專利名稱：具有非晶溝道控制層的半導(dǎo)體部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有漂移區(qū)的半導(dǎo)體部件。
背景技術(shù)：
諸如功率M0SFET、功率IGBT或功率二極管之類的功率半導(dǎo)體部件包括通常低摻 雜的漂移區(qū)，該漂移區(qū)被布置在兩個連接區(qū)之間并且其中當(dāng)該部件阻斷時空間電荷區(qū)擴 展。這個漂移區(qū)的特性有效地決定部件的導(dǎo)通電阻及其阻斷電壓能力。研發(fā)功率半導(dǎo)體部 件的一個目標(biāo)是減小比導(dǎo)通電阻(specific on-resistance)RDSon-A,即對于給定的芯片面 積，制作具有盡可能高的阻斷性但卻具有低導(dǎo)通電阻的部件。一種減小具有給定阻斷電壓能力的功率半導(dǎo)體部件的導(dǎo)通電阻的可能性是應(yīng)用 補償原理。這里，在漂移區(qū)中提供與漂移區(qū)互補摻雜的補償區(qū)。用于減小半導(dǎo)體部件的導(dǎo)通電阻的又一可能性是提供與漂移區(qū)介電絕緣的場電 極。而且，已知橫向功率MOSFET具有若干輔助電極布置在部件的漂移區(qū)中且通過電 介質(zhì)與漂移區(qū)絕緣。這些輔助電極由半絕緣多晶硅(SIPOS)或者電阻器材料制成并且被布 置在部件的源極端子和漏極端子之間。當(dāng)部件在其阻斷狀態(tài)中被驅(qū)動時，輔助電極實現(xiàn)在 漂移區(qū)中形成耗盡層。根據(jù)用于減小功率半導(dǎo)體部件的導(dǎo)通電阻的較新概念，提供所謂的漂移控制區(qū)， 該漂移控制區(qū)由半導(dǎo)體材料制成、沿漂移區(qū)在電流流動方向上延伸并且與漂移區(qū)介電絕 緣。在這點上，漂移控制區(qū)被電連接成使得其使用導(dǎo)電部件控制漂移區(qū)中的積累或反型溝 道并且使得空間電荷區(qū)使用阻斷部件在漂移區(qū)以及在漂移控制區(qū)中擴展。

發(fā)明內(nèi)容
本公開內(nèi)容的一個方面涉及半導(dǎo)體部件，該半導(dǎo)體部件包括漂移區(qū)，其被布置在 第一和第二連接區(qū)之間；非晶半絕緣材料的溝道控制層，其被布置成鄰近漂移區(qū)。


在下文中將參考附圖來說明實例。這些附圖用來解釋基本原理，所以在附圖中僅 示出對理解基本原理所必要的特征。除非另外指出，在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記表示具 有相同意義的相同特征。圖1借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出具有漂移區(qū)和鄰近漂移區(qū)布置的非晶半 絕緣材料的溝道控制層的部件。圖2借助于能帶圖示出第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料上的非晶半絕緣溝道控制層 的工作原理。圖3借助于能帶圖示出第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體材料上的非晶半絕緣溝道控制層 的工作原理。
圖4借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出具有漂移區(qū)和鄰近漂移區(qū)布置的非晶半 絕緣材料的溝道控制層的半導(dǎo)體部件，其中介電層被布置在溝道控制層和漂移區(qū)之間。圖5示出根據(jù)圖4的部件的能帶圖。圖6借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出具有帶有兩個互補摻雜的漂移區(qū)段的漂 移區(qū)的部件。圖7借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出具有平面控制結(jié)構(gòu)的橫向晶體管部件的 第一實施例。圖8借助于通過半導(dǎo)體主體的水平截面示出根據(jù)圖7的部件的實施例。圖9到12示出具有平面控制結(jié)構(gòu)的橫向晶體管部件的另外實施例。圖13示出具有布置在溝槽中的漂移區(qū)的橫向晶體管部件的第一實施例。圖14示出具有布置在溝槽中的漂移區(qū)的橫向晶體管部件的第二實施例。圖15示出橫向二極管的第一實施例。圖16示出橫向二極管的第二實施例。圖17到22借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出垂直晶體管部件的實施例。圖23借助于通過半導(dǎo)體主體的采用水平剖面的截面示意性地示出具有六邊形晶 體管單元幾何形狀的晶體管部件。圖24借助于通過半導(dǎo)體主體的采用水平剖面的截面示意性地示出具有矩形晶體 管單元幾何形狀的晶體管部件。圖25借助于通過半導(dǎo)體主體的采用水平剖面的截面示意性地示出具有條形晶體 管單元幾何形狀的晶體管部件。圖26到28借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出垂直晶體管部件的實施例。圖29借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出具有帶有非晶半絕緣層的平面控制結(jié)構(gòu) 的晶體管部件的第一實施例。圖30借助于通過半導(dǎo)體主體的截面示出具有帶有非晶半絕緣層的平面控制結(jié)構(gòu) 的晶體管部件的第二實施例。圖31示出具有帶有布置在溝槽中的非晶半絕緣層的控制結(jié)構(gòu)的橫向晶體管部件 的第一實施例。圖32示出具有帶有布置在溝槽中的非晶半絕緣層的控制結(jié)構(gòu)的橫向晶體管部件 的第二實例。圖33到36示出具有帶有非晶半絕緣層的控制結(jié)構(gòu)的垂直晶體管部件的實例。圖37示出用于制作根據(jù)圖36的部件的方法的實施例。
具體實施例方式本公開涉及一種減小半導(dǎo)體部件(尤其是功率半導(dǎo)體部件)的漂移區(qū)的電阻的概 念。這個概念可以被應(yīng)用于將在下文中詳細(xì)說明的多個不同部件。首先將參考圖1到6來
解釋基本原理。參考圖1，為了解釋這個基本概念，研究一種半導(dǎo)體部件，該半導(dǎo)體部件具有第一 和第二連接區(qū)11、12以及在第一和第二連接區(qū)11、12之間布置的漂移區(qū)。連接區(qū)11、12通 過連接觸點(被示意性地示出)進(jìn)行接觸，經(jīng)由所述連接觸點可以在連接區(qū)11、12之間施加電壓。漂移區(qū)30由半導(dǎo)體材料(尤其是單晶半導(dǎo)體材料)制成。該部件包括鄰近漂移區(qū)30的非晶半絕緣材料的溝道控制層，該溝道控制層在所 示出的實例中直接接觸漂移區(qū)30。用于溝道控制區(qū)21的非晶材料的功函數(shù)適應(yīng)于漂移區(qū) 30的摻雜類型和摻雜濃度以便沿漂移區(qū)30和溝道控制區(qū)21之間的界面在漂移區(qū)30中形 成反型溝道或積累溝道。半絕緣非晶材料一般是已知的。這種材料的實例是可不被摻雜的非晶硅(aSi)或 可被摻雜了氫的非晶硅(aSi:H)、可不被摻雜的非晶碳化硅(aSihC；)或可被摻雜了氫的非 晶碳化硅(aSihC^H)、可不被摻雜的類金剛石碳(DLC)或可被摻雜了氫、硅或氮的類金剛 石碳(DLC)、或者半絕緣多晶硅(SIPOS)。非晶半絕緣層的另外實例是金屬摻雜的碳層，其 可另外包括氫。非晶半絕緣層的其他合適摻雜劑例如是氟(F)、氧(0)、硼(B)等等。可例如通過汽相沉積或通過化學(xué)汽相沉積(CVD)來制作這種半絕緣非晶材料層。 純DLC層、硅摻雜的DLC層或非晶SiC層例如可通過等離子體支持的CVD由諸如硅烷或甲 烷之類的前體(precursor)氣體來制作。硅摻雜的DLC層，比如非晶SipxCx層，包括碳和硅 作為化學(xué)元素，DLC層特征在于可通過適當(dāng)選擇沉積條件而獲得的類金剛石基本結(jié)構(gòu)。根據(jù)前體氣體的流量，在硅摻雜DLC層或非晶SihCx層中，可以設(shè)定硅(Si)和碳 (C)的混合比χ。為了獲得溝道控制層21與漂移區(qū)30的良好電連接，作為非晶層布置在其上的漂 移區(qū)30的表面的接觸表面可以被事先清潔。為此，例如，使用例如氟離子的等離子體蝕刻 或者用惰性氣體離子濺射該表面是合適的。眾所周知，非晶半絕緣層的功函數(shù)可通過選擇制作期間的沉積條件(諸如工作壓 力、沉積期間的HF功率、氣體流量、組分、以及由腔幾何形狀引起的等離子體電勢(自偏 壓))以及通過其摻雜來設(shè)定。如在下文中將說明的，功函數(shù)確定溝道控制層21沿溝道控 制層21在漂移區(qū)30中實現(xiàn)反型或積累溝道的適合性。首先研究的情況是反型溝道應(yīng)當(dāng)形成在由溝道控制層32引起的ρ摻雜或η摻雜 的漂移區(qū)30中。在ρ摻雜的漂移區(qū)30中，反型溝道是電子溝道(η溝道)，而在η摻雜的漂 移區(qū)30中，反型溝道是空穴溝道(ρ溝道)。為了在ρ摻雜的漂移區(qū)30中形成反型溝道，必 須分別存在表面電勢或接觸電勢，其至少為
ψ5 (ιην) - -In
q
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/ V
(la)(參見 Sze “半導(dǎo)體裝置(Semiconductor Devices)“，第二版，作者 Johnffiley 和Sons，2002年，第175頁)。這里，k表示波爾茲曼常數(shù)，T表示絕對溫度，q表示基本電 荷，Na表示受主濃度(ρ摻雜)，Iii表示本征濃度。同樣地，在η摻雜的漂移區(qū)中為了形成反 型溝道，必須存在表面電勢，其至少為
6
(lb)這里，Nd表示漂移區(qū)中的施主濃度。ρ摻雜的半導(dǎo)體材料的所謂的勢壘高度q。Bp是接觸電勢與在費米能級Ef和價帶 能級Ev之間的差Ef-Ev之和。因此其適用以下方程式qOBp = q￥s+EF-Ev(2a)同樣地，在η摻雜的半導(dǎo)體材料中，勢壘高度qOBp是接觸電勢與在導(dǎo)帶能級 Ec和費米能級Ef之間的差Ec-Ef之和。因此其適用以下方程式qOBn = q￥s+Ec-EF(2b)在方程(2a)和(2b)中，Ws—般表示表面電勢。這些方程與任何表面電勢無關(guān) 地應(yīng)用。如果方程(2a)和(2b)中的Wjg據(jù)方程(Ia)和(Ib)被設(shè)定為等于表面電勢 Ws (inv)，則獲得用于開始(setting-in)強反型的勢壘高度。ρ摻雜的半導(dǎo)體材料中的費米能級和價帶或價帶邊緣的能級之間的差Ef-Ev,以及 η摻雜的半導(dǎo)體材料中的導(dǎo)帶能級Ε。和費米能級之間的差E。-Ef在所有情況下都分別與受 主濃度Na和施主濃度Nd相關(guān)。其適用于這些差 (參見SZe，l.c·，第39頁)。這里，Nc表示導(dǎo)帶中的有效(等效)態(tài)密度，Nv表示 價帶中的有效(等效)態(tài)密度。這些態(tài)密度是材料常數(shù)并且與半導(dǎo)體材料的類型無關(guān)。例 如，對于 Si =Nv = 2. 66 X IO1W3 以及 Nc = 2. 86 X IO19CnT3 (參見 Sze, 1. c.，第 538 頁)。通過高頻測量具有非晶半絕緣層和結(jié)晶半導(dǎo)體層的系統(tǒng)的結(jié)電容，可以表明非晶 半絕緣層和鄰接的半導(dǎo)體材料之間的非晶-結(jié)晶異質(zhì)結(jié)的作用就像肖特基結(jié)一樣。這種肖 特基結(jié)相對于P摻雜半導(dǎo)體材料的勢壘高度為q Φ Bp = Eg-q (Φ m_ x )(4a)同樣地，這種肖特基結(jié)相對于η摻雜半導(dǎo)體材料的勢壘高度為
(4b)(參見Sze.，l.c.，第226頁)。這里，Eg表示所用半導(dǎo)體材料的帶隙，χ表示電子 親合勢，q。m表示所用肖特基金屬的功函數(shù)。帶隙Eg和電子親合勢X是材料常數(shù)。例如，對 于作為半導(dǎo)體材料的硅Eg = 1. 12eV，q χ = 4. 05eV，對于砷化鎵(GaAs) =Eg = 1. 42eV，q χ =4. 07eV,以及對于 6H 多型體(polytype)的碳化硅(SiC) =Eg = 3. 05eV, q χ = 3. 77eV。如果將方程(4a)和(4b)應(yīng)用于這樣的非晶異質(zhì)結(jié)，在該非晶異質(zhì)結(jié)處具有功函 數(shù)q。a的非晶材料接觸漂移區(qū)30而非接觸肖特基金屬，則勢壘高度以同樣的方式計算qOBp = Eg-q(Oa-x)(5a)qOBn = q(Oa-x)(5b)
使用與方程(Ia)和(Ib) —起定義反型開始所需的勢壘高度的方程(2a)和(2b) 以及使用計算形成反型層所需的非晶半絕緣溝道控制層的該功函數(shù)q。a的方程(5a)和 (5b)時，有以下方程作為條件qOa ^ Eg+qx-q￥s(inv)-(EF-Ev)(6a)qOa ^ qx-q￥s(inv) + (Ec-EF)(6b)方程(6a)對ρ摻雜的漂移區(qū)有效，即它定義用于在ρ摻雜的漂移區(qū)中形成η溝道 的溝道控制層21的非晶材料的所需功函數(shù)，而方程(6b)對η摻雜的漂移區(qū)30有效，即它 定義用于在η摻雜的漂移區(qū)中形成P溝道的溝道控制層21的非晶材料的所需功函數(shù)。根據(jù)另一個實例，在漂移區(qū)30中形成由非晶半絕緣溝道控制層21引起的積累溝 道。這個積累溝道對于η摻雜的漂移區(qū)30是電子溝道(η溝道)，而對于ρ摻雜的漂移區(qū) 30是空穴溝道(ρ溝道)。為了形成這種積累溝道，對于η摻雜的漂移區(qū)，功函數(shù)是q Φ a < q χ + (Ec-Ef)(7a)而對于ρ摻雜的漂移區(qū)，功函數(shù)q。a是qOa > Eg+q X-(Ef-Ev)(7b)方程(6a)和(6b)中給出的表面電勢和能量差以及方程(7a)和(7b)中給出的能 量差參考與溫度相關(guān)的方程(Ia)和(Ib)以及方程(3a)和(3b)。在這點上，功函數(shù)q。a 被選擇成使得至少對于為部件指定的這個溫度范圍能夠滿足根據(jù)方程(6a)、(6b)、(7a)或 (7b)的條件。這個溫度范圍例如是在225K和425K之間。作為實例，研究作為漂移區(qū)材料的且具有的受主濃度隊為1 · IO17CnT3的ρ摻雜硅。 下列值在室溫(大約300K)下有效。在這種情況下，根據(jù)方程(Ia)，反型所需的接觸電勢是 ￥s(inv) =0.82V。在這種情況下，導(dǎo)帶和價帶之間的差是Ef-Ev = 0.12eV，以致根據(jù)方程 (2a)產(chǎn)生至少必須達(dá)到的0. 94eV的勢壘高度。對于大約1018cm_3的更高摻雜濃度NA，需要 用于開始強反型的較高接觸電勢vs = 0.93V。然而，SEf-Ev減小到大約0.07eV，以致產(chǎn) 生大約LOeV的總勢壘高度。根據(jù)方程(5a)必須由功函數(shù)設(shè)定的勢壘高度因此對于第一實例必須為至 少0.94eV，而對于第二實例為至少l.OeV。這是在功函數(shù)分別為^ 4. 23eV和 qOa^4. 17eV的情況下獲得的。適合作為非晶半絕緣溝道控制層21的層例如是在電容性 耦合的平行板反應(yīng)器中以大約13. 56MHz的頻率通過HF沉積所沉積的非晶DLC層。使用甲 烷或另一種氣態(tài)烴作為用于DLC層的碳的第一前體氣體。DLC層的硅摻雜是通過添加硅烷 作為第二前體氣體而實現(xiàn)的。DLC層的特性，尤其是其功函數(shù)，由HF功率、處理腔中的工作 壓力、前體的氣體流量以及腔幾何形狀確定。后者確定所謂的自偏壓，所述自偏壓形成在等 離子體中并且實現(xiàn)加速帶正電的離子實(ion core)到達(dá)非晶層要沉積于其上的半導(dǎo)體層。ρ摻雜層上的具有例如4. 17eV的功函數(shù)(即具有1. OeV的勢壘高度)的DLC層可 例如以處理腔中的大約IOOmT的工作壓力、第一和第二前體氣體之間大約為3的氣體流量 比以及大約200W的HF功率進(jìn)行沉積。應(yīng)當(dāng)指出，把DLC層用作非晶半絕緣層僅僅是實例，可使用任何其它非晶半絕 緣層，其中通過適當(dāng)?shù)剡x擇沉積條件把功函數(shù)設(shè)定成使得取決于漂移區(qū)30的摻雜，條件 (6a)、(6b)、(7a)或(7b)之一得到滿足。憑經(jīng)驗可以說，在根據(jù)方程(3b)由功函數(shù)設(shè)定的勢壘高度是所用半導(dǎo)體材料的帶隙Eg的至少65%并且尤其是至少70%時，反型溝道形成。這對于任何半導(dǎo)體材料都 有效并且對于在P摻雜的漂移區(qū)30中形成反型溝道(如先前所說明的)以及對于在η摻 雜的漂移區(qū)中形成反型溝道都是有效的。先前指出的P摻雜硅的0.94eV和LOeV的勢壘 高度是例如1. 12eV的帶隙的84%和89%。在下文中將使用圖2A和2B中示出的能帶圖來說明用于在由溝道控制區(qū)控制的ρ 摻雜漂移區(qū)30中形成反型層的條件。圖2Α左側(cè)示出非晶溝道控制層“Α”的能帶圖，而右 側(cè)示出半導(dǎo)體材料“S”的能帶圖。這里，Eva。表示真空能級，E。pt表示非晶材料的所謂的光 學(xué)帶隙，以及Ei表示半導(dǎo)體的本征能級。圖2B示出非晶-結(jié)晶異質(zhì)結(jié)的能帶圖。由于非晶材料和半導(dǎo)體材料的不同費米能級，在半導(dǎo)體材料中存在能帶彎曲。這 個能帶彎曲的幅度對應(yīng)于接觸電勢Ψ3，其中當(dāng)如示出的那樣在半導(dǎo)體表面的能帶彎曲是 費米能級Ef和本征能級Ei之間的差的兩倍時開始強反型。勢壘高度q。Bp分別對應(yīng)于接觸 電勢、或者能帶彎曲加上費米能級和價帶邊緣能級之間的差ef-Ev。先前示出的能帶圖對于任何半導(dǎo)體材料都有效，諸如具有帶隙Eg = 1. 42eV和電 子親和勢q χ = 4. 07eV的砷化鎵(GaAs)、或者碳化硅(SiC)，尤其是具有帶隙Eg = 3. OeV 和電子親和勢q χ = 3. 77eV的6H_SiC?？梢姡哂?. 23eV或更小的功函數(shù)的的非晶 半絕緣材料也適合用于在這種半導(dǎo)體材料的P摻雜層中形成反型溝道，其中在這些材料中 由于較高的帶隙所以與硅相比存在較強的能帶彎曲。在上文中由沉積條件和/或由摻雜而調(diào)節(jié)的且為在漂移區(qū)中形成反型溝道所需 的功函數(shù)被導(dǎo)出(參見方程(6a)和(6b))。為強反型所需的功函數(shù)被導(dǎo)出。在這點上，應(yīng) 當(dāng)指出，具有不滿足方程(6a)和(6b)中給出的條件的功函數(shù)的非晶半絕緣溝道控制層21 也可已經(jīng)有助于減小開關(guān)損耗，即使在這種情況下僅存在弱反型。圖3A示出在非晶材料和η摻雜的漂移區(qū)之間的非晶-結(jié)晶異質(zhì)結(jié)的能帶圖。所 選擇的非晶材料可以適合用于在P摻雜的漂移區(qū)30中形成反型溝道，即勢壘高度qOBp因 此是帶隙Eg的至少70%。因為Eg = qOBp+qOBn(參見Sze，l.C.，第227頁)，η摻雜材料 的勢壘高度在這種情況下是帶隙Eg的30%或者更小。參考圖3Α，這種低帶隙促成所謂的 平帶條件或者在漂移區(qū)30中以較低的η摻雜形成積累溝道。連續(xù)積累溝道或連續(xù)積累邊緣層的形成分別可通過在漂移區(qū)30和溝道控制層21 之間插入絕緣層22來得以支持，如果經(jīng)此可以在部件的接通狀態(tài)下提高在垂直方向上的 電勢差。由于作為介電層的絕緣中間層22例如根據(jù)溝道控制層21的接觸來防止電流流過 非晶-結(jié)晶異質(zhì)結(jié)，所以得到(settle in)跨越半絕緣溝道控制層21的恒定電勢或橫向線 性電勢曲線。由于這種情況總是接近于平帶條件，邊緣層的總體(population)可以被迅速 減小，尤其是當(dāng)在半導(dǎo)體表面處和在沒有附加勢壘的溝道控制層中的電勢曲線在接通狀態(tài) 中相等時。具有這種絕緣層或介電層22的非晶-結(jié)晶異質(zhì)結(jié)的能帶圖被分別示出于圖5 中。在非晶溝道控制層21和漂移區(qū)30的摻雜彼此適應(yīng)以形成反型溝道的結(jié)處，在溝 道控制層21和漂移區(qū)30之間提供介電層不是必須的，因為高能帶彎曲已經(jīng)提供足夠量的 溝道區(qū)。不過，還是可以提供這種介電層；但是，其弱化反型溝道的形成，因為跨越介電層 22的接觸電勢或參考電勢的一部分分別下降。參考圖6，漂移區(qū)30可包括兩個不同摻雜的漂移區(qū)段第一漂移區(qū)段31，具有適于
9非晶溝道控制層21的功函數(shù)的摻雜類型和摻雜濃度以致沿溝道控制層21和第一漂移區(qū)段 31之間的界面形成反型溝道；第二漂移區(qū)段32，其被與第一漂移區(qū)段31互補地?fù)诫s并且通 過第一漂移區(qū)段31與溝道控制層21至少部分地分離。第一漂移區(qū)段31也被稱為漂移區(qū) 30的反型段?？蛇x地，介電層22被布置在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間。當(dāng)存在這個介 電層22時，介電層22接觸第一漂移區(qū)段31 ；在這種情況下，(以未示出的方式)溝道控制 層21至少在橫向末端處于限定的電勢。這個電勢可為漂移區(qū)30的電勢或者連接區(qū)11、12 之一的電勢。第一漂移區(qū)段31的尺寸可分別適應(yīng)于溝道控制層21和介電層22的尺寸，以致溝 道控制層21和介電層22分別排他地接觸漂移區(qū)30的反型段31。然而，反型段31的尺寸 也可分別小于溝道控制層21和介電層22的尺寸。在這種情況下，溝道控制層21和介電層 22也分別接觸各段中的第二漂移區(qū)段32。前文說明的用于在半導(dǎo)體部件的漂移區(qū)30中控制反型溝道或積累溝道的概念可 以應(yīng)用于具有漂移區(qū)的任何半導(dǎo)體部件。在下文中將說明這種半導(dǎo)體部件的實例。圖7借助于通過半導(dǎo)體主體100的截面示出被實施為MOSFET(尤其是功率 M0SFET)的半導(dǎo)體部件的實施例。在這個部件中，第一和第二連接區(qū)11、12形成彼此遠(yuǎn)離布 置的源區(qū)和漏區(qū)。在漂移區(qū)30和源區(qū)11之間，該部件包括控制結(jié)構(gòu)40，該控制結(jié)構(gòu)40具 有主體區(qū)41、柵電極43，所述柵電極43通過柵極電介質(zhì)與主體區(qū)41介電絕緣并且用于控 制源區(qū)11和漂移區(qū)30之間的主體區(qū)41中的導(dǎo)電溝道。在正常關(guān)斷的MOS晶體管中，主體 區(qū)41與源區(qū)11互補地?fù)诫s。在這種情況下，柵電極43用于控制沿源區(qū)11和漏區(qū)30之間 的柵極電介質(zhì)42的反型溝道。在正常導(dǎo)通的MOS晶體管中，主體區(qū)41也與源區(qū)11互補地 摻雜，但是包括沿柵極電介質(zhì)42的互補摻雜的半導(dǎo)體區(qū)(未示出)。在這種情況下，柵電極 43用于當(dāng)把部件驅(qū)動至阻斷時中斷該溝道。該部件的導(dǎo)電類型由源區(qū)11的摻雜類型確定。源區(qū)11在η導(dǎo)電部件中被η摻 雜，而在P導(dǎo)電部件中被P摻雜。主體區(qū)41在η導(dǎo)電部件中被P摻雜，而在P導(dǎo)電部件中 被η摻雜。在η導(dǎo)電部件中，多數(shù)電荷載流子是電子，而在P導(dǎo)電部件中多數(shù)電荷載流子是 空穴。漂移區(qū)30和溝道控制層21的摻雜類型彼此適應(yīng)以便當(dāng)部件導(dǎo)電時在漂移區(qū)30中 多數(shù)電荷載流子流動是可能的。這可由于如下事實而得以實現(xiàn)漂移區(qū)30具有與源區(qū)相同 的導(dǎo)電類型，以及非晶溝道控制層21的功函數(shù)被調(diào)節(jié)成使得在漂移區(qū)30中形成積累溝道。 為此，在η導(dǎo)電部件中漂移區(qū)30被η摻雜，而在ρ導(dǎo)電部件中漂移區(qū)30被ρ摻雜。可選地， 多數(shù)電荷載流子流動可由于如下事實而在漂移區(qū)30中得以實現(xiàn)漂移區(qū)30與源區(qū)11互補 地?fù)诫s，以及溝道控制層21的功函數(shù)被設(shè)定成使得在漂移區(qū)30中形成反型溝道。在后者 情況下，溝道控制層21尤其被實施成使其沿電流流動方向從漏區(qū)12到達(dá)柵電極42，以便當(dāng) 部件導(dǎo)電時沿漂移區(qū)30的整個長度明確地實現(xiàn)反型溝道的形成。在這點上，“電流流動方 向”是其中電荷載流子在該部件的漂移區(qū)中擴散的方向。在圖7所示出的部件中——其中 源區(qū)11和漏區(qū)12在半導(dǎo)體主體100的橫向方向上被彼此遠(yuǎn)離布置，該方向是半導(dǎo)體主體 100的橫向方向。參考圖7，可選地介電層22可被提供在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間。當(dāng)漂移 區(qū)30的摻雜和溝道控制層21的功函數(shù)彼此適應(yīng)以致在漂移區(qū)30中形成反型溝道時，可特 別地省略介電層22。
應(yīng)當(dāng)指出，先前參考圖1到6關(guān)于在漂移區(qū)中形成反型或積累溝道所作的說明確 實相應(yīng)地應(yīng)用于根據(jù)圖7的部件以及將在下文中說明的所有其它部件。在圖7中，附圖標(biāo)記51和52表示源區(qū)11和漏區(qū)12的連接電極。源區(qū)11和主體 區(qū)41可被短路，這對于MOS晶體管一般是已知的。為此，在所示出的實施例中提供與主體 區(qū)41相同的導(dǎo)電類型的較高摻雜連接區(qū)44，該較高摻雜連接區(qū)鄰接主體區(qū)41并且被連接 電極51接觸。參考以剖面A-A示出根據(jù)7的部件的截面的圖8，先前說明的部件區(qū)可被實施為在 與電流流動方向垂直的方向上的細(xì)長部件區(qū)。該部件的電流能力隨著在與電流流動方向垂 直的方向上這些部件區(qū)的尺寸增大而增大。以未詳細(xì)示出的方式，這些部件區(qū)也可被布置 成圍繞漏區(qū)的圓形。在MOSFET中，漏區(qū)12具有與源區(qū)11相同的導(dǎo)電類型。在根據(jù)6的部件中以及在 下文中說明的所有其它晶體管中，溝道控制層21可從柵電極43延伸到漏電極52，然而它也 可布置成遠(yuǎn)離這些電極。溝道控制層21尤其分別連接到下列端子或電極之一柵極、源極 或漏極，或者在二級管中分別至少連接到陰極或陽極。圖9借助于通過半導(dǎo)體主體100的截面示出與圖7所示出的部件不同之處在于漂 移區(qū)30(與對圖6給出的說明相一致)包括第一和第二漂移區(qū)段31、32的部件。第一漂移 區(qū)段或反型段31分別與源區(qū)11互補地?fù)诫s，即在η導(dǎo)電部件中它被ρ摻雜，而在ρ導(dǎo)電部 件中它被η摻雜。第二漂移區(qū)段32具有與源區(qū)11相同的導(dǎo)電類型。溝道控制層21在電 流流動方向上的尺寸尤其對應(yīng)于第一漂移區(qū)段31在電流流動方向上的尺寸，以便可在第 一漂移區(qū)段31中沿第一漂移區(qū)段31的整個長度形成反型溝道。在這個部件中，溝道控制 層21尤其可延伸到柵電極43 (以虛線示出)，其中在這種情況下第一漂移區(qū)段31可延伸到 主體區(qū)41。第一漂移區(qū)段31和主體區(qū)41可具有相等的摻雜濃度。在漂移區(qū)30的漏極側(cè) 末端，漏區(qū)12可鄰接第一漂移區(qū)段31 (如示出的)。可選地，第一漂移區(qū)段31可被布置成 遠(yuǎn)離漏區(qū)12。參考圖9，介電層22可被布置在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間。然而，參考圖 10，這個介電層22也可被省略。這個介電層22的省略改善了反型溝道在第一漂移區(qū)段31 中的形成，如所說明的。參考圖7、9和10，在實現(xiàn)部件區(qū)的區(qū)域中的半導(dǎo)體主體100可包括對應(yīng)于主體區(qū) 41的摻雜的基本摻雜。其余部件區(qū)，即源區(qū)11、漏區(qū)12和漂移區(qū)30以及連接區(qū)44可通過 注入和/或擴散方法來制作，其中漂移區(qū)30可包括第一和第二漂移區(qū)段31、32。參考示出對圖10中所示出的部件的修改的圖11，也可將半導(dǎo)體主體100的基本 摻雜選擇為使得其對應(yīng)于漂移區(qū)30的摻雜或者使得當(dāng)漂移區(qū)30包括第一和第二漂移區(qū)段 31,32時其對應(yīng)于第二漂移區(qū)段32的摻雜。在這個部件中，源區(qū)11、漏區(qū)12、主體區(qū)41、連 接區(qū)44以及可選存在的第一漂移區(qū)段31是使用注入和/或擴散方法來制作的。對于其余 部分，先前參考根據(jù)圖7和10的部件作出的且與溝道控制層21和漂移區(qū)30有關(guān)的所有說 明相應(yīng)地應(yīng)用于根據(jù)圖11的部件。當(dāng)然，在這個部件中也可能在溝道控制層21和漂移區(qū) 30之間提供介電層(未示出)，即以參考圖9其已被說明的方式提供。參考圖11，半導(dǎo)體主體100可選地包括兩個半導(dǎo)體層第一半導(dǎo)體層110，在其中 布置晶體管的部件區(qū)并且具有對應(yīng)于漂移區(qū)30的基本摻雜；以及第二半導(dǎo)體層120，被布置在第一半導(dǎo)體層Iio上并且與第一半導(dǎo)體層Iio互補地?fù)诫s。第二半導(dǎo)體層120例如是 半導(dǎo)體襯底，第一半導(dǎo)體層110例如是布置在半導(dǎo)體襯底120上的外延層。以對應(yīng)的方式，參考圖7到10所示出的部件也可被實現(xiàn)為具有兩個互補摻雜的半 導(dǎo)體層的兩層(two-layered)，其中部件區(qū)被布置在其中的區(qū)域中的半導(dǎo)體主體的基本摻 雜對應(yīng)于主體區(qū)41的基本摻雜。這些部件也可被實現(xiàn)為所謂的SOI部件。對于先前參考圖11所說明的部件，這被 示出于圖12中。然而，這個原理適用于先前參考圖7到10所相應(yīng)說明的任何其它部件，并 且也適用于在下文中說明的部件。在這個SOI部件中，部件區(qū)被實施在其中的第一半導(dǎo)體 層110被布置在絕緣層130上，該絕緣層130分離第一半導(dǎo)體層110與半導(dǎo)體襯底120。現(xiàn)在將簡要地描述先前參考圖7到12所說明的部件的工作原理。就此，假設(shè)這些 晶體管部件是正常關(guān)斷的部件。當(dāng)施加到柵電極43的電勢不足以沿柵極電介質(zhì)42在主體 區(qū)41中形成反型溝道時以及當(dāng)阻斷電壓被施加在漏區(qū)12和源區(qū)11之間時，這些部件是阻 斷的。在η導(dǎo)電部件中，這個阻斷電壓是漏極和源極之間的正電壓，而在ρ導(dǎo)電部件中，這 個阻斷電壓是漏極和源極之間的負(fù)電壓。當(dāng)部件阻斷時，空間電荷區(qū)從漂移區(qū)30和主體 區(qū)41之間的ρη結(jié)開始在漂移區(qū)30中擴散。如果漂移區(qū)30包括第一和第二漂移區(qū)段31、 32，則空間電荷區(qū)從第二漂移區(qū)段32中的主體區(qū)開始擴散，其中隨著阻斷電壓的增大第一 漂移區(qū)段31被耗盡，即第一漂移區(qū)段31的電荷載流子找到第二漂移區(qū)段32中的對應(yīng)反電 荷。經(jīng)此，源極11和漏極12之間的導(dǎo)電溝道被中斷。漂移區(qū)30以及第一和第二漂移區(qū)段31、32的摻雜濃度例如分別是在IO13CnT3和 IO1W3之間的范圍內(nèi)。源區(qū)11和漏區(qū)12的摻雜濃度例如是在IO19cm-3到IO21cm-3的范圍 內(nèi)，并且主體區(qū)41的摻雜濃度例如是在IO17CnT3到IO18CnT3的范圍內(nèi)。對于兩部分的漂移 區(qū)30，第一和第二漂移區(qū)段31、32的摻雜濃度被特別地彼此適應(yīng)以使得當(dāng)部件阻斷時這兩 段彼此完全耗盡，即它們相互補償。出于解釋目的，假設(shè)漂移區(qū)30被ρ摻雜或者包括具有先前說明的在IO13CnT3到 IO15CnT3的摻雜范圍內(nèi)的摻雜的ρ摻雜反型段。對于硅作為漂移區(qū)的材料，根據(jù)方程(2a)和 (Ia)為形成反型溝道而必須超過的勢壘高度qOBp是在0. 72eV和0.84eV之間。這些勢壘 高度分別對應(yīng)于1. 12eV的帶隙的0. 65%和0. 75%。為此，需要小于4. 45eV和小于4. 33eV 之間的功函數(shù)qOa。在這個部件中，先前說明的具有4. 17eV的功函數(shù)的DLC層將適合作為 非晶半絕緣溝道控制層21。對于GaAs (具有Eg= 1. 42ev的帶隙、4. 07eV的電子親和勢、1. 8 X IO6CnT3的本征濃 度、以及在價帶邊緣處7X IO18CnT3的等效態(tài)密度Nv)作為漂移區(qū)的材料，用于開始強反型的 勢壘高度qOBp = 1. 28eV是分別在漂移區(qū)或第一漂移區(qū)段31的受主濃度Na = 1 X 1015cm_3 時獲得的。這對應(yīng)于帶隙1的90%。根據(jù)方程(6a)所需的功函數(shù)是4. 21eV或更小。對于6H多型體的SiC (具有3. 05ev的帶隙、3. 77eV的電子親和勢、1. 6 X IO6CnT3的 本征濃度、以及在價帶邊緣處2. 5X IO19CnT3的等效態(tài)密度Nv)作為漂移區(qū)的材料，用于開始 強反型的勢壘高度qOBp = 2. 75eV是分別在漂移區(qū)30或第一漂移區(qū)段31的受主濃度Na = IX IO15CnT3時獲得的。這對應(yīng)于帶隙的90%。根據(jù)方程(6a)所需的功函數(shù)是4. 07eV或更 小。在先前參考圖7到10所說明的橫向晶體管部件中，溝道控制區(qū)21被布置在半導(dǎo)體主體100的第一側(cè)之上，所述第一側(cè)在下文中將被稱為前側(cè)。為了更好地使用半導(dǎo)體主 體100的給定體積、以及為了提高部件在半導(dǎo)體主體的給定體積下的電流能力，溝道控制 層21以及可選存在的介電層22可被布置在半導(dǎo)體主體100的溝槽中。圖13借助于以剖面B_B(圖13A)的水平截面以及借助于以剖面C-C和D-D的兩 個垂直截面示出這種部件。參考圖13B和13C，在這個部件中，源區(qū)11和漏區(qū)12在垂直方 向上從前側(cè)開始延伸到半導(dǎo)體主體100中。在所示出的實施例中，主體區(qū)41和漂移區(qū)30在 垂直方向上與源區(qū)11或漏區(qū)12 —樣深地延伸到半導(dǎo)體主體100中。在這點上，應(yīng)當(dāng)指出 這些部件區(qū)也可比源區(qū)11和漏區(qū)12更深或更淺地延伸到半導(dǎo)體主體中。以對應(yīng)的方式， 柵電極43也在垂直方向上延伸到半導(dǎo)體主體中。在這個部件中，在導(dǎo)電狀態(tài)下在柵極電介 質(zhì)42和主體區(qū)41之間的垂直界面處形成導(dǎo)電溝道，所述主體區(qū)41在漂移區(qū)30和源區(qū)11 之間。在所示出的實施例中，溝道控制區(qū)21 —方面直接鄰接?xùn)烹姌O43而另一方面鄰接漏 區(qū)12，并且在半導(dǎo)體主體的垂直方向上至少與漂移區(qū)30 —樣深地延伸到半導(dǎo)體主體中。漂移區(qū)30和溝道控制層21可以先前說明的任何方式被實施，這意味著例如以這 樣的方式被實施溝道控制層21的功函數(shù)和漂移區(qū)30的摻雜類型被彼此適應(yīng)以致在漂移 區(qū)30中形成反型溝道或者以致在漂移區(qū)30中形成積累溝道。不言而喻，也可把漂移區(qū)30 實施為具有第一和第二漂移區(qū)段31、32，如其以虛線被示出于圖13A中?？蛇x地，介電層22 可被布置在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間。參考圖13A，部件包括多個類似的結(jié)構(gòu)，每個結(jié)構(gòu)具有控制結(jié)構(gòu)40、柵電極43、柵 極電介質(zhì)42和主體區(qū)41并且具有帶有相鄰溝道控制層21的漂移區(qū)30，而且每個結(jié)構(gòu)被布 置在源區(qū)11和漏區(qū)12之間。各個結(jié)構(gòu)的柵電極43相互電連接，以便多個并聯(lián)連接的晶體 管或晶體管單元分別存在于半導(dǎo)體主體中。這個部件的電流承載能力隨著晶體管單元數(shù)量 的增加而增大。在所示出的實施例中，帶有控制結(jié)構(gòu)40以及漂移區(qū)30和溝道控制層21的這些結(jié) 構(gòu)在與電流流動方向垂直的橫向方向上以及在垂直方向上被半導(dǎo)體區(qū)40包圍，半導(dǎo)體區(qū) 40具有與主體區(qū)41相同的導(dǎo)電類型，并且其摻雜類型可對應(yīng)于主體區(qū)的摻雜類型。這個半 導(dǎo)體區(qū)40可分別通過對半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體層的基本摻雜而產(chǎn)生，晶體管部件的各個部 件區(qū)被布置在該半導(dǎo)體襯底或半導(dǎo)體層中。先前說明的在其中在主體區(qū)41中沿柵電極43的“側(cè)壁”形成由柵電極控制的溝 道的晶體管也將被稱為側(cè)壁晶體管。圖14A到14C借助于剖面B-B (圖14A)的截面以及借助于剖面C-C和D-D的兩個 垂直截面示出對參考圖13所說明的部件的修改。在根據(jù)圖14的部件中，漂移區(qū)包括第一 和第二漂移區(qū)段31、32，其中第一漂移區(qū)段31直接接觸溝道控制層21?？蛇x地，介電層22 可被布置在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間。在這個部件中，第一漂移區(qū)段31延伸到主體 區(qū)41，其中第一漂移區(qū)段31的摻雜類型以及摻雜濃度可對應(yīng)于主體區(qū)41的摻雜類型和摻 雜濃度。在這個部件中，第二漂移區(qū)段在與電流流動方向垂直的橫向方向上從一個晶體管 單元的第一漂移區(qū)段31延伸到另一個晶體管單元的第一漂移區(qū)段31。在垂直方向上，在 帶有控制結(jié)構(gòu)以及主體區(qū)41的各個結(jié)構(gòu)之下布置與主體區(qū)41具有相同導(dǎo)電類型的部件 區(qū)。這個部件區(qū)可通過半導(dǎo)體層的基本摻雜而產(chǎn)生，該半導(dǎo)體層中布置有晶體管部件的部 件區(qū)。這個半導(dǎo)體區(qū)14的摻雜濃度可對應(yīng)于主體區(qū)41的摻雜濃度。
13
參考圖15和16，先前說明的通過使用非晶半絕緣層來形成反型或積累溝道從而 減小漂移區(qū)30的電阻的概念也可以被應(yīng)用于例如二極管。圖15和16借助于半導(dǎo)體主體 100的截面示出橫向二極管的實施例。在這個二極管中，漂移區(qū)30直接鄰接第一連接區(qū)11 和第二連接區(qū)12。該二極管可被實施為雙極型二極管。在這種情況下，連接區(qū)11、12被彼 此互補地?fù)诫s。例如，第一連接區(qū)11被ρ摻雜，而第二連接區(qū)12被η摻雜。漂移區(qū)30的摻 雜類型取決于應(yīng)當(dāng)在漂移區(qū)30中形成由溝道控制層31引起的是反型溝道還是積累溝道。 當(dāng)然，也可給漂移區(qū)30提供第一漂移區(qū)段31 (反型段)和第二漂移區(qū)段32。反型段31可 在橫向方向上從第一連接區(qū)延伸到第二連接區(qū)。在這種情況下，溝道控制層21在橫向方向 上從第一連接區(qū)11延伸到第二連接區(qū)12。在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間可提供介電層22，如在圖15中所示出的。尤其 是，當(dāng)漂移區(qū)30的摻雜類型被選擇成使得形成反型溝道時或者當(dāng)漂移區(qū)30包括兩個漂移 區(qū)段31、32時，這個介電層22可被省略，如在圖16中所示出的。該二極管可被實施為肖特基二極管。在這種情況下，連接區(qū)之一(諸如第一連接 區(qū)11)由肖特基金屬制成，而另一個連接區(qū)(諸如第二連接區(qū)12)被η摻雜。先前關(guān)于晶 體管或雙極型二極管以及關(guān)于漂移區(qū)30和溝道控制層21的實施方式的說明確實也相應(yīng)地 應(yīng)用于肖特基二極管。不言而喻，帶有溝道控制層21的漂移區(qū)30也可被提供在垂直半導(dǎo)體部件中，尤其 是在垂直晶體管中，所述溝道控制層21由非晶半絕緣半導(dǎo)體材料制成并且被布置成鄰近 漂移區(qū)。在下文中將參考圖17到22來說明具有漂移區(qū)30和非晶半導(dǎo)體材料的溝道控制層 21的這種垂直晶體管的實施例。在這些部件中，源區(qū)11和漂移區(qū)12或者第一和第二連接 電極51、52分別被布置成在半導(dǎo)體主體100的垂直方向上彼此遠(yuǎn)離。以同樣的方式，在這 些部件中漂移區(qū)30和鄰近漂移區(qū)30布置的溝道控制層21在半導(dǎo)體主體100的橫向方向 上在控制結(jié)構(gòu)40和漏區(qū)12之間延伸。在圖17到20所示出的部件中，控制結(jié)構(gòu)是橫向控 制結(jié)構(gòu)。這里，源區(qū)11被布置成在半導(dǎo)體主體100的橫向方向上遠(yuǎn)離溝道控制層21。柵電 極43被布置在半導(dǎo)體主體的前側(cè)101之上并且通過柵極電介質(zhì)42與主體區(qū)41絕緣。在 這個部件中，溝道控制層21被布置在半導(dǎo)體主體的溝槽中并且可延伸到源電極51和柵電 極43，如示出的。依據(jù)先前給出的說明，漂移區(qū)30和溝道控制層21可被彼此適應(yīng)以使得在漂移區(qū) 30中形成積累溝道或反型溝道。當(dāng)然，也存在可選地在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間提 供介電層22的可能性。在圖17和18所示出的部件中，漂移區(qū)30與主體區(qū)41互補地?fù)诫s， 并且漂移區(qū)30和溝道控制層21被彼此適應(yīng)以使得在漂移區(qū)30中形成積累溝道。在圖17到22所示出的垂直晶體管部件中，漂移區(qū)30被布置在帶有溝道控制 層21的溝槽的兩側(cè)上。參考圖18，在這點上可能實施溝道控制層21以使得其不完全 填充溝槽而是僅布置在溝槽的側(cè)壁上。溝槽的其余部分可以用填充材料23進(jìn)行填充。 這種填充材料例如是未摻雜的氧化硅(USG)或者有機材料，諸如聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯 (benzo-cyclo-buthene) (BCB)、環(huán)氧樹脂或硅氧燒(silicone)。在圖17和18所示出的部件中，與漂移區(qū)30互補摻雜的部件區(qū)沿漂移區(qū)從源區(qū)11 延伸到漏區(qū)12。就其摻雜類型和其摻雜濃度而言，這個部件區(qū)14可對應(yīng)于主體區(qū)41。在 這個部件中，當(dāng)部件阻斷時漂移區(qū)30和另外的部件區(qū)14彼此耗盡，以便實現(xiàn)高電壓阻斷能力。在圖19和20所示出的部件中，漂移區(qū)30包括第一漂移區(qū)段31 (反型)和第二漂 移區(qū)段32。在這個部件中，反型段31被實施成使得其在垂直方向上從漏區(qū)12延伸到主體 區(qū)41。第一漂移區(qū)段31的摻雜濃度可對應(yīng)于主體區(qū)41的摻雜濃度。依據(jù)參考圖17和18 給出的說明，帶有溝道控制層21的溝槽可完全被填充溝道控制層?？商鎿Q地，存在用填充 材料23部分地填充該溝槽的可能性，如圖20中所示出的。當(dāng)然，在根據(jù)圖19和20的部件中可選地存在在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間 提供介電層22的可能性。圖21和22示出在其中的控制結(jié)構(gòu)40具有所謂的溝槽結(jié)構(gòu)的垂直晶體管部件的 實施例；這里，柵電極43被布置在半導(dǎo)體主體100的溝槽中并且在橫向方向上被布置成鄰 近主體區(qū)41。在示出的實施例中，柵電極43在半導(dǎo)體主體的垂直方向上被布置在溝道控 制層21之上。先前參考圖17到20關(guān)于溝道控制層21和漂移區(qū)30所給出的說明也確實 相應(yīng)地適用于圖21和22所示出的部件。在圖21所示出的部件中，漂移區(qū)30被摻雜以使 得在漂移區(qū)中形成積累溝道，即漂移區(qū)30與主體區(qū)41互補地?fù)诫s。在圖21所示出的部件 中，漂移區(qū)30包括第一和第二漂移區(qū)段31、32，其中第一漂移區(qū)段31從主體區(qū)41延伸到漏 區(qū)12，其中第一漂移區(qū)段31的摻雜類型可對應(yīng)于主體區(qū)41的摻雜類型。任選地，在圖21 和22所示出的部件中，介電層22可被布置在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間。而且，帶有 溝道控制層21的溝槽可任選地用填充材料23進(jìn)行部分填充。為提高部件的電流能力，分別參考圖17到22示出的多個結(jié)構(gòu)或晶體管單元可被 布置在半導(dǎo)體主體100中，其中這些結(jié)構(gòu)被并聯(lián)連接。在這點上，各個晶體管單元的幾何形 狀基本上由溝道控制層21被布置在其中的溝槽的幾何形狀確定。參考圖23到25，任何幾 何形狀都適合于此。圖23示意性地示出六邊形單元的幾何形狀。在此，溝道控制層21被 布置在六邊形“半導(dǎo)體島”之間的溝槽中，其中漂移區(qū)被布置在這些六邊形半導(dǎo)體島中，其 被描繪在圖23中的一個位置處。而且，帶有溝道控制層21的溝槽也可被布置在方形或矩 形半導(dǎo)體島之間，由此產(chǎn)生圖24中所示出的單元場的矩形幾何形狀。參考圖25，也存在把 帶有溝道控制層21的溝槽實施為條形半導(dǎo)體島之間的細(xì)長溝槽的可能性。參考圖26到28，以與垂直晶體管相同的方式，當(dāng)然也可實施垂直二極管。圖26借 助于半導(dǎo)體主體100的截面示出具有第一和第二連接區(qū)11、12的垂直雙極型二極管的實施 例，所述第一和第二連接區(qū)11、12被彼此互補地?fù)诫s并且在半導(dǎo)體主體的垂直方向上被布 置成彼此遠(yuǎn)離。第一連接區(qū)11例如被P摻雜并且形成部件的陽極區(qū)，第二連接區(qū)12例如 被η摻雜并且形成部件的陰極區(qū)。兩個連接區(qū)11、12由第一和第二連接電極51、52接觸。 漂移區(qū)30在垂直方向上在第一和第二連接區(qū)11、12之間延伸，其中溝道控制層21被布置 成在橫向方向上鄰近漂移區(qū)。在示出的實施例中，溝道控制層21直接接觸漂移區(qū)30?？蛇x 地，存在在溝道控制層21和漂移區(qū)30之間提供介電層22(以虛線示出)的可能性。在示 出的實施例中，漂移區(qū)30被實施成帶有兩個漂移區(qū)段第一漂移區(qū)段(反型段)31以及與 第一段互補摻雜的第二段32。溝道控制層21和第一漂移區(qū)段31被彼此適應(yīng)以使得在第一 漂移區(qū)段中形成反型溝道。圖27示出對圖26中所示出的二極管的修改。在這個部件中，漂移區(qū)30被實施成 使得在漂移區(qū)中形成積累溝道。在這個部件中，第一連接區(qū)11被如此高度摻雜使得其同時充當(dāng)場停止(field stop)層。在橫向方向上，這個第一連接區(qū)11分別延伸到溝道控制層 21或者可選存在的介電層。在半導(dǎo)體主體的橫向方向上，互補摻雜的半導(dǎo)體區(qū)鄰接漂移區(qū) 30，這個半導(dǎo)體區(qū)使得漂移區(qū)30在部件阻斷時被完全耗盡。圖28借助于通過半導(dǎo)體主體100的垂直截面示出垂直肖特基二極管的實施例。在 這個肖特基二極管中，連接電極之一(在所示出的實施例中是第一連接電極51)由肖特基 金屬制成并且直接接觸漂移區(qū)30。在這個部件中，漂移區(qū)30包括兩個漂移區(qū)段第一漂移 區(qū)段31，被布置成直接鄰近溝道控制層21，其中溝道控制層21和第一漂移區(qū)段31被彼此 適應(yīng)以使得在第一漂移區(qū)段31中形成反型溝道；以及第二漂移區(qū)段32，其被η摻雜。由第 二連接電極52接觸的較高η摻雜的第二連接區(qū)12在與第一連接電極51相對的一側(cè)鄰接 漂移區(qū)30。在這點上，“較高η摻雜”意指第二連接區(qū)12被摻雜得比漂移區(qū)30的第二漂移 區(qū)段32高。在示出的部件中，第一漂移區(qū)段31直接鄰接第二連接區(qū)12并且遠(yuǎn)離第一連接 電極51。如圖28中所示的，第一漂移區(qū)段31也可以延伸到第一連接電極51。在先前說明的MOS晶體管中，控制結(jié)構(gòu)40的柵極電介質(zhì)42是MOS晶體管常用的柵 極電介質(zhì)并且例如由氧化物構(gòu)成。柵電極43例如由金屬或高摻雜的多晶半導(dǎo)體材料(諸 如多晶硅)構(gòu)成。柵極電介質(zhì)42需要具有高介電強度和低密度的移動或固定電荷。熱生 長的氧化物的最大擊穿場強例如是在5MV/cm和lOMV/cm之間。在場強高于這個擊穿場強 時，橫跨氧化物阻擋層的福勒-諾德海姆(Fowler-Nordheim)遂穿電流開始。這個最大擊 穿場強限制所允許的柵電壓，并且因此限制可以沿柵極電介質(zhì)在主體區(qū)41溝道中以反型 設(shè)定的電荷密度。而且，作為柵極電介質(zhì)42的氧化物可能由于溫度引起的機械應(yīng)力、宇宙 輻射或熱電荷載流子注入而退化，其中后者可能例如在MOSFET的雪崩擊芽的情況下發(fā)生。為了避免這個問題，代替柵電極43和主體區(qū)41之間的電介質(zhì)，根據(jù)實施例在柵電 極43和主體區(qū)41之間提供一層非晶半絕緣材料。這個層在下文中將被稱為柵控制層，這 個層連同柵極的合適控制一起來控制主體區(qū)41中溝道的形成。在這點上，柵控制層可由與 溝道控制層21相同的材料構(gòu)成，并且還可連同溝道控制層21 —起被實施為共同層。可以通過用非晶半絕緣層相應(yīng)地替換柵極電介質(zhì)42來修改先前說明的所有MOS 晶體管結(jié)構(gòu)。圖29借助于通過半導(dǎo)體主體100的截面示出橫向晶體管部件的實施例，該橫向晶 體管部件是基于圖10中示出的部件并且與根據(jù)圖10的部件不同之處在于代替柵極電介質(zhì) 42而提供非晶半絕緣溝道控制層46。這個溝道控制層46連同溝道控制層21 —起被實施 為共同層。在下文中將說明根據(jù)圖29的部件的控制結(jié)構(gòu)40與根據(jù)圖10的部件的控制結(jié) 構(gòu)40之間的不同。關(guān)于其余部件部分的針對根據(jù)圖10的部件已給出的說明相應(yīng)地適用于 根據(jù)圖29的部件。在圖29所示出的晶體管中，溝道控制層21和漂移區(qū)30的第一漂移區(qū)段31被彼此 適應(yīng)以使得在第一漂移區(qū)段31中形成反型溝道。第一漂移區(qū)段31的摻雜類型對應(yīng)于主體 區(qū)41的摻雜類型。在η導(dǎo)電晶體管中，這些部件區(qū)被ρ摻雜。為了沿柵電極43在主體區(qū) 中獲得正常關(guān)斷的部件，控制結(jié)構(gòu)40包括被摻雜得比第一漂移區(qū)段31高的溝道區(qū)45。由 此，防止僅由非晶半絕緣柵控制層46的存在就在主體區(qū)41中形成導(dǎo)電溝道。在這個部件 中，沿柵電極43在主體區(qū)41中的這種導(dǎo)電溝道只有在對應(yīng)的驅(qū)動電勢被施加到柵電極43 時才形成。在η導(dǎo)電晶體管中，這個驅(qū)動電勢相對于源極電勢(即在源極端子處的電勢)
16是正電壓，而在P導(dǎo)電晶體管中，這個驅(qū)動電勢是負(fù)電壓。在η導(dǎo)電晶體管中，溝道區(qū)41的 P摻雜濃度例如大約在IO16CnT3和IO17CnT3之間。柵控制層46以及溝道控制層21的厚度例如在50nm和500nm之間的范圍內(nèi)。這 些值適用于先前說明的所有部件的溝道控制層21。可以通過用46的非晶半絕緣柵控制層替換柵介電層42以及通過沿柵控制層46 把主體區(qū)41至少局部摻雜得很高以致在零伏特的柵-源電壓下在主體區(qū)41中沿柵控制層 46不存在反型溝道(這意味著該部件是正常關(guān)斷的部件)，以同樣的方式修改先前說明的 所有其余MOS晶體管。在下文中將參考圖30到36簡短地說明這種部件的實施例。在這些 圖中示出的部件是先前說明的部件的修改，對這些部件給出的說明以同樣的方式應(yīng)用于根 據(jù)圖30到36的部件。圖30示出的部件是基于圖11中所示出的部件并且具有通過提供非晶半絕緣柵控 制層46而被修改的控制結(jié)構(gòu)。圖31示出基于圖13中所示出的側(cè)壁晶體管的側(cè)壁晶體管的頂視圖。圖31中所 示出的晶體管與圖13中所示出的晶體管不同之處在于介電層22被非晶半絕緣柵控制層替 換，所述非晶半絕緣柵控制層形成沿漂移區(qū)30的溝道控制層21和沿主體區(qū)41的柵控制層 46。在這點上，在橫向方向上鄰接?xùn)烹姌O43且布置在溝道控制層21的兩段之間的溝槽可 用填充材料23進(jìn)行填充。不言而喻，也存在分別用溝道控制層21或柵控制層46的非晶半 絕緣材料完全填充這個溝槽的可能性。圖32示出關(guān)于與根據(jù)圖14的部件相比被修改的半導(dǎo)體部件的頂視圖。在根據(jù)圖 32的部件中，控制結(jié)構(gòu)40包括非晶半絕緣柵控制層46來代替柵極電介質(zhì)。圖33示出基于圖17和18中所示出的部件的垂直晶體管部件，其中作為根據(jù)圖17 和18的部件的修改的這個部件的控制結(jié)構(gòu)40包括非晶半絕緣層作為柵控制層。圖34示出基于圖19和20中所示出的部件的垂直晶體管部件；并且圖35示出基 于圖21和22中所示出的部件的垂直晶體管部件。圖36借助于通過半導(dǎo)體主體100的垂直截面示出具有非晶半絕緣溝道控制層21 的垂直晶體管。在這個部件中，漂移區(qū)包括第一和第二漂移區(qū)段31、32，其中第一漂移區(qū)段 31直接鄰接主體區(qū)41，且其中這個第一漂移區(qū)段31和主體區(qū)41就摻雜類型和摻雜濃度而 言是相同的。源電極51接觸源區(qū)11并且經(jīng)由較高摻雜的連接區(qū)44也接觸主體區(qū)41。在 示出的部件中，柵電極43由不同材料(尤其是不同金屬)的兩個柵電極段43A、43B構(gòu)成。 然而，柵電極43的兩部分的實施方式僅是可選的。不言而喻，也存在提供單部分的柵電極 的可能性。這個柵電極可由金屬或多晶半導(dǎo)體材料(諸如多晶硅)構(gòu)成。在下文中將參考圖37A到37M來說明用于制作根據(jù)圖36的部件的可能方法。這 些圖每個示出在制作方法的不同步驟期間半導(dǎo)體主體100的垂直截面。參考圖37A，該方法首先提供具有不同摻雜半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體主體100 第一層， 形成第二連接區(qū)12 ；第二層32’，形成后面的第二漂移區(qū)段；以及第三層44’，形成后面的連 接區(qū)44。結(jié)構(gòu)化的蝕刻掩模被布置在半導(dǎo)體主體100的分別與第二連接區(qū)或漏區(qū)12相對 的一側(cè)上，該蝕刻掩模例如是硬掩模。使用這個硬掩模，隨后在半導(dǎo)體主體中蝕刻溝槽103。 這個溝槽例如使用各向同性蝕刻方法來制作，即使得溝槽103在垂直方向上延伸到第二連 接區(qū)12。在這點上，應(yīng)當(dāng)指出第二連接區(qū)12例如由半導(dǎo)體襯底形成，而半導(dǎo)體層32’和半導(dǎo)體層44’例如是外延層。參考圖37C，在制作溝槽103之后，整體制作半導(dǎo)體層31’，即在溝 槽的側(cè)壁和底部以及在半導(dǎo)體主體100的前側(cè)上制作半導(dǎo)體層31’。這個半導(dǎo)體層31’形 成后面的第一漂移區(qū)段31并且具有對應(yīng)的摻雜。例如使用外延方法來沉積半導(dǎo)體層31’。隨后半導(dǎo)體層31’從溝槽的底部以及在半導(dǎo)體主體的前側(cè)的區(qū)域中被去除，以便 半導(dǎo)體層僅保留在溝槽103的側(cè)壁處，在那里其形成第一漂移區(qū)段31。此結(jié)果被示于圖37D 中。而且，在回蝕刻半導(dǎo)體層31’之后，摻雜劑被注入到半導(dǎo)體主體100的前側(cè)中以制作源 區(qū)11。在圖37E到37G中示出的另外方法步驟期間形成柵極電介質(zhì)42。例如使用氧化方 法來制作這個柵極電介質(zhì)42。為了實現(xiàn)半導(dǎo)體主體的局部氧化，在氧化步驟之前制作保護(hù) 層301，其僅使半導(dǎo)體主體中要制作柵極電介質(zhì)層的那些區(qū)域未被覆蓋。參考圖37E，制作 這個保護(hù)層301包括在溝槽103中的所有表面上以及在半導(dǎo)體主體的前側(cè)上制作保護(hù)層、 以及參考圖37F，在溝槽中要制作柵極電介質(zhì)42的側(cè)壁段的那些區(qū)域中局部地去除這個保 護(hù)層。例如通過使用布置在保護(hù)層301的前側(cè)之上的抗蝕劑掩模以及通過把溝槽填充到其 中將要制作柵極電介質(zhì)42的這種側(cè)壁區(qū)域的水平，來執(zhí)行這種局部去除保護(hù)層。參考圖37G，執(zhí)行溝槽的側(cè)壁的未覆蓋區(qū)域中的半導(dǎo)體主體的局部氧化，以便產(chǎn)生 柵極電介質(zhì)層42。參考圖37H，隨后制作非晶半絕緣半導(dǎo)體層21。在這個實施例中執(zhí)行制作這個半 絕緣層以使得該層僅覆蓋溝槽的底部和側(cè)壁，而不完全填充該溝槽。在示出的方法中，溝槽 用填充材料23進(jìn)行填充，參考圖371，該填充材料23首先被整體沉積，并且參考圖37J，隨 后分別被去除到某種程度或被回蝕刻，以使得其填充溝槽的下部區(qū)域，而使柵極電介質(zhì)42 的區(qū)域中的溝槽未被覆蓋。參考圖37K和37L，隨后制作柵電極。為此，接連地沉積兩個導(dǎo)電層，諸如鈦層43A’ 和鋁層43B’。隨后，這兩層從半導(dǎo)體主體的前側(cè)之上的區(qū)域中被去除。為此，例如蝕刻或拋 光方法(諸如CMP方法)是適合的。參考圖37M，隨后制作絕緣層61，，該絕緣層61，至少覆蓋柵電極43A、43B并且用 來使柵電極與隨后制作的源電極51電絕緣。隨后，例如使用蝕刻方法來制作到源區(qū)11和 連接區(qū)44的接觸孔，其中在另外的方法步驟中在這個接觸孔中制作源電極51，其結(jié)果被示 于圖36中。最后，應(yīng)當(dāng)指出，參考先前說明的圖之一已說明的特征可與其它圖的特征組合，即 使這在先前的說明中未被明確地指出。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體部件，包括漂移區(qū)，其被布置在第一和第二連接區(qū)之間；非晶半絕緣材料的溝道控制層，其被布置成鄰近漂移區(qū)。
2.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中該溝道控制層由下列材料之一制成摻雜或未 摻雜的非晶硅(aSi)、摻雜或未摻雜的碳化硅(aSiC)、類金剛石碳(DLC)、半絕緣多晶硅 (SIPOS)。
3.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中非晶半絕緣材料的功函數(shù)和漂移區(qū)的摻雜濃度彼此 適應(yīng)以使得沿溝道控制層在漂移區(qū)中形成反型溝道。
4.權(quán)利要求3的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)被ρ摻雜，且其中它適用溝道控制層的非晶半 絕緣材料的功函數(shù)彡Eg+qX-qVs(inV)-(EF-Ev)qc5a是功函數(shù)，&是半導(dǎo)體材料的帶隙，Ws是開始 強反型時的接觸電勢，Ef是費米能級，Ev是價帶邊緣的能級，χ是電子親合勢，q是基本電 荷。
5.權(quán)利要求3的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)被η摻雜，且其中它適用溝道控制層的非晶半 絕緣材料的功函數(shù)(1(1^彡(^-(1￥力1^) +收義)(1(^是功函數(shù)，4是半導(dǎo)體材料的帶隙，Ws是開始強反 型時的接觸電勢，Ef是費米能級，Ε。是導(dǎo)帶的能級，X是電子親合勢，q是基本電荷。
6.權(quán)利要求3的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)的摻雜和溝道控制層的材料的功函數(shù)彼此適 應(yīng)以使得該功函數(shù)是勢壘高度qOBp的至少65%，所述勢壘高度qOBp對于ρ摻雜的漂移區(qū) 由下式給出ΦΒΡ = Vs(inv)+Ef-Ev而對于η摻雜的漂移區(qū)，所述勢壘高度qOBp由下式給出ΦB = ￥s(inv)+Ec-EF, Vs(irw)均為強反型所需的接觸電勢，Ef是費米能級，Ev是價 帶的能級，E。是導(dǎo)帶的能級。
7.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中非晶半絕緣材料的功函數(shù)和漂移區(qū)的摻雜濃度彼此 適應(yīng)以使得沿溝道控制層在漂移區(qū)中形成積累溝道。
8.權(quán)利要求7的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)被η摻雜，且其中它適用溝道控制層的非晶半 絕緣材料的功函數(shù)一3<(^+收-擬(^3是功函數(shù)，4是半導(dǎo)體材料的帶隙33是開始強反型時的接觸 電勢，Ef是費米能級，Ε。是導(dǎo)帶的能級，χ是電子親合勢，q是基本電荷。
9.權(quán)利要求7的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)被ρ摻雜，且其中它適用溝道控制層的非晶半 絕緣材料的功函數(shù)qc5a>Eg+qX-(EF-Ev)qc5a是功函數(shù)，&是半導(dǎo)體材料的帶隙，Ws是開始強反型時的 接觸電勢，Ef是費米能級，Ev是價帶邊緣的能級，χ是電子親合勢，q是基本電荷。
10.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中溝道控制層直接鄰接漂移區(qū)。
11.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中介電層被布置在溝道控制層和漂移區(qū)之間。
12.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)包括第一導(dǎo)電類型的第一漂移區(qū)段、以及與 第一導(dǎo)電類型互補的第二導(dǎo)電類型的第二漂移區(qū)段，該第一漂移區(qū)段被布置在第一漂移區(qū) 段和溝道控制層之間。
13.權(quán)利要求12的半導(dǎo)體部件，其中非晶半絕緣材料的功函數(shù)和漂移區(qū)的摻雜濃度彼2此適應(yīng)以使得沿溝道控制層在第一漂移區(qū)中形成反型溝道。
14.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中溝道控制層直接鄰接第二漂移區(qū)段。
15.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中介電層被布置在溝道控制層和第二漂移區(qū)段之間。
16.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，該半導(dǎo)體部件被實施為晶體管，其中第一連接區(qū)形成源 區(qū)，第二連接區(qū)形成漏區(qū)，并且該半導(dǎo)體部件包括控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)具有主體區(qū)，其被布置在漂移區(qū)和源區(qū)之間，以及 柵電極，其被布置成鄰近主體區(qū)。
17.權(quán)利要求16的半導(dǎo)體部件，其中控制結(jié)構(gòu)包括被布置在柵電極和主體區(qū)之間的介電層。
18.權(quán)利要求16的半導(dǎo)體部件，其中控制結(jié)構(gòu)包括被布置在柵電極和主體區(qū)之間的非晶半絕緣層。
19.權(quán)利要求18的半導(dǎo)體部件，其中非晶半絕緣層和溝道控制層被形成為共同層。
20.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，該半導(dǎo)體部件被實施為二極管，其中第一和第二連接區(qū) 被彼此互補地?fù)诫s并且均鄰接漂移區(qū)。
21.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，該半導(dǎo)體部件被實施為肖特基二極管，其中第一連接區(qū) 是肖特基金屬區(qū)，第二連接區(qū)是半導(dǎo)體區(qū)，每個連接區(qū)均鄰接漂移區(qū)。
22.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)、第一連接區(qū)和第二連接區(qū)被布置在半導(dǎo)體 主體中，且其中第一和第二連接區(qū)被布置成在半導(dǎo)體主體的橫向方向上彼此遠(yuǎn)離。
23.權(quán)利要求22的半導(dǎo)體部件，其中溝道控制層被布置在半導(dǎo)體主體的第一側(cè)之上。
24.權(quán)利要求22的半導(dǎo)體部件，其中溝道控制層被布置在半導(dǎo)體主體的溝槽中。
25.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中漂移區(qū)、第一連接區(qū)和第二連接區(qū)被布置在半導(dǎo)體 主體中，其中第一和第二連接區(qū)被布置成在半導(dǎo)體主體的垂直方向上彼此遠(yuǎn)離，且其中溝 道控制層被布置在半導(dǎo)體主體的溝槽中。
26.權(quán)利要求1的半導(dǎo)體部件，其中溝道控制層的材料的功函數(shù)小于4.07eV。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有非晶溝道控制層的半導(dǎo)體部件。公開一種半導(dǎo)體部件，該半導(dǎo)體部件包括漂移區(qū)，其被布置在第一和第二連接區(qū)之間；非晶半絕緣材料的溝道控制層，其被布置成鄰近漂移區(qū)。
文檔編號H01L29/739GK101930999SQ201010207290
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月17日
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