具有嵌入电极中的应变诱导材料的功率半导体器件制造技术

具有嵌入电极中的应变诱导材料的功率半导体器件。描述了一种半导体器件。该半导体器件包括：半导体衬底；在半导体衬底上或半导体衬底中的电极结构，该电极结构包括电极和将电极与半导体衬底分离的绝缘材料；以及嵌入在电极中的应变诱导材料。电极结构邻接半导体衬底的区，在半导体器件的操作期间电流在第一方向上流过该区。电极在第一方向上处于拉伸或压缩应力下。应变诱导材料增强或至少部分地抵消电极在第一方向上的应力。还描述了生产半导体器件的方法。件的方法。件的方法。

【技术实现步骤摘要】
具有嵌入电极中的应变诱导材料的功率半导体器件

技术介绍

[0001]通常通过减小器件尺寸来实现功率半导体器件的性能增强，功率半导体器件诸如是功率MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、HEMT（高电子迁移率晶体管）等。然而，工具作业（tooling）、过程和材料约束限制了器件尺寸可被进一步减小的量。
[0002]因此，存在对于用于增强功率半导体器件的性能的新技术的需要。

技术实现思路

[0003]根据半导体器件的实施例，半导体器件包括：半导体衬底；在半导体衬底上或半导体衬底中的电极结构，电极结构包括电极和将电极与半导体衬底分离的绝缘材料；以及，嵌入电极中的应变诱导材料，其中，电极结构邻接（adjoin）半导体衬底的区，在半导体器件的操作期间，电流在第一方向上流过半导体衬底的区，其中，电极在第一方向上处于拉伸（tensile）应力或压缩应力下，其中，应变诱导（strain
‑
inducing）材料增强或至少部分地抵消在第一方向上的电极的应力。
[0004]本领域技术人员在阅读以下详细描述时并查看附图时将认识到附加特征和优势。
附图说明
[0005]附图的元素不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示相应的类似部分。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。实施例在附图中被描绘并在随后的描述中被详细描述。
[0006]图1至11示出了根据不同实施例的每个半导体器件通过引入应变而在一个或多个目标区中具有增强的电荷载流子迁移率（charge carrier mobility）的半导体器件的相应的部分截面图。
[0007]图12A至12H示出了将应变诱导材料嵌入场板电极中的实施例的部分截面图。
[0008]图13A至13H示出了将应变诱导材料嵌入栅极电极中的实施例的部分截面图。
具体实施方式
[0009]本文描述的实施例通过将应变诱导材料嵌入电极结构的电极中来增强功率半导体器件中的电荷载流子迁移率。电极结构邻接功率半导体器件的区，在器件的操作期间电流在电流流动方向上流过该区。例如，电极可以是用于控制器件的沟道区中的电流流动的平面或沟槽栅极电极。在另一示例中，电极可以是场板电极，用于减小器件的漏极区中的区域依赖（area
‑
dependent）导通状态电阻。在任一情况下，具有嵌入的应变诱导材料的电极在第一（电流流动）方向上处于拉伸或压缩应力下。应变诱导材料增强或至少部分地抵消在电流流动方向上的电极的应力，使得有助于电流流动的电荷载流子的迁移率在邻接电极结构的半导体衬底的区中增加。
[0010]接下来参考附图描述的是改进的接触结构和相应的生产方法的实施例。
[0011]图1示出了通过引入应变在一个或多个目标区中具有增强的电荷载流子迁移率的半导体器件100的实施例的部分截面图。半导体器件100可以是具有40V或以下的最大额定电压的低电压功率MOSFET。半导体器件100替代地可以是具有40V与100V之间的最大额定电压的中电压功率MOSFET。其他器件类型可以利用这里描述的接触教导，诸如但不限于IGBT、HEMT等。
[0012]半导体器件100包括半导体衬底102。在Si（硅）作为衬底102的半导体材料的上下文中描述了半导体器件100。通常，衬底102可以包括一个或多个半导体材料，用于形成诸如功率MOSFET、IGBT、HEMT等之类的半导体器件。例如，衬底102可以包括Si、碳化硅（SiC）、锗（Ge）、硅锗（SiGe）、氮化镓（GaN）、砷化镓（GaAs）以及诸如此类。半导体衬底102可以是体（bulk）半导体材料或者可以包括在体半导体材料上生长的一个或多个外延层。
[0013]半导体器件100还包括从半导体衬底102的第一主表面101延伸并进入衬底102中的栅极沟槽104，以及相邻栅极沟槽104之间的半导体台地（mesas）106。图1中仅示出了单个栅极沟槽104。栅极沟槽104可以是“条形（stripe
‑
shaped）”的，因为栅极沟槽104在伸展入和出图1中的页面的方向上以及横断（transverse）于半导体衬底102的深度方向（图1中的z方向）具有最长的线性尺寸。
[0014]每个栅极沟槽104包含电极结构，该电极结构包括设置在栅极沟槽104中的栅极电极108和将栅极电极108与周围的半导体衬底102分离的栅极电介质绝缘材料110。栅极电极108电连接到半导体器件100的栅极端子（G）。
[0015]场板电极112可被设置在栅极电极108下方并且通过场电介质绝缘材料114与周围的半导体衬底102和栅极电极108绝缘的栅极沟槽104中。场板112替代地可以被设置在与栅极电极108不同的沟槽（未示出）中。例如，场板112可以设置在与栅极沟槽104分离的针状沟槽中。针状沟槽是在半导体衬底102的深度方向（图1中的z方向）上窄且长的沟槽。针状场板沟槽可以类似于半导体衬底102的深度方向上的针、柱或针状物（spicule）。
[0016]栅极电极108和场板电极112可以由任何合适的导电材料制成，任何合适的导电材料诸如但不限于多晶硅、金属（例如钨）、金属合金等。栅极电极108和场板电极112可以包括相同或不同的导电材料。栅极电介质绝缘材料110和场电介质绝缘材料114可以包括相同或不同的电绝缘材料，例如SiOx，并且可以通过一个或多个普通过程形成，一个或多个普通过程诸如但不限于热氧化和/或沉积。
[0017]相邻栅极沟槽104之间的半导体台地106可以包括第一导电类型的源极区116和与第一导电类型相反的第二导电类型的本体区118。本体区118可以包括第二导电类型并且具有比本体区118高的掺杂浓度的本体接触区（未示出），以提供与源极金属化120的欧姆连接。对于n沟道器件来说，第一导电是n类型的并且第二导电类型是p类型的，而对于p沟道器件来说，第一导电是p类型的并且第二导电类型是n类型的。对于n沟道或p沟道器件，包括在相同半导体台地106中的源极区116和本体区118可以形成晶体管单元的部分，并且晶体管单元可以并联地电连接在半导体器件100的源极（S）和漏极（D）端子之间以形成功率晶体管并且如图1中的虚线所示。
[0018]包括栅极电极108的电极结构邻接沟道区122，在半导体器件100的操作期间电流在第一（电流流动）方向上流过该沟道区。在如图1中所示的竖直功率MOSFET的情况下，电流流动方向在半导体衬底102的第一主表面101和相对于第一主表面101的半导体衬底102的
第二主表面103之间的z方向上。在该情况下，第一导电类型的漏极区124位于半导体衬底102的第二主表面103处，并且第一导电类型的漂移区126位于漏极区124和本体区118之间。在半导体衬底102的第二主表面103处的金属化128形成竖直功率MOSFET的漏极（D）端子。在侧向功率晶体管的情况下，电流流动方向在沿着半导体衬底102的第一主表面101的x方向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：半导体衬底；在半导体衬底上或半导体衬底中的电极结构，电极结构包括电极和将电极与半导体衬底分离的绝缘材料；以及嵌入在电极中的应变诱导材料，其中，电极结构邻接半导体衬底的区，在半导体器件的操作期间电流在第一方向上流过所述区，其中，电极在第一方向上处于拉伸或压缩应力下，其中，应变诱导材料增强或至少部分地抵消在第一方向上的电极的应力。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，电极是栅极电极，并且其中，与电极结构邻接的半导体衬底的区是沟道区。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，半导体器件是n沟道器件，其中，对第一方向上的电流流动有贡献的电荷载流子是电子，并且其中，应变诱导材料增强或至少部分地抵消在第一方向上的栅极电极的应力，使得沟道区中的应变在第一方向上变得更拉伸或较不压缩。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，栅极电极在第一方向上处于拉伸应力下，并且其中，应变诱导材料在第一方向上处于比栅极电极小的拉伸应力下或处于压缩应力下。5.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，栅极电极在第一方向上处于压缩应力下，并且其中，应变诱导材料在第一方向上处于比栅极电极大的压缩应力下。6.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，半导体器件是p沟道器件，其中，对第一方向上的电流流动有贡献的电荷载流子是空穴，并且其中，应变诱导材料增强或至少部分地抵消在第一方向上的栅极电极的应力，使得沟道区中的应变在第一方向上变得更压缩或较不拉伸。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，栅极电极在第一方向上处于压缩应力下，并且其中，应变诱导材料在第一方向上处于比栅极电极小的压缩应力下或处于拉伸应力下。8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，栅极电极在第一方向上处于拉伸应力下，并且其中，应变诱导材料在第一方向上处于比栅极电极大的拉伸应力下。9.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，栅极电极设置在形成于半导体衬底中的沟槽中，并且其中，沟槽还包括设置在栅极电极下方并与栅极电极绝缘的场板电极。10.根据权利要求9所述的半导体器件，还包括：嵌入在场板电极中的附加应变诱导材料，其中，场板电极邻接半导体衬底的漂移区，其中，场板电极在第一方向上处于拉伸或压缩应力下，其中，附加应变诱导材料增强或至少部分地抵消在第一方向上的场板电极的应力。11.根据权利要求2所述的半导体器件，其中，栅极电极设置在形成于半导体衬底中的第一沟槽中，其中，场板电极设置在形成于半导体衬底中的第二沟槽中，并且其中，第一沟槽和第二沟槽彼此侧向间隔开。
12.根据权利要求11所述的半导体器件，还包括：嵌入在场板电极中的附加应变诱导材料，其中，场板电极邻接半导体衬底的漂移区，其中，场板电极在第一方向上处于拉伸或压缩应力下，其中，附加应变诱导材料增强或至少部分地抵消在第一方向上的场板电极的应力。13.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，电极结构是设置在半导体衬底的第一主表面上的平面栅极电极结构，其中，电极是栅极电极，并且其中，绝缘材料将栅极电极与半导体衬底的第一主表面分离。14.根据权利要求13所述的半导体器件，还包括：形...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
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：