具有包括埋入部分的控制結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]
本發(fā)明涉及具有包括埋入部分的控制結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有垂直晶體管單元的半導(dǎo)體器件基于延伸到漂移區(qū)中并且鄰接包括晶體管單元的源極區(qū)和本體區(qū)的半導(dǎo)體臺面的控制結(jié)構(gòu)。在晶體管單元的導(dǎo)通狀態(tài)下，漂移區(qū)中的高密度電荷載流子等離子體確保半導(dǎo)體器件的低導(dǎo)通電阻。通常，薄半導(dǎo)體臺面或具有收縮(constrict1n)的半導(dǎo)體臺面減少電荷載流子的泄漏并且將電荷載流子等離子體密度保持得很高。
[0003]提供具有在導(dǎo)通狀態(tài)下來自電荷載流子等離子體的電荷載流子低泄漏的半導(dǎo)體器件是所期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)實施例，一種半導(dǎo)體器件包括具有第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)和第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)的晶體管單元。源極區(qū)和本體區(qū)形成在由半導(dǎo)體本體的一部分形成的半導(dǎo)體臺面中?？刂平Y(jié)構(gòu)包括在半導(dǎo)體臺面的至少兩個相對側(cè)延伸到半導(dǎo)體本體中的第一部分、第一部分之間的距第一表面一定距離的第二部分、以及距第一表面一定距離并且連接第一部分和第二部分的第三部分，其中半導(dǎo)體臺面的收縮區(qū)段形成在相鄰的第三部分之間。
[0005]根據(jù)另一實施例，一種半導(dǎo)體器件包括具有第一導(dǎo)電類型的源極區(qū)以及第二導(dǎo)電類型的本體區(qū)的晶體管單元。源極區(qū)和本體區(qū)形成在由半導(dǎo)體本體的一部分形成的半導(dǎo)體臺面中?？刂平Y(jié)構(gòu)包括布置在半導(dǎo)體臺面的頂部區(qū)段的兩個相對側(cè)并且從第一表面延伸到半導(dǎo)體本體中的頂部部分，以及在半導(dǎo)體臺面的底部區(qū)段的相對側(cè)并且距第一表面一定距離的底部部分。半導(dǎo)體臺面的底部區(qū)段連接至頂部區(qū)段。底部區(qū)段的有效寬度的水平縱向延伸變化獨立于半導(dǎo)體臺面的頂部區(qū)段的有效寬度的變化。
[0006]根據(jù)又一實施例，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括形成從處理表面延伸到由半導(dǎo)體材料形成的半導(dǎo)體襯底中的第一溝槽。在含氫環(huán)境中加熱半導(dǎo)體襯底，其中半導(dǎo)體材料在處理表面處的一部分流體化并且形成跨基于第一溝槽的空腔的連續(xù)處理層。在至少包括處理層的頂部半導(dǎo)體層中形成晶體管單元的源極區(qū)和本體區(qū)。形成延伸通過頂部半導(dǎo)體層并且暴露空腔中的至少第一多個空腔的第二溝槽。
[0007]本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀下面詳細描述和查看附圖時，將認識到附加的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0008]附圖被包括以提供對本發(fā)明的進一步了解并且被結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成本說明書的一部分。附圖圖示本發(fā)明的實施例并且與描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。將容易領(lǐng)會到本發(fā)明的其它實施例和預(yù)期優(yōu)點，因為通過參考下面的詳細描述它們變得更好理解。
[0009]圖1A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖，該方法包括在基底部分中形成第一溝槽之后在空腔上方的外延生長。
[0010]圖1B是在通過在含氫環(huán)境中加熱半導(dǎo)體襯底而形成空腔之后的圖1A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0011]圖1C是在生長外延層之后的圖1B的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0012]圖1D是在形成暴露第一空腔的第二溝槽之后的圖1C的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0013]圖1E是在空腔上方形成晶體管單元之后的圖1D的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0014]圖2A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖，該方法涉及在提供掩模襯里之后第一溝槽中的掩模襯里。
[0015]圖2B是在通過在含氫環(huán)境中的加熱處理而形成空腔之后的圖2A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0016]圖3A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖，該方法在基底層中形成第一溝槽之后提供寬的空腔。
[0017]圖3B是在通過在含氫環(huán)境中的加熱處理而形成空腔之后的圖3A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0018]圖3C是在形成打開第一空腔的第二溝槽之后的圖3B的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0019]圖4A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意透視圖，該方法涉及在形成第一溝槽之后連通空腔。
[0020]圖4B是在含氫環(huán)境中的加熱處理之后的圖4A的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖。
[0021]圖4C是在形成晶體管單元之后的圖4B的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖。
[0022]圖5A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖，該方法在形成第一溝槽之后在由含氫環(huán)境中的加熱處理形成的層中提供晶體管單元。
[0023]圖5B是在通過含氫環(huán)境中的加熱處理形成空腔之后的圖5A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0024]圖5C是在形成晶體管單元之后的圖5B的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0025]圖6A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖，該方法涉及在形成熱半導(dǎo)體氧化物之后形成空腔。
[0026]圖6B是在通過含氫環(huán)境中的加熱處理形成空腔之后的圖6A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0027]圖6C是在形成晶體管單元之后的圖6B的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0028]圖7A是根據(jù)實施例的與形成第一溝槽之后的垂直圖案化的第一溝槽有關(guān)的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖。
[0029]圖7B是在通過含氫環(huán)境中的加熱處理形成空腔之后的圖7A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
[0030]圖8A是根據(jù)與在形成第二溝槽之后的具有沿著縱軸變化的寬度的半導(dǎo)體臺面的實施例有關(guān)的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意透視圖。
[0031]圖8B是在形成控制結(jié)構(gòu)之后的圖8A的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖。
[0032]圖9A是用于圖示在形成局部收縮半導(dǎo)體臺面的第二溝槽之后沿著縱軸對半導(dǎo)體臺面進行圖案化的另一方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意透視圖。
[0033]圖9B是在形成控制結(jié)構(gòu)之后的圖9A的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖。
[0034]圖10A是用于圖示在形成包括條和孔溝槽的第二溝槽之后沿著縱軸對半導(dǎo)體臺面進行圖案化的另一方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意透視圖。
[0035]圖10B是在形成控制結(jié)構(gòu)之后的圖10A的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖。
[0036]圖10C是包括單元區(qū)域中完全絕緣的半導(dǎo)體區(qū)段的半導(dǎo)體器件的一部分的示意透視圖。
[0037]圖11A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖，該方法與在形成第二溝槽之后沿著半導(dǎo)體臺面的縱軸的隔離的第二溝槽有關(guān)。
[0038]圖11B是在形成控制結(jié)構(gòu)之后的圖11A的半導(dǎo)體襯底部分的示意透視圖。
[0039]圖12是根據(jù)另一實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的簡化流程圖。
[0040]圖13A是根據(jù)實施例的提供用于IGFET (絕緣柵極場效應(yīng)晶體管)和半導(dǎo)體二極管的埋入控制結(jié)構(gòu)部分的半導(dǎo)體器件的一部分的示意水平橫截面圖。
[0041]圖13B是圖13A的半導(dǎo)體器件部分沿著線B_B的示意垂直橫截面圖。
[0042]圖14是根據(jù)實施例的提供用于RC-1GBT (反向傳導(dǎo)絕緣柵極雙極晶體管)和可去飽和半導(dǎo)體二極管的埋入控制結(jié)構(gòu)部分的半導(dǎo)體器件的一部分的示意垂直橫截面圖。
[0043]圖15是根據(jù)實施例的提供用于IGBT的埋入控制結(jié)構(gòu)部分的半導(dǎo)體器件的一部分的示意垂直橫截面圖。
[0044]圖16A是根據(jù)實施例的涉及具有控制電介質(zhì)更改的IGBT的半導(dǎo)體器件的一部分的示意垂直橫截面圖。
[0045]圖16B是根據(jù)實施例的涉及其控制結(jié)構(gòu)包括柵極和場電極的IGBT的半導(dǎo)體器件的一部分的不意垂直橫截面圖。
[0046]圖16C是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的一部分的示意垂直橫截面圖，其涉及具有每半導(dǎo)體臺面分離條的數(shù)目的更改的IGBT。
[0047]圖16D是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的一部分的示意垂直橫截面圖，其與具有輔助電路的半導(dǎo)體開關(guān)器件有關(guān)。
[0048]圖17A是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的一部分的示意水平橫截面圖，其對于具有短半導(dǎo)體臺面的半導(dǎo)體器件提供埋入控制結(jié)構(gòu)部分。
[0049]圖17B是圖17A的半導(dǎo)體器件部分沿著線B_B的示意垂直橫截面圖。
[0050]圖18是根據(jù)實施例的半導(dǎo)體器件的示意水平橫截面圖，其涉及邊緣終止(terminat1n)區(qū)域附近的收縮臺面區(qū)段的更改。
[0051]圖19A是用于圖示根據(jù)實施例的制造半導(dǎo)體器件的方法的半導(dǎo)體襯底的一部分的示意橫截面圖，其涉及埋入電介質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。
[0052]圖19B是在形成控制結(jié)構(gòu)之后的圖19A的半導(dǎo)體襯底部分的示意橫截面圖。
【具體實施方式】
[0053]在下面詳細描述中，參考構(gòu)成附圖，附圖形成描述的一部分并且在附圖中通過說明的方式示出其中可以實施本發(fā)明的特定實施例。要理解的是，在不脫離本發(fā)明的范圍情況下，可以利用其它實施例并且可以做出結(jié)構(gòu)的或邏輯的改變。例如，針對一個實施例圖示或描述的特征可以用在其它實施例上或與其它實施例結(jié)合使用以又獲得另一實施例。旨在本發(fā)明包括這樣的更改和變化。使用特定語言來描述示例，其不應(yīng)被解釋為限制所附權(quán)利要求的范圍。附圖不是成比例的并且僅用于說明目的。為了清楚起見，如果未另外聲明，則在不同的附圖中通過對應(yīng)參考已指定相同元件。
[0054]術(shù)語“具有”、“含有” “包括”、“包含”等是開放式的，并且術(shù)語指示所聲明結(jié)構(gòu)、元件或特征的存在，但不排除附加元件或特征。冠詞“一”、“一個”和“該”旨在包含復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另外清楚指示。
[0055]術(shù)語“電連接”描述了電連接元件之間的永久低歐姆連接，例如在有關(guān)的元件之間的直接接觸或經(jīng)由金屬和/或高摻雜的半導(dǎo)體的低歐姆連接。術(shù)語“電耦接”包括一個或多個適配用于信號傳輸?shù)囊粋€或多個介入元件可以提供在電耦接元件之間，例如可控制以在第一狀態(tài)下暫時提供低歐姆連接和在第二狀態(tài)下暫時提供高歐姆電去耦的元件。
[0056]附圖通過緊挨著摻雜類型“η”或“p”指示或“ + ”圖示相對的摻雜濃度。例如，“η_”表示比“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度低的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域具有比“η”摻雜區(qū)域更高的摻雜濃度。相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域不一定具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的“η”摻雜區(qū)域可以具有相同或不同的絕對摻雜濃度。
[0057]圖1Α至1Ε涉及形成具有埋入部分的控制結(jié)構(gòu)的方法，該埋入部分局部地收窄控制結(jié)構(gòu)之間的半導(dǎo)體臺面。
[0058]半導(dǎo)體襯底500a可以包括基底部分100a?；撞糠?00a可以包括單晶半導(dǎo)體材料的基底襯底，例如硅(Si )、鍺(Ge )、硅鍺晶體(SiGe )、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)或另一4?8、半導(dǎo)體?；撞糠?00a還可以包括半導(dǎo)體層，例如通過外延在基底襯底上生長的層，其中基底襯底和半導(dǎo)體層關(guān)于導(dǎo)電類型和/或雜質(zhì)濃度可以不同。半導(dǎo)體層的晶格可以生長為與基底襯底的晶格配準。
[0059]半導(dǎo)體襯底500a可以是例如半導(dǎo)體晶片，其具有在前側(cè)上的處理表面101w和在后側(cè)上的后側(cè)表面102a，其中后側(cè)表面102a和處理表面101w平行。平行于處理表面101w的方向是水平方向并且垂直于處理表面101w的方向定義為垂直方向。
[0060]—個或多個第一溝槽402形成在半導(dǎo)體襯底500a中，其中第一溝槽402從基底部分100a的處理表面101w延伸到半導(dǎo)體襯底500a中。例如，第一硬掩模層可以形成在處理表面101w上并且通過光刻進行圖案化以形成第一硬掩模。使用第一硬掩模作為蝕刻掩模，通過反應(yīng)離子蝕刻，例如反應(yīng)離子束蝕刻可以蝕刻第一溝槽402。根據(jù)其它實施例，第一溝槽402可以通過對半導(dǎo)體層的至少一部分