從n+區(qū) 103流到n-區(qū)101在襯底的*區(qū)邊沿，或l良過來的流動(dòng)，要—吏得襯 底中的中性區(qū)的電位作相應(yīng)的調(diào)整，都是會(huì)遇到一個(gè)電子的勢(shì)壘區(qū)。
為了加速這個(gè)電位調(diào)整，可以在村底之下(第二主表面)做一個(gè)通 過歐姆接觸或通過重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型的薄區(qū)接觸的電極003，該 電極接觸003將襯底的耗盡區(qū)通過外導(dǎo)線201與電極K聯(lián)接。電極接 觸要與n-區(qū)101聯(lián)接良好，有時(shí)需要通過一個(gè)重?fù)诫s的薄層，如圖5中 所示的n+區(qū)105。眾所周知，利用合金或擴(kuò)散工藝或其它工藝形成n+區(qū) 105并無太大困難。
圖6表示本發(fā)明提出的另一種漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。這里釆用 了 iT型區(qū)101在位于槽的周圍有p型區(qū)104的方法。p型區(qū)104的一邊 緊貼溝槽的內(nèi)壁，另一邊緊貼if型區(qū)101的半導(dǎo)體襯底材料，這種有槽 而在槽壁上做p型區(qū)的方法是現(xiàn)代做super-junction器件的常用方法。 在該種器件中主要是利用p型區(qū)來作電荷補(bǔ)償以降低同擊穿電壓下的導(dǎo) 通電阻。
應(yīng)當(dāng)指出，；^發(fā)明圖5所述的槽的形狀不限于完全矩形。用矩形的 槽所做的器件，在加高反壓時(shí)容易在矩形的棱角處發(fā)生擊穿。而且完全 矩形的槽也很難在工藝上實(shí)現(xiàn)。槽的底部是比較光滑而無棱角的情形 下，對(duì)提高擊穿電壓有利。另一方面，槽的形狀是倒三角形在工藝上有 時(shí)比較容易實(shí)現(xiàn)。這時(shí)，槽在半導(dǎo)體的邊界是"V"字形，"V"字的 棱角對(duì)擊穿電壓也無^f艮大妨礙。圖7 (a)及圖7(b)所示是一種利用 倒三角形槽做p-n結(jié)二極管的例子。圖7 U)在槽的邊界沒有p型區(qū)而 圖7 (b)有p型區(qū)104。
上面的圖5、圖6、圖7 (a)及圖7 (b)已將本發(fā)明的漂移區(qū)做了 介紹。利用這些漂移區(qū)可以制造各種各樣的分立的高壓/功率器件或集 成電路中的高壓/功率器件。
在加反偏壓于溝槽兩側(cè)的頂部時(shí)，兩側(cè)及槽的底部均耐一定的電 壓，但其耐壓的比例取決于許多參數(shù)，如兩側(cè)各自的寬度、槽的深度、 襯底材料的摻雜濃度和槽兩邊及底部所具有的P型區(qū)雜質(zhì)的濃度和分 布。這里應(yīng)當(dāng)指出，如果槽兩側(cè)的半導(dǎo)體區(qū)有一側(cè)很寬，則該側(cè)的耐壓 可以減小，甚至減小到接近于零。這個(gè)情況對(duì)于在槽的一邊，或是在無 高壓器件單元亦無槽的襯底上，來形成低壓集成電路，有時(shí)更加有利。
圖8是利用本發(fā)明形成的一種Schottky 二極管的示意圖，圖中的 iT區(qū)101是漂移區(qū)，它是一個(gè)"U，，字形狀。"U，，字的兩側(cè)之間是一個(gè) 槽010，槽中填以絕緣體007。槽兩側(cè)頂部有金屬區(qū)M覆蓋用以形成電 極。陽極A (即001)的部分和iT區(qū)101接觸形成金-半接觸。圖8中的 p+區(qū)102也與陽極A相接觸，此區(qū)的作用是為了防止陽極A的金屬與 n-區(qū)101在接觸處的電場(chǎng)過強(qiáng)。如果沒有防止電場(chǎng)過強(qiáng)的需要，則可以 沒有p+區(qū)102。在"U，，字形槽另一側(cè)的頂部的n+區(qū)103與陰極K (即002)的金屬區(qū)接觸。之所以用了重?fù)诫s的n+區(qū)103，是為了使電 極K與半導(dǎo)體接觸良好。電極A與電極K通過聯(lián)接它們的"U"字形 半導(dǎo)體區(qū)就形成了 Schottky 二極管的結(jié)構(gòu)。為了加速n+區(qū)103與襯底 iT區(qū)101之間的電位調(diào)整，可以在襯底底部制作一個(gè)重?fù)诫s的n+區(qū)105 與接觸電極003，再通過外導(dǎo)線201使其與電極K相聯(lián)。
圖9是利用本發(fā)明形成的一種雙極型晶體管的示意圖。n+區(qū)106與 電極E 005接觸，構(gòu)成了該雙極型晶體管的發(fā)射極。p區(qū)102與電極B 004接觸，構(gòu)成了該雙極型晶體管的基極。發(fā)射極E和基極B共同做 在"U"字形槽010 —側(cè)的頂部。在"U"字形槽010的另一側(cè)頂部有 n+區(qū)103與金屬M(fèi)接觸，構(gòu)成了該雙極型晶體管的集電極C，即 006。 n-區(qū)101是漂移區(qū)，通過它^i接了集電區(qū)103與基區(qū)102。為了加 速n+區(qū)103與村底101的中性區(qū)之間的電位調(diào)整，可以在襯底底部制作 電極接觸003并通過外導(dǎo)線201將電極C與^目聯(lián)。為了更好地接觸， 有時(shí)接觸電極003與襯底之間還需要通過一個(gè)重?fù)诫s的薄層n+區(qū)105。
圖10 (a)是利用本發(fā)明的圖5的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)來形成n-MOST的示 意圖。"U"字形槽010的左側(cè)，有源電極S (即008)與源n+區(qū)106及源襯底p區(qū)102直接相聯(lián)，源n+區(qū)106除在表面外均被作為源襯底區(qū) 的p區(qū)102所包圍、并在表面與源電極S (即008，是第一電極)相 聯(lián)。在p型源襯底區(qū)102以及與其緊挨的n—型半導(dǎo)體區(qū)101之上，還覆 蓋以陰影區(qū)表示的絕緣層128，在MOST中該絕緣層是柵氧化層。該絕 緣層128的頂部與柵電極G (即009)接觸，所述的柵電^lA蓋了 n+ 區(qū)106的IGFET的部分源區(qū)、部分p型源襯底區(qū)102和部分與半導(dǎo)體 襯底材料相聯(lián)的n-型半導(dǎo)體區(qū)101。在"U"字形槽010的右側(cè)頂部， 有n+區(qū)103與漏電極D (即011，是第二電極)接觸，構(gòu)成該MOST 的漏極。
圖10 (b)是在圖6表示的"U"字形漂移區(qū)^ftH上形成的MOST 結(jié)構(gòu)的示意圖。MOST是IGFET的一個(gè)例子，對(duì)MOST適用的結(jié)構(gòu)自 然可相仿地用于IGFET。
圖11 (a)是利用本發(fā)明的圖5的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)形成一種IGBT的示 意圖。圖中"U"字形槽010左側(cè)頂部有集電極C (即012)與n+型源 區(qū)106及p型源襯底102直接相聯(lián)。在p型源襯底區(qū)102以及與其緊挨 的iT型半導(dǎo)體區(qū)101之上，覆蓋有絕緣層128,絕緣層128的頂部與柵 電極G (即013)接觸。這部分與圖10 (a)的MOST的左側(cè)是一樣 的。"U"字形區(qū)右側(cè)的頂部有一個(gè)p+區(qū)107，它構(gòu)成IGBT的發(fā)射區(qū)， 其上聯(lián)有發(fā)射極E (即014 )。為了調(diào)整發(fā)射極注入效率，p+區(qū)107下面 還聯(lián)了一個(gè)緩沖區(qū)，即n+區(qū)103。在襯底底部制作電極接觸003并通過 外導(dǎo)線201將其與n+區(qū)103上制作的一個(gè)接觸電極022相聯(lián)接。
圖11 (b)是利用本發(fā)明的圖6的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)形成一個(gè)IGBT (絕 ,雙極晶體管)的示意圖。
為了降低少子的注入從而縮短關(guān)斷時(shí)間，IGBT的發(fā)射極可以用金 屬M(fèi) (即015 )來代替，這種器件稱為SINFET (肖特基注入MOS門 極晶體管)。圖12 (a)是利用本發(fā)明的圖5的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)形成的 SINFET的示意圖。圖12 (b)是利用本發(fā)明的圖6的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)形成 的SINFET的示意圖。在圖12 (a)及圖12 (b)中都是用金屬M(fèi)即 015)代替了圖11 (a)及圖11 (b)中的p+區(qū)107，在這里可以根據(jù)電
學(xué)性能具體要求而保留作為緩沖區(qū)的n+區(qū)103。
利用本發(fā)明的槽周圍作漂移區(qū)的結(jié)構(gòu)，不僅易于制造像圖11 (a) 及圖11 (b)那樣注射效率容易控制的IGBT，還可以做出一個(gè)具有可 調(diào)少子注入且可完全關(guān)斷少子注入功能的柵極的IGBT。其結(jié)構(gòu)示意地 如圖13 (a)所示。在該圖中，漂移區(qū)左側(cè)頂部和圖11 (a) —樣，是 IGBT中的MOST有源區(qū)部分，其中MOST的柵極現(xiàn)用Gn (即023) 表示，右側(cè)頂部則是吸收電子及注入空穴的有源區(qū)部分。這里除去有口+ 區(qū)108和109與發(fā)射極E (即014 )直接相聯(lián)外，還有兩個(gè)p+區(qū)110和 111，它們通過頂部電極F (即017)和n+區(qū)112相聯(lián)，從而經(jīng)過n區(qū) 103和漂移區(qū)101相聯(lián)。在p+區(qū)108與p+區(qū)110以及p+區(qū)109與p+區(qū) 111之間的上方有一個(gè)氧化層119，其上覆蓋有金屬，形成一個(gè)p-MOST的柵極Gp，即016。在IGBT導(dǎo)通時(shí)，柵極Gp如加有低于該p-MOST的閾電壓使p-MOST導(dǎo)通，則有部分電子電流從n區(qū)103經(jīng)過 電極F (即017)轉(zhuǎn)換成空穴電流，這個(gè)已轉(zhuǎn)換成空穴電流的大小由Gp 所加電壓控制。而p+區(qū)108和109仍然可以有一定的空穴注入到漂移區(qū) 101。換言之，漂移區(qū)101的空穴電流和電子電流的比例可以通過加于 Gp的電壓而變化。當(dāng)要關(guān)斷時(shí)，不僅可以使左側(cè)頂部的Gn的電壓低于 n-MOST的閾電壓使其不再注入電子于漂移區(qū)101，還可以使右側(cè)頂部 的Gp的電壓低于p-MOST的閾電壓，使得該p-MOST不僅導(dǎo)通，而且 漏與源之間的電壓很小，n區(qū)103與p+區(qū)108和109的電位很接近，從 而使得p+區(qū)108和109不能再有空穴注入到漂移區(qū)101。此器件的底部 與n+區(qū)105相聯(lián)的電極可以通過外導(dǎo)線與電極F相聯(lián)接。
圖13 (b)是利用本發(fā)明的圖6所示的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)的類似于圖13 (a)的具有柵Gp (即016)可輔助關(guān)斷的IGBT。
我們知道，通常的IGBT關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)的最主要原因是在n-MOST 開始關(guān)斷后，由于^區(qū)擴(kuò)展時(shí)漂移區(qū)的中性區(qū)的電子流向電極E而引 起空穴注入到漂移區(qū)所致。圖13的結(jié)構(gòu)可以完全防止這種空穴注入。 圖14示出了這種IGBT關(guān)斷時(shí)電流與時(shí)間的關(guān)系。該圖是對(duì)圖13 (a) 采用了叉指條的單元，其各種主要參數(shù)做如下設(shè)定的模擬結(jié)果兩側(cè)的
漂移區(qū)的寬度各為12.5|iim,槽的寬度為5inm,槽的深度為30|Lim,設(shè)槽 中填充的介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)為1,所用半導(dǎo)體為硅片，其漂移區(qū)施主 濃度為lxl0"aif3，硅片的厚度為230jim，少子壽命為10^。發(fā)射極 E接了 1.2xl07￡l jun的電阻再接到一個(gè)電源的正端，電源的負(fù)端聯(lián)到 集電極C，電源的電壓為1卯V。在時(shí)間t<0前，柵Gn相對(duì)于集電極 C的電壓為+ 15V，柵Gp相對(duì)于發(fā)射極E的電壓為0V，得到電流密度 為1.6 x l(T5A/jLim。從t=0起，柵Gn相對(duì)于集電極C的電壓在O.ljis內(nèi) 從+ 15V下降到OV,柵Gp相對(duì)于發(fā)射極E的電壓在O.lps內(nèi)從OV下 降到-15V。從該圖可知，下降時(shí)間總共只有0.4jis。應(yīng)當(dāng)指出，這個(gè)器 件所用幾何參數(shù)及材料參數(shù)遠(yuǎn)非最佳的設(shè)計(jì)值，這個(gè)例子只是用來顯示 本發(fā)明的IGBT的少子注入的可關(guān)斷性。
利用本發(fā)明的圖6的漂移區(qū)還可以制造既有p-MOST又并聯(lián)有n-MOST的高壓(功率)傳輸門。圖15示意地示出了這種器件的一個(gè)單 元的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中Sn (即018)既是n-MOST的源電極，又是 p-MOST的漏電極。同樣，Sp (即021)既是p-MOST的源電極，又是 n-MOST的漏電極。Gn (即019 )是n-MOST的柵電極，Gp (即020 ) 是p-MOST的柵電極。圖中的陰影區(qū)128和120分別是n-MOST和p-MOST的柵氧化層。此器件的底部與n+區(qū)105相聯(lián)的電極003可以通 過外導(dǎo)線201與電極Sp相聯(lián)接。在圖15中，兩個(gè)不同導(dǎo)電類型MOST 從源電極到漏電極經(jīng)過的各區(qū)按順序分別敘述如下。n-MOST是由源電 極Sn (018)、源區(qū)106、源襯底區(qū)102、柵電極Gn (019)、柵氧化層 128、 n型漂移區(qū)101、漏區(qū)114及漏電極Sp (021)所構(gòu)成。p-MOST 是由源電極Sp (021)、源區(qū)113、作為p-MOST的源襯底區(qū)的101、 柵電極Gp (020)、柵氧化層120、 p型漂移區(qū)104、漏區(qū)102及漏電極 Sn (018)所構(gòu)成。
以上各圖都是用一個(gè)單元來說明各種器件。實(shí)際上， 一個(gè)器件可以 是許多單元并聯(lián)的結(jié)果。圖16的各圖示意地表示各種密堆積的單元的 各種構(gòu)成方法。它們是硅片的俯視圖，而前面各圖是一個(gè)單元的剖面 圖。圖16中的陰影區(qū)代表槽所在的位置。被槽分開的兩個(gè)區(qū)域中的一
個(gè)代表各種剖面圖的左側(cè)，另一個(gè)代表各種剖面圖的右側(cè)，或者l良過 來。被虛點(diǎn)線包圍的區(qū)域代表一個(gè)單元。各單元一側(cè)頂部有相同電位的 用同一個(gè)符號(hào)"+ "號(hào)表示，而另一側(cè)頂部有相同電位的用同一個(gè)符號(hào)
"-，，號(hào)表示。圖16 (a)表示單元是叉指條的情形。圖16 (b)表示 單元是菱形的情形。圖16 (c)表示單元為六角形的情形。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明并非要求每個(gè)單元都是一樣的。有時(shí)為了需要， 可把某些單元做得很大。例如，圖16 (a)的叉指條中某條特別寬。又 例如，圖16(c)中某個(gè)區(qū)域用一個(gè)大六角形來代替該圖中的七個(gè)六角 形。
利用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，不僅可以實(shí)現(xiàn)分立的功率(高壓)器件，也可 以實(shí)現(xiàn)功率集成電路中的功率(高壓)器件，而且很容易實(shí)現(xiàn)功率集成 電路中的低壓器件。圖17 (a)示出在本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)之一的圖5的 左側(cè)頂部做與其電位相差不大的低壓p-MOST及n-MOST的一個(gè)例 子。其中n-MOST以p區(qū)102為源襯底區(qū)。源區(qū)通過其上電極Sn (即202 )與源襯底區(qū)102相聯(lián)，其漏極Dn 205做在n+漏區(qū)121上。 在n+區(qū)121與n+區(qū)122之間的上方有一個(gè)絕緣層203，其上覆蓋有導(dǎo)體 204,形成一個(gè)n-MOST的柵極Gn (即204)。 p-MOST是做在一個(gè)n 阱115內(nèi)，其中的p+源區(qū)131通過源電極Sp (即301)與源襯底區(qū)115 相聯(lián)。漏區(qū)132與漏電極Dp (即302)相聯(lián)。在p+區(qū)131與p+區(qū)132 之間的上方有一個(gè)絕緣層303，其上覆蓋有導(dǎo)體304，形成一個(gè)p-MOST的柵極Gp (即304 )。
在n-MOST的源及源襯底區(qū)不可與電極A同電位的情形，那么可 在上述的n阱115之內(nèi)再做一個(gè)p阱116。圖17 (b)示意地示出這種 情形。
圖18 (a)示意地示出在本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)之一的圖5的右側(cè)頂部 做與其電位相差不大的低壓p-MOST及n-MOST的一個(gè)例子，其中n-MOST是做在一個(gè)p阱117內(nèi)。
在n-MOST的源及源襯底區(qū)不可與電極K同電位的情形，那么可 在上述的p阱117之內(nèi)再做一個(gè)n阱118，圖18 (b)示意地示出這種
情形。
不言而喻，除MOST以外，其它低壓器件也同樣是可以形成的。
上述低壓器件可以做在單獨(dú)的一個(gè)單元內(nèi)。當(dāng)然，也可以做在幾個(gè) 單元內(nèi)。甚至，可以《坎在單元一側(cè)的一部分之內(nèi)，而其它部分仍為高壓 器件所用。圖中的器件不僅如示意圖所示是各區(qū)都安排在水平方向，而 且也可以是各區(qū)都安排在垂直于紙面方向?；蛘?，既有安排在水平方向 的，也有安排在垂直于紙面方向的。
顯然，上述各例中所述的兩個(gè)特征區(qū)，即所有的n型區(qū)與所有的p 型區(qū)均可對(duì)換，對(duì)換后成為一種相反導(dǎo)電類型的器件。
應(yīng)該指出，上述各例中沒有包括兩個(gè)特征區(qū)都含有與漂移區(qū)直接相 聯(lián)的金屬區(qū)。但是這種情形并非絕對(duì)不可。例如，它可以構(gòu)成一個(gè)電 阻，其阻值由漂移區(qū)的幾何|^:和物理|*決定。
此外，所述槽中填的絕緣體當(dāng)然也可以是空氣或真空，也可以是槽
壁上有一個(gè)薄的Si02層，再填別的絕緣體。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明提供的漂移區(qū)有許多可供調(diào)整的參數(shù)，它們包括 槽的兩側(cè)各自寬度，各層半導(dǎo)體的濃度。因此，利用實(shí)際的工藝條件， 可以在一定槽深下得到兩側(cè)合理的電勢(shì)分布，從而得到最高耐壓。
以上對(duì)本發(fā)明用半導(dǎo)體在溝槽兩側(cè)的頂部之間的漂移區(qū)形成高壓 (功率)器件的許多應(yīng)用例子作了說明。顯然，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的技術(shù) 人員而言，還可以在本發(fā)明的思想下，作出其它許多應(yīng)用例子而不超過 本發(fā)明的權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.具有“U”字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，包括第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料，在所述襯底材料的第一主表面內(nèi)形成至少一個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)含有絕緣介質(zhì)，每個(gè)溝槽及其周圍的半導(dǎo)體形成器件的一個(gè)單元，此半導(dǎo)體器件包含至少一個(gè)單元，溝槽兩側(cè)的半導(dǎo)體中緊貼第一主表面的部分分別為所述器件的兩個(gè)特征區(qū)，第一特征區(qū)在第一側(cè)，第二特征區(qū)在第二側(cè)；第一特征區(qū)在第一主表面下至少有一個(gè)第二種導(dǎo)電類型區(qū)及/或金屬區(qū)聯(lián)有第一電極；第二特征區(qū)在第一主表面下至少有一個(gè)第一種導(dǎo)電類型區(qū)及/或金屬區(qū)聯(lián)有第二電極；從所述第一特征區(qū)開始，經(jīng)過第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料，直到所述的第二特征區(qū)，是器件每個(gè)單元的漂移區(qū)，即所述的“U”字形漂移區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，其特征在 于，所述漂移區(qū)包含第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)，所述第二種導(dǎo)電 類型半導(dǎo)體的一邊緊貼溝槽的內(nèi)壁，另一邊緊貼第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料，并且當(dāng)?shù)诙姌O和第一電極之間加有反向偏壓 時(shí)，其耐壓區(qū)亦在所述的漂移區(qū)中。
3. 如權(quán)利要求1所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，其特征在 于，在村底之下是通過歐姆接觸或通過重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型的 薄區(qū)接觸的電極，所述電極接觸將襯底的與第一主表面相反的一個(gè) 表面通過外導(dǎo)線與第二電極聯(lián)接。
4. 如權(quán)利要求1所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，是一種 Schottky 二極管，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件第一特征區(qū)在第一 主表面下至少有金屬區(qū)和第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料構(gòu)成金-半接觸，并且所述金屬區(qū)聯(lián)有第一電極；所述第二特征區(qū)在第一主 表面下至少有聯(lián)有第二電極的第一種導(dǎo)電類型區(qū)。
5. 如權(quán)利要求1或2所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，是一 種IGFET，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括由至少一個(gè)第一側(cè)的 第一主表面下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的 IGFET;源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的第二種導(dǎo)電類 型區(qū)所包圍；源區(qū)的一部分和源村底區(qū)的一部分在第一主表面與第 一電極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源電極；所 述的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)， 其漏電極是第二電極；所述IGFET在第一側(cè)的第一主表面上有緊貼 其上的絕緣層，所述絕緣層之上有緊貼其上的柵電極，所述柵電極 至少覆蓋第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底 材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的源襯底 區(qū)部分。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，是 一種IGBT，其特征在于，所述IGBT包含一個(gè)IGFET及一個(gè)發(fā)射 區(qū)；所述IGFET含有第一側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電 類型區(qū)作為源區(qū)，所述源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的 第二種導(dǎo)電類型區(qū)所包圍、所述源區(qū)的一部分和源襯底區(qū)的一部分 在第一主表面與第一電極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的 IGFET的源電極，亦稱為IGBT的集電極；所述IGFET在第一側(cè) 的第一主表面有緊貼其上的絕緣層，所述絕緣層之上有緊貼其上的 導(dǎo)體構(gòu)成的柵電極，所述的柵電極至少覆蓋源區(qū)的一部分、與半導(dǎo) 體襯底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的 源襯底區(qū)部分；所述IGFET漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的第一種 導(dǎo)電類型區(qū)；所述IGBT的發(fā)射區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下的重?fù)?雜的第二種導(dǎo)電類型區(qū)，其上有金屬電極作為發(fā)射極。
7. 如權(quán)利要求1或2所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，是一 種SINFET，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括至少一個(gè)第一種導(dǎo) 電類型的IGFET和至少一個(gè)向IGFET的漂移區(qū)注射少數(shù)載流子的 金-半接觸；所述IGFET含有第一側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第 一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)，所述源區(qū)除在第一主表面外均被作為源 襯底區(qū)的第二種導(dǎo)電類型區(qū)所包圍、所述源區(qū)的一部分和源襯底區(qū) 的一部分在第一主表面與第一電極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電 類型的IGFET的源電極，亦稱為SINFET的集電極；所述IGFET 在第一側(cè)的第一主表面有緊貼其上的絕緣層，所述絕緣層之上有緊 貼其上的導(dǎo)體構(gòu)成的柵電極，所述柵電極至少覆蓋源區(qū)的一部分、 與半導(dǎo)體村底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的源村底區(qū)部分；所述SINFET漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下 的第一種導(dǎo)電類型區(qū)；所述SINFET通過第二側(cè)的第一主表面下至 少有一個(gè)金屬區(qū)和與襯底材料相聯(lián)接的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的半導(dǎo)體 材料所構(gòu)成的可對(duì)漂移區(qū)發(fā)射少子的金-半接觸。
8.如權(quán)利要求1或2所迷具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，其特 征在于，是一種具有兩種柵電極的輔助關(guān)斷的IGBT，包括至少一個(gè) 第一側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第 一種導(dǎo)電類型的IGFET及至少一個(gè)第二側(cè)的第一主表面下的重?fù)诫s 的第二種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)并有與此源區(qū)相聯(lián)的源電極的第二種 導(dǎo)電類型的IGFET;所述的第一種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面 下的第一種導(dǎo)電類型區(qū)，其漏電極是第二電極；第一種導(dǎo)電類型的 IGFET的源區(qū)除在第一主表面外均被作為源襯底區(qū)的第二種導(dǎo)電類型 區(qū)所包圍、所述源區(qū)的一部分和源襯底區(qū)的一部分在第一主表面與第 一電極相聯(lián)，此第一電極為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源電極；第 一側(cè)的第一主表面含有緊貼其上的第一絕緣層，第一絕緣層之上^^有 緊貼其上的第一種導(dǎo)電類型的IGFET的第一柵電極，第一柵電極至 少覆蓋源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第 一種導(dǎo)電類型區(qū)的 一部分、和此兩部分之間的源襯底區(qū)部分；所述第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下 的重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型區(qū)，漏區(qū)的一邊有一個(gè)重?fù)诫s的第一種導(dǎo) 電類型區(qū)，與漏區(qū)在第一主表面通過電極相聯(lián)并從而與第一種導(dǎo)電類 型的半導(dǎo)體襯底相聯(lián)；第二側(cè)的第 一主表面含有緊貼其上的第二絕緣 層，第二絕緣層之上含有緊貼其上的第二種導(dǎo)電類型的IGFET的第 二柵電極，第二柵電極至少覆蓋第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)的 一部分、第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)的一部分、和此兩部分之 間與半導(dǎo)體襯底材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)部分；從第二種導(dǎo)電類型的IGFET源電極到第一電極的電流是由第二 種導(dǎo)電類型的IGFET源電極到第一電極的之間的電壓、第一柵電極 和第一電極之間的電壓以及第二柵電極和第二種導(dǎo)電類型的IGFET 源電極之間的電壓三者共同控制。
9.如權(quán)利要求2所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，其特征在 于，所述半導(dǎo)體器件是傳輸門，包括至少一個(gè)第一側(cè)的第一主表面下 的重?fù)诫s的第一種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的IGFET 及至少一個(gè)第二側(cè)的重?fù)诫s的第二種導(dǎo)電類型區(qū)作為源區(qū)的笫二種導(dǎo) 電類型的IGFET;第一種導(dǎo)電類型的IGFET的漂移區(qū)是在第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo) 體襯底材料中，第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漂移區(qū)是在第二種導(dǎo)電 類型的半導(dǎo)體區(qū)中，所迷第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)的一邊緊貼溝槽 的內(nèi)壁，另一邊緊貼第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料；所述第一種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第二側(cè)的第一主表面下 的第一種導(dǎo)電類型區(qū)，而第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)除在第一主表面外均被作為第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源襯底區(qū)的第二種導(dǎo) 電類型區(qū)所包圍、此第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)與源襯底區(qū)均 有一部分在第一主表面通過電極相聯(lián)，第一種導(dǎo)電類型的IGFET在 第 一側(cè)的第 一主表面含有緊貼其上的第 一絕緣層，笫 一絕緣層之上含 有緊貼其上的第一種導(dǎo)電類型的IGFET的第一柵電極，第一柵電極 至少覆蓋第一種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)的一部分、與半導(dǎo)體襯底 材料相聯(lián)的第一種導(dǎo)電類型區(qū)的一部分、和此兩部分之間的作為源襯 底區(qū)的第二種導(dǎo)電類型區(qū)的部分；所述第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漏區(qū)是第一種導(dǎo)電類型的 IGFET的源村底區(qū)，而第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)除在第一主 表面外均被作為第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源襯底區(qū)的第一種導(dǎo)電 類型區(qū)所包圍、此第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)與源村底區(qū)均有 一部分在第一主表面通過電極與其相聯(lián)；第二種導(dǎo)電類型的IGFET 在第二側(cè)的第一主表面含有緊貼其上的第二絕緣層，第二絕緣層之上 含有緊貼其上的第二種導(dǎo)電類型的IGFET的第二柵電極，第二柵電 極至少覆蓋第二種導(dǎo)電類型的IGFET的源區(qū)的一部分、與緊貼溝槽 內(nèi)壁的第二種導(dǎo)電類型的IGFET的漂移區(qū)的一部分、和此兩部分之 間的源襯底區(qū)的部分。如權(quán)利要求1所述具有"U"字形漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，其特征在 于，所述半導(dǎo)體器件的漂移區(qū)，用于制造分立的高壓/功率器件或集成 電路中的高壓/功率器件，以及形成低壓集成電路;當(dāng)制造低壓集成電 路時(shí)，在第 一側(cè)的第 一主表面;5L/或第二側(cè)的第 一主表面內(nèi)形成低壓半 導(dǎo)體器件。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種具有“U”字形樣的漂移區(qū)的半導(dǎo)體器件，包括第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底材料，在襯底材料的第一主表面內(nèi)形成至少一個(gè)溝槽，溝槽內(nèi)含有絕緣介質(zhì)，每個(gè)溝槽及其周圍的半導(dǎo)體形成器件的一個(gè)單元，此半導(dǎo)體器件包含至少一個(gè)單元，溝槽兩側(cè)的半導(dǎo)體中緊貼第一主表面的部分分別為兩個(gè)器件特征區(qū)，第一特征區(qū)在第一側(cè)，第二特征區(qū)在第二側(cè)；第一特征區(qū)在第一主表面下至少有一個(gè)第二種導(dǎo)電類型區(qū)及/或金屬區(qū)聯(lián)有第一電極；第二特征區(qū)在第一主表面下至少有一個(gè)第一種導(dǎo)電類型區(qū)及/或金屬區(qū)聯(lián)有第二電極。本發(fā)明不僅使半導(dǎo)體器件的工藝變得簡(jiǎn)單，而且降低了成本。
文檔編號(hào)H01L29/739GK101110445SQ20071014555
公開日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者陳星弼 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)