具有超结和嵌氧硅层的半导体器件制造技术

公开了具有超结和嵌氧硅层的半导体器件。半导体器件包括：第一导电类型的源极区和漏极区；在源极区和漏极区之间的第二导电类型的体区；栅极，被配置为控制通过体区的沟道的电流；在体区和漏极区之间的第一导电类型的漂移区带；由多个第二导电类型的区形成的超结结构，所述多个第二导电类型的区被由漂移区带的各间隔区在横向上彼此分隔开；以及沿着超结结构的第二导电类型的区的侧壁部署的扩散阻挡结构。扩散阻挡结构包括交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上的硅遮盖层。

Semiconductor devices with super junction and silicon oxide layer

【技术实现步骤摘要】
具有超结和嵌氧硅层的半导体器件
技术介绍
。超结功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）具有p型柱和n型柱的交替区。因为n型柱区的杂质浓度可能增加，所以由Rdson*A给出的导通损耗品质因数（FOM）可能降低，其中Rdson是器件的漏极源极导通电阻并且A是器件面积。由于导通损耗FOM可能降低，因此对于相同的导通电阻而言可能使器件的有源面积更小，由此使得由Rdson*QGD给出的开关损耗FOM也可能被降低，其中QGD是栅极—漏极电荷。然而，p型掺杂剂物质从p型柱的向外扩散限定了器件的间距，并且因此限定了导通损耗FOM。p型掺杂剂物质从p型柱的向外扩散还限定了用于形成超结结构的外延基础层的厚度和数量，并且因此限定了成本。在用于形成超结结构的多个外延基础层的情况下，典型地同时引入n型掺杂剂和p型掺杂剂，并且在向外扩散期间，快速扩散的掺杂剂限定了一个掺杂区带。在另一个掺杂区带中，快速扩散的掺杂剂充当本底掺杂，并且因此降低载流子迁移率。因此，更好地控制功率半导体器件的超结区中的掺杂剂向外扩散是合期望的。
技术实现思路
根据半导体器件的实施例，半导体器件包括：第一导电类型的源极区和漏极区；在源极区和漏极区之间的第二导电类型的体区；栅极，被配置为控制通过体区的沟道的电流；在体区和漏极区之间的第一导电类型的漂移区带；由多个第二导电类型的区形成的超结结构，所述多个第二导电类型的区被由漂移区带的各间隔区在横向上彼此分隔开；以及沿着超结结构的第二导电类型的区的侧壁部署的扩散阻挡结构，所述扩散阻挡结构包括交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上的硅遮盖层。扩散阻挡结构也可以被沿着第二导电类型的区的底面部署。个别地或组合地，漂移区带可以与第二导电类型的区的底面接触。个别地或组合地，漏极区可以被形成在硅衬底中，漂移区带可以被部署在形成于硅衬底之上的第一硅外延层中，并且源极区和体区可以被部署在形成于第一硅外延层之上的第二硅外延层中。个别地或组合地，栅极可以是形成在第二硅外延层中的沟槽栅极或者是形成在第二硅外延层的背对第一硅外延层的表面上的平坦栅极。个别地或组合地，半导体器件可以进一步包括与第二硅外延层中的源极区和体区电接触的接触部。个别地或组合地，接触部可以竖向地延伸通过第二硅外延层，进入到第一硅外延层中，并且电接触多个第二导电类型的区中的区，并且接触部的侧壁可以通过绝缘材料与第二硅外延层和第一硅外延层在横向上分离开。个别地或组合地，第二硅外延层可以接触第二导电类型的区的顶面。根据制造半导体器件的方法的实施例，方法包括：形成第一导电类型的源极区和漏极区；形成第二导电类型的体区，其中，体区被部署在源极区和漏极区之间；形成栅极，该栅极被配置为控制通过体区的沟道的电流；形成第一导电类型的漂移区带，其中漂移区带被部署在体区与漏极区之间；形成被通过漂移区带的各间隔区在横向上彼此分隔开的多个第二导电类型的区，以形成超结结构；以及沿着超结结构的第二导电类型的区的侧壁形成扩散阻挡结构，扩散阻挡结构包括交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上的硅遮盖层。形成多个第二导电类型的区并且沿着第二导电类型的区的侧壁形成扩散阻挡结构可以包括：在第一导电类型的第一硅外延层中蚀刻多个沟槽，其中第一硅外延层包括漂移区带；在沟槽的侧壁和底部上外延生长交替的硅层和掺杂有氧的硅层；在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上外延生长硅遮盖层；以及在形成扩散阻挡结构之后，利用第二导电类型的外延硅填充沟槽。个别地或组合地，形成源极区和体区可以包括：在利用第二导电类型的外延硅填充沟槽之后，在第一硅外延层之上形成第二硅外延层；将第一导电类型的掺杂剂物质注入到第二硅外延层的对应于源极区的第一部分中；将第二导电类型的掺杂剂物质注入到第二硅外延层的对应于体区的第二部分中；以及对第二硅外延层退火，以激活所注入的第一导电类型的掺杂剂物质以形成源极区并且激活所注入的第二导电类型的掺杂剂物质以形成体区。个别地或组合地，漏极区可以被部署在其上形成有第一硅外延层的硅衬底中。个别地或组合地，可以在高于1000℃的温度范围内在30分钟或更短的时间内对第二硅外延层退火。个别地或组合地，方法可以进一步包括在形成第二硅外延层之前平坦化第二导电类型的外延硅。个别地或组合地，方法可以进一步包括：将接触沟槽蚀刻到第二硅外延层中，该接触沟槽暴露出源极区的侧壁和体区的顶表面；以及利用导电材料填充接触沟槽，该导电材料接触源极区的侧壁和体区的顶表面。个别地或组合地，蚀刻接触沟槽可以进一步包括：将接触沟槽蚀刻到第一硅外延层中以暴露第一硅外延层的侧壁；在体区的侧壁和第一硅外延层的侧壁上沉积绝缘材料；以及将接触沟槽蚀刻到多个第二导电类型的区中的区中，其中导电材料可以与接触沟槽被蚀刻进入到其中的第二导电类型的区接触，其中可以通过绝缘材料在横向上将导电材料的侧壁与第二硅外延层和第一硅外延层分离开。个别地或组合地，方法可以进一步包括在利用第二导电类型的外延硅填充多个沟槽之前从多个沟槽的底部去除交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及硅遮盖层，从而当利用第二导电类型的外延硅填充多个沟槽时多个沟槽的底部未被覆盖。个别地或组合地，利用第二导电类型的外延硅填充多个沟槽可以包括：在多个沟槽中选择性地原位生长第二导电类型的掺杂外延硅；以及在形成第二硅外延层之前将第二导电类型的原位掺杂的外延硅平坦化。个别地或组合地，利用第二导电类型的外延硅填充多个沟槽可以包括：在多个沟槽中选择性地生长外延硅；平坦化外延硅；将第二导电类型的掺杂剂物质注入到平坦化的外延硅中；以及对第一硅外延层退火，以激活所注入的第二导电类型的掺杂剂物质。本领域技术人员在阅读以下详细描述并且在查看随附附图时将认识到附加的特征和优点。附图说明附图中的元素未必相对于彼此成比例。同样的参考标号指明对应的相似部分。各种所图示的实施例的特征可以被组合，除非它们彼此排斥。在附图中描绘了实施例，并且在随后的描述中详述实施例。图1图示具有超结结构和扩散阻挡结构的半导体器件的一个单元的实施例的部分横截面视图。图2图示具有超结结构和扩散阻挡结构的半导体器件的一个单元的另一实施例的部分横截面视图。图3A至图3E图示在制造处理的实施例的不同阶段期间具有超结结构和扩散阻挡结构的半导体器件的相应的横截面视图。图4A至图4O图示在制造处理的另一实施例的不同阶段期间具有超结结构和扩散阻挡结构的半导体器件的相应的横截面视图。具体实施方式在此描述的实施例提供在半导体器件的超结结构的p型柱和n型柱之间的扩散阻挡结构。扩散阻挡结构控制在器件的超结区中从两个横向（侧）方向的掺杂剂相互扩散，由此例如通过减小单元间距来改善超结器件性能。单元间距可以是相邻单元的中心到中心距离或边缘edge到边缘距离。在每种情况下，在此描述的扩散阻挡结构提供在半导体器件的超结区中的更严密的掺杂剂分布控制。作为结果，通过将小间距器件的超结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：/n第一导电类型的源极区和漏极区；/n在源极区和漏极区之间的第二导电类型的体区；/n栅极，被配置为控制通过体区的沟道的电流；/n在体区和漏极区之间的第一导电类型的漂移区带；/n由多个第二导电类型的区形成的超结结构，所述多个第二导电类型的区被由漂移区带的各间隔区在横向上彼此分隔开；以及/n沿着第二导电类型的区的侧壁部署的扩散阻挡结构，扩散阻挡结构包括交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上的硅遮盖层。/n

【技术特征摘要】
20181109 US 16/1856101.一种半导体器件，包括：
第一导电类型的源极区和漏极区；
在源极区和漏极区之间的第二导电类型的体区；
栅极，被配置为控制通过体区的沟道的电流；
在体区和漏极区之间的第一导电类型的漂移区带；
由多个第二导电类型的区形成的超结结构，所述多个第二导电类型的区被由漂移区带的各间隔区在横向上彼此分隔开；以及
沿着第二导电类型的区的侧壁部署的扩散阻挡结构，扩散阻挡结构包括交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上的硅遮盖层。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中扩散阻挡结构还被沿着第二导电类型的区的底面部署。


3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中漂移区带与第二导电类型的区的底面接触。


4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中漏极区被形成在硅衬底中，其中漂移区带被部署在形成于硅衬底之上的第一硅外延层中，并且其中源极区和体区被部署在形成于第一硅外延层之上的第二硅外延层中。


5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中栅极是形成在第二硅外延层中的沟槽栅极。


6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中栅极是形成在第二硅外延层的背对第一硅外延层的表面上的平坦栅极。


7.根据权利要求4所述的半导体器件，进一步包括与第二硅外延层中的源极区和体区电接触的接触部。


8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中接触部竖向地延伸通过第二硅外延层，进入到第一硅外延层中，并且电接触所述多个第二导电类型的区中的区，并且其中接触部的侧壁通过绝缘材料与第二硅外延层和第一硅外延层在横向上分离开。


9.根据权利要求4所述的半导体器件，其中第二硅外延层接触第二导电类型的区的顶面。


10.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
形成第一导电类型的源极区和漏极区；
形成第二导电类型的体区，其中体区被部署在源极区和漏极区之间；
形成栅极，栅极被配置为控制通过体区的沟道的电流；
形成第一导电类型的漂移区带，其中漂移区带被部署在体区与漏极区之间；
形成被通过漂移区带的各间隔区在横向上彼此分隔开的多个第二导电类型的区，以形成超结结构；以及
沿着超结结构的第二导电类型的区的侧壁形成扩散阻挡结构，扩散阻挡结构包括交替的硅层和掺杂有氧的硅层以及在交替的硅层和掺杂有氧的硅层上的硅遮盖层。


11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述多个第二导电类型的区并且沿着第二导电类型的区的侧壁形成扩散阻挡结构包括：
在第一导电类型的第一硅外延层中蚀刻多个沟槽，其中第一硅外延层包括漂移区带；
在沟槽的侧壁...

【专利技术属性】
技术研发人员：M珀尔茨尔，黄小秋，R哈泽，RK约希，S莱奥曼特，马凌，A迈泽，M雷施，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT