半导体装置和制造半导体装置的方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体装置和一种制造半导体装置的方法。该装置包括：半导体衬底，该半导体衬底具有第一导电类型；掺杂的硅层，该掺杂的硅层位于该衬底上；沟槽，该沟槽延伸到该硅层中；以及栅极电极和栅极电介质，该栅极电极和栅极电介质位于该沟槽中。该装置还包括：漏极区；具有第二导电类型的体区，该体区位于与该沟槽相邻处且在该漏极区上方；以及具有该第一导电类型的源极区，该源极区位于与该沟槽相邻处且在该体区上方。在位于该体区下方的区域中的该掺杂的硅层包括施主离子和受主离子，该施主离子和受主离子通过补偿在所述区域内形成净掺杂浓度。随深度而变的该掺杂的硅层的该净掺杂浓度在位于该体区正下方的区域中具有最小值。

【技术实现步骤摘要】

本说明书涉及一种半导体装置和一种制造半导体装置的方法。
技术介绍
沟槽MOS半导体装置常用于功率应用。沟槽MOS装置通常包括半导体衬底，该半导体衬底具有位于其上的外延生长的掺杂的硅层，在该层中形成包含栅极电极和栅极电介质的沟槽。该装置的源极区位于与沟槽的上部部分相邻处。该装置还包括漏极区，该漏极区通过体区与源极区分隔，沟槽延伸通过该体区。沟槽MOS装置的制造大体上包括：通过将沟槽蚀刻成外延硅层且通过注入离子以形成源极区和体区来处理衬底。在外延生长过程期间确定其中形成装置的外延硅层的掺杂浓度。常规地，外延层具有均匀的掺杂浓度，但也已知使用具有梯度掺杂浓度的外延硅来减小装置内的电场，以减少装置故障的风险并且改进长期可靠性。此梯度掺杂浓度通过在层生长时改变例如每μm的磷的量来实现。
技术实现思路
在随附的独立权利要求和从属权利要求中陈述了本专利技术的各方面。来自从属权利要求的特征的组合可以按需要与独立权利要求的特征进行组合，而不仅仅是按照权利要求书中所明确陈述的那样组合。根据本专利技术的方面，提供一种半导体装置，该半导体装置包括：半导体衬底，该半导体衬底具有第一导电类型；掺杂的硅层，该掺杂的硅层位于衬底上；沟槽，该沟槽延伸到硅层中；栅极电极和栅极电介质，该栅极电极和栅极电介质位于沟槽中；漏极区；具有第二导电类型的体区，该体区位于与沟槽相邻处且在漏极区上方；以及具有第一导电类型的源极区，该源极区位于与沟槽相邻处且在体区上方，其中在位于体区下方的区域中的掺杂的硅层包括施主离子和受主离子，施主离子和受主离子通过补偿在所述区域内形成净掺杂浓度，以及其中随深度而变的掺杂的硅层的净掺杂浓度在位于体区正下方的区域中具有最小值。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造半导体装置的方法，该方法包括：提供具有第一导电类型的半导体衬底，该衬底在其上具有掺杂的硅层，该掺杂的硅层具有第一导电类型；将离子注入到硅层中，其中该离子具有用于将硅层掺杂成具有第二导电类型的类型，其中所注入的离子通过补偿而在硅层内产生随深度而变的非恒定净掺杂浓度；形成延伸到硅层中的沟槽；在沟槽中形成栅极电介质；在沟槽中形成栅极电极；将离子注入到掺杂的硅层中以形成装置中的与沟槽相邻的体区，其中该体区具有第二导电类型且位于装置的漏极区上方；以及将离子注入到掺杂的硅层中以形成装置中的与沟槽相邻且在体区上方的源极区，其中该源极区具有第一导电类型，其中，在形成体区和源极区之后，随深度而变的掺杂的硅层的净掺杂浓度在位于体区正下方的区域中具有最小值。在根据本专利技术的半导体装置中，随深度而变的掺杂的硅层的净掺杂浓度在位于装置的体区正下方的区域中具有最小值。这种情况可以允许减小装置内(例如，靠近装置的结和/或靠近栅极电介质)的电场。对于给定的施加电压，装置内的这些减小的电场可以增加装置的击穿电压(BVdss)且可以改进长期可靠性。与使用具有如上文所提到的在外延生长期间形成的梯度掺杂分布的硅相比，根据本专利技术的装置中的净掺杂浓度通过层内的施主离子和受主离子的补偿来形成。这可以通过将离子注入到掺杂外延层中以调适该层内的净掺杂浓度来实现。所注入的离子具有以下类型：用于将硅层掺杂成具有不同类型的导电类型(例如，当该层初始为n型时，可以注入硼等p型离子)。因为与通过外延可以实现的掺杂分布相比，离子注入可以产生具有更窄容差的掺杂分布，所以可以增强根据装置的其它参数(例如，装置的布局(物理尺寸)和体区等特征的掺杂浓度)来调适硅层的净掺杂浓度的能力。在一些实例中，离子的注入可以包括一次以上注入，该离子具有用于将硅层掺杂成具有第二导电类型的类型。多次注入可以用于实现所需分布，每一次注入具有不同的剂量或能量。硅层的净掺杂浓度可以随在最小值下方的深度增加而增加，该净掺杂浓度在位于体区下方的区域中随深度而变。这样可以在装置中提供BVdss和Rdson的改进的平衡电平(其中BVdss是装置的击穿电压且Rdson是装置的导通电阻)。栅极电极可以在掺杂的硅层的表面下方比在体区下方延伸得更深。该装置可以另外包括在沟槽中的降低表面场(RESURF)电极。降低表面场电极可以连接到源极区。BVdss-Rdson性能中的前述改进尤其可适用于包括RESURF结构的装置的情况。第一导电类型可以是n型，且第二导电类型可以是p型。在此类实例中，位于衬底上的掺杂的硅层可以初始地掺杂有磷，且所注入的受主离子可以包括硼。注入的剂量和能量可以根据如上文所提到的装置布局和掺杂水平的具体情况来调适。当使用硼时，可以注入具有在1.5MeV到2MeV的范围内的能量的硼离子。还可以设想，第一导电类型可为p型且第二导电类型可为n型。在此类实例中，位于衬底上的掺杂的硅层可以初始地使用硼来掺杂，且所注入离子可以是磷，该离子具有用于将硅层掺杂成具有第二导电类型的类型。半导体衬底上的掺杂的硅层可以基本上均匀地掺杂，离子注入到该层中以产生非恒定净掺杂浓度。举例来说，基本上均匀掺杂的层可以是均匀掺杂的外延层。因此，用于制造根据本专利技术的装置的衬底可以相对较便宜地获得，但用于产生非恒定净掺杂浓度的过程(即离子注入)可能允许如上文所提到的相对较严格的容差。掺杂的硅层可以具有位于其上的覆盖层，该覆盖层比掺杂的硅下层的掺杂度低。可以选择覆盖层的厚度以确保沟槽中的栅极电极的底部在使用期间不经受高电场。覆盖层如果足够厚，则将会减少在结构中的此点处的净掺杂。如果该覆盖层过厚，那么Rdson可能变得过高。根据本专利技术的另一方面，提供一种包括上文所描述的种类的半导体装置的功率放大器。根据本专利技术的另外方面，提供一种包括上文所描述的种类的半导体装置的开关模式电源。附图说明在下文中将仅借助于实例参考附图来描述本专利技术的实施例，在附图中相同的附图标记指代相同的元件，并且在附图中：图1示出根据本专利技术的实施例的半导体装置；图2、3、5、6和8示出在制造根据本专利技术的实施例的半导体装置期间随深度而变的掺杂浓度；图4示出根据本专利技术的实施例的包含栅极电介质和栅极电极的沟槽的形成；图7示出根据本专利技术的实施例的体区和源极区的形成；图9模拟在根据本专利技术的实施例的装置中改变所注入硼离子的注入能量对净掺杂浓度的影响；以及图10模拟根据本专利技术的实施例的装置的随所注入硼能量而变的BVdss和Rspec。具体实施方式在下文中参考附图描述本专利技术的实施例。在以下实例中，本专利技术的半导体装置是nMOS装置，其中第一导电类型是n型，且第二导电类型是p型。然而，应了解，在一些实施例中，半导体装置可以是pMOS装置，其中第一导电类型是p型，且第二导电类型是n型。图1示出根据本专利技术的实施例的半导体装置10。该装置包括半导体(例如，硅)衬底2。衬底2具有第一导电类型，该第一导电类型在本实例中是n型。衬底2可以使用例如磷或砷而被掺杂成具有第一导电类型。装置10包括位于衬底2上的掺杂的硅层4。该层4可以包括各种掺杂物，如将在下文更详细地描述。层4可以例如在衬底2的主表面上外延地生长。半导体装置10的各种特征可以设置在层4中，如下文将描述。在此实例中，半导体装置10包括沟槽场效应晶体管(沟槽FET)。装置10包括沟槽6，该沟槽6从层4的主表面7朝下延伸到硅层4中。为了清楚起见，在图1中仅示出单一沟槽，但应了解，沟槽6可以是装置10的沟槽网络的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有第一导电类型；掺杂的硅层，所述掺杂的硅层位于所述衬底上；沟槽，所述沟槽延伸到所述硅层中；栅极电极和栅极电介质，所述栅极电极和栅极电介质位于所述沟槽中；漏极区；具有第二导电类型的体区，所述体区位于与所述沟槽相邻处且在所述漏极区上方；以及具有所述第一导电类型的源极区，所述源极区位于与所述沟槽相邻处且在所述体区上方，其中在位于所述体区下方的区域中的所述掺杂的硅层包括施主离子和受主离子，所述施主离子和受主离子通过补偿而在所述区域内形成净掺杂浓度，以及其中随深度而变的所述掺杂的硅层的所述净掺杂浓度在位于所述体区正下方的区域中具有最小值。

【技术特征摘要】
2015.09.11 EP 15184799.31.一种半导体装置，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有第一导电类型；掺杂的硅层，所述掺杂的硅层位于所述衬底上；沟槽，所述沟槽延伸到所述硅层中；栅极电极和栅极电介质，所述栅极电极和栅极电介质位于所述沟槽中；漏极区；具有第二导电类型的体区，所述体区位于与所述沟槽相邻处且在所述漏极区上方；以及具有所述第一导电类型的源极区，所述源极区位于与所述沟槽相邻处且在所述体区上方，其中在位于所述体区下方的区域中的所述掺杂的硅层包括施主离子和受主离子，所述施主离子和受主离子通过补偿而在所述区域内形成净掺杂浓度，以及其中随深度而变的所述掺杂的硅层的所述净掺杂浓度在位于所述体区正下方的区域中具有最小值。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述硅层的所述净掺杂浓度在位于所述体区下方的所述区域中随深度而变，所述净掺杂浓度随在所述最小值下方的深度增加而增加。3.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述栅极电极在所述掺杂的硅层的表面下方延伸得比所述体区更深。4.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，另外包括在所述沟槽中的降低表面场(RESURF)电极，其中所述降低表面场电极连接到所述源极区。5.根据在前的任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述第一导电类型是n型，且所述第二导电类型是p型。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述受主离子包括硼。7.一种功率放大器，其特征在于，包括根据在前的任一项权利要求所述的半导体装置。8.一种开关模式电源，其特征在于，包括根据在前的任一项权利要求所述的半导体装置。9.一种制造半导体装置的方法，其特征在于，所述方法包括：提供具有第一导电类型的半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂文·托马斯·皮克，菲利浦·拉特，克里斯·罗杰斯，
申请(专利权)人：耐智亚有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL