本發(fā)明涉及一種用于制造垂直場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的方法和一種相應(yīng)的垂直場效應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、典型地，具有垂直通道區(qū)的功率mosfet(tmosfet)使用于具有寬的帶隙的半導(dǎo)體(例如碳化硅(sic)或者氮化鎵(gan))在功率電子器件中的應(yīng)用。

2、在tmosfet的設(shè)計中，位于半導(dǎo)體材料中的n+型源極區(qū)和p型通道區(qū)被溝槽中斷，所述溝槽延伸直至n型漂移區(qū)。柵極電極位于溝槽內(nèi)部，所述柵極電極通過柵極氧化物與半導(dǎo)體材料分隔開并且使用于控制通道區(qū)。

3、通過適當?shù)剡x擇幾何結(jié)構(gòu)、外延摻雜、通道摻雜和屏蔽摻雜可以優(yōu)化這類tmosfet的接通電阻、閾值電壓、短路電阻、氧化物負載和擊穿電壓。

4、圖3示出作為本發(fā)明起點的、根據(jù)de?102?24?201b4的現(xiàn)有技術(shù)的垂直場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的摘要立體示圖。

5、在圖3中所示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件實現(xiàn)n型導(dǎo)電的垂直溝槽mosfet，其具有布置在溝槽上的屏蔽結(jié)構(gòu)。不言而喻地，已知的結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用到p型導(dǎo)電的mosfet上，其中，以下所解釋的摻雜那時可能要調(diào)換。

6、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件包括具有n型摻雜的第一連接區(qū)12、14的半導(dǎo)體主體100。該第一連接區(qū)12、14在半導(dǎo)體主體100的背面的區(qū)域中更強地n型摻雜并且在那里形成mosfet的n+型漏極區(qū)12，而較弱地n型摻雜的n型漂移區(qū)14緊接著n+型漏極區(qū)12中。此外，半導(dǎo)體主體100包括p型通道區(qū)或者主體(body)區(qū)20，所述p型通道區(qū)或者主體區(qū)緊接著n型漂移區(qū)14，并且所述p型通道區(qū)或者主體區(qū)形成在n型漂移區(qū)14和形成在前側(cè)的區(qū)域中的強n型摻雜的第二n+型連接區(qū)30之間。第二n+型連接區(qū)30形成mosfet的源極區(qū)。

7、多個溝槽60(在所述多個溝槽中，在圖3中示出兩個)從半導(dǎo)體主體100的前側(cè)101開始延伸通過n+型源極區(qū)30、p型主體區(qū)20直至到半導(dǎo)體主體100的n型漂移區(qū)14中。

8、在溝槽60的側(cè)壁的區(qū)域中分別布置有控制電極40，所述控制電極連接在一起地形成mosfet的柵極電極。這些柵極電極40通過柵極絕緣層50相對于半導(dǎo)體主體100絕緣并且在半導(dǎo)體主體的垂直的方向上從n+型源極區(qū)30沿著p型主體區(qū)20伸展至n型漂移區(qū)14，以便在施加適當?shù)恼{(diào)控電勢時在主體區(qū)20中沿著溝槽的側(cè)壁在n+型源極區(qū)30和n型漂移區(qū)14之間形成導(dǎo)電的通道。

9、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件包括大量的同類的晶體管結(jié)構(gòu)——所謂的具有相應(yīng)的n+型源極區(qū)30、p型主體區(qū)20和柵極電極40的單元，其中，對于在示例中的所有單元，n型漂移區(qū)14和n+型漏極區(qū)12是共有的。在此，所有單元的n+型源極區(qū)30導(dǎo)電地相互連接，以便形成共有的源極區(qū)，并且所有單元的柵極電極40導(dǎo)電地相互連接，以便形成共有的柵極電極。

10、在圖3中所示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件包括具有電極80的屏蔽結(jié)構(gòu)，所述電極80形成在相應(yīng)的溝槽60中并且所述電極借助于另外的絕緣層70相對于相應(yīng)的柵極電極40絕緣。該電極80在垂直的方向上在溝槽的完整的長度上延伸并且在溝槽60的底部在漂移區(qū)14的區(qū)域中接觸半導(dǎo)體主體100。在電極80和漂移區(qū)14之間的該接觸區(qū)中設(shè)置有p型摻雜區(qū)90，該p型摻雜區(qū)通過電極80進行接觸并且該p型摻雜區(qū)完全地覆蓋該區(qū)中的電極。p型摻雜區(qū)90和漂移區(qū)14或者漏極區(qū)12形成二極管，該二極管的電路符號在圖3中畫入，并且該二極管在所示出的n型導(dǎo)電mosfet中在源極-漏極方向上在導(dǎo)通方向上極化或者在漏極-源極方向上在截止方向上極化。通過摻雜p型摻雜區(qū)90可以調(diào)節(jié)該二極管在漏極-源極方向上的擊穿電壓。因此，在p型摻雜區(qū)上形成jfet，所述jfet使用于，在短路情況下限制經(jīng)由通道區(qū)的電流。

11、布置在溝槽60中的電極80與n+型源極區(qū)30短路。為此，電極80在溝槽的上方的區(qū)域中直接緊挨溝槽60的側(cè)壁地緊接著n+型源極區(qū)30。因此，電極80(所述電極優(yōu)選由金屬或者多晶硅、尤其是n型摻雜或者p型摻雜的多晶硅組成)同時作為用于n+型源極區(qū)30的連接觸點使用，從而為了與n型源極區(qū)30接觸而可以直接地與在溝槽60上方的該電極80進行接觸，由此，可以省去布置在溝槽之間的半導(dǎo)體區(qū)(所謂的臺面區(qū))上方的接觸接頭。

12、此外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件包括強p型摻雜的p+型主體連接區(qū)22，如這從圖3中的立體示圖變得明顯地，該強p型摻雜的p+型主體連接區(qū)從p型主體區(qū)20在n+型源極區(qū)30的區(qū)段之間延伸至半導(dǎo)體主體100的前側(cè)上并且在溝槽60的上方的區(qū)域中與電極80進行接觸，從而電極80通過p+型主體連接區(qū)22使p型主體區(qū)20和n+型源極區(qū)30短路，以便以已知的方式避免寄生的雙極效應(yīng)。在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件中，可以省去在形成在溝槽之間的半導(dǎo)體區(qū)(所謂的臺面區(qū))中的用于使n+型源極區(qū)30和p型主體區(qū)20短路的單獨的接觸部。

13、為了使p型主體區(qū)20連接在電極80上以實現(xiàn)短路，窄的p+型主體連接區(qū)22就足夠，從而在臺面區(qū)中對此必需的空間需求小。由于n+型源極區(qū)30和p型主體區(qū)20短路而產(chǎn)生的、在源極30和漏極14之間的主體二極管相應(yīng)于屏蔽結(jié)構(gòu)的二極管極化。

14、屏蔽結(jié)構(gòu)的閾值電壓這樣設(shè)定，使得其小于主體二極管的閾值電壓。然后，在源極-漏極方向上施加正電壓時，電流的大部分流過屏蔽結(jié)構(gòu)的在導(dǎo)通方向上極化的二極管，從而p+型主體連接區(qū)22(通過所述p+型主體連接區(qū)使p型主體區(qū)20和n+型源極區(qū)30短路)的橫截面可以是小的并且因此可以是可節(jié)省空間地實現(xiàn)的。相對于常規(guī)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件，在溝槽60之間的該硅區(qū)的尺寸可以因此而減小，這有助于減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件的特定的接通電阻。

15、在正的漏極-源極電壓作用時和在相對于源極電勢正的柵極電勢作用時，已知的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件如常規(guī)的mosfet這樣發(fā)揮作用，所述常規(guī)的mosfet的電路符號在圖3中畫入。如果在截止的mosfet中的漏極-源極電壓超過由p型摻雜區(qū)90和漂移區(qū)14形成的二極管的閾值電壓，則反向電流從連接在漏極區(qū)12上的漏極接頭通過漂移區(qū)14、p型摻雜區(qū)90和電極80流至連接在電極80上的源極接頭。在施加在反向方向上的電壓(也就是說，在源極-漏極方向上正的電壓)時，這種擊穿結(jié)構(gòu)(durchbruchstruktur)如主體二極管這樣發(fā)揮作用并且接管那時流動的電流的大部分，從而用于p型主體區(qū)20的連接觸點可以是小的并且可以是節(jié)省空間地形成的。

16、在根據(jù)圖3的tmosfet中，短路可能例如在接通而沒有柵極電壓作用的情況下出現(xiàn)。在這種情況下，高的漏極電壓作用在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)元件上，并且在沒有適當?shù)膶?yīng)措施的情況下，可能流過非常高的短路電流，所述非常高的短路電流可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)元件的損壞。

17、短路電流的限制可以借助于由p型摻雜區(qū)90形成的jfet來實現(xiàn)，其中，從p型摻雜區(qū)90開始的空間電荷區(qū)這樣相互接近，使得發(fā)生短路電流的夾斷。因此，在短路的情況下，p型摻雜區(qū)90作為p型屏蔽區(qū)發(fā)揮作用。

18、在這種tmosfet中的一個普遍的優(yōu)化問題在于，在每個功率mosfet的設(shè)計中，必須在小的接通電阻(即，在小的漏極電壓下的高電流)和小的短路電流(即，在高的漏極電壓下的小電流)之間找到折衷。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實現(xiàn)一種垂直場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)和一種用于制造垂直場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的方法。

2、根據(jù)本發(fā)明的垂直場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)具有：

3、半導(dǎo)體主體，其具有第一傳導(dǎo)類型的第一連接區(qū)和第二連接區(qū)；

4、布置在所述第一和第二連接區(qū)之間的、所述第一傳導(dǎo)類型或者與所述第一傳導(dǎo)類型互補的第二傳導(dǎo)類型的通道區(qū)；

5、多個延伸進入到所述半導(dǎo)體主體中的溝槽，所述溝槽從所述第二連接區(qū)穿過所述通道區(qū)直至到達所述第一連接區(qū)中并且形成所述通道區(qū)和所述第二連接區(qū)的鰭片；

6、布置在所述溝槽中的控制電極，所述控制電極與所述通道區(qū)相鄰并且相對于所述半導(dǎo)體主體絕緣地布置；

7、在所述第一和第二連接區(qū)之間并且與所述通道區(qū)并聯(lián)地連接的反向電流路徑，所述反向電流路徑具有至少一個pn結(jié)并且所述反向電流路徑構(gòu)造為，在達到作用在所述第一和第二連接區(qū)之間的閾值電壓時導(dǎo)通；

8、其中，所述半導(dǎo)體主體在所述溝槽中的第一溝槽下方的所述第一連接區(qū)中具有所述第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)，而在所述溝槽中的第二溝槽下方的所述第一連接區(qū)不具有所述第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)；

9、其中，所述鰭片具有所述第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)，所述主體連接區(qū)與所述通道區(qū)和所述第二連接區(qū)電接觸；并且

10、其中，所述第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)延伸直至所述漂移區(qū)中。

11、根據(jù)本發(fā)明的用于制造垂直場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)的方法具有以下步驟：

12、提供半導(dǎo)體主體，其具有第一傳導(dǎo)類型的第一連接區(qū)和第二連接區(qū)和布置在所述第一和第二連接區(qū)之間的、所述第一傳導(dǎo)類型或者與所述第一傳導(dǎo)類型互補的第二傳導(dǎo)類型的通道區(qū)；

13、形成多個延伸進入到所述半導(dǎo)體主體中的溝槽，所述溝槽從所述第二連接區(qū)穿過所述通道區(qū)直至到達所述第一連接區(qū)中并且形成所述通道區(qū)和所述第二連接區(qū)的鰭片；

14、形成布置在所述溝槽中的控制電極，所述控制電極與所述通道區(qū)相鄰并且相對于所述半導(dǎo)體主體絕緣地布置；

15、形成在所述第一和第二連接區(qū)之間并且與所述通道區(qū)并聯(lián)地連接的反向電流路徑，所述反向電流路徑具有至少一個pn結(jié)并且所述反向電流路徑構(gòu)造為在達到作用在所述第一和第一連接區(qū)之間的閾值電壓時導(dǎo)通；

16、在所述溝槽中的第一溝槽下方的第一連接區(qū)中形成所述第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)，而在所述溝槽中的第二溝槽下方的第一連接區(qū)不具有所述第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)；

17、在所述鰭片中形成所述第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)，所述鰭片與所述通道區(qū)和所述第二連接區(qū)電接觸；并且，

18、其中，所述第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)這樣形成，使得其延伸直至所述漂移區(qū)中。

19、優(yōu)先的拓展方案在下文中描述。

20、作為本發(fā)明基礎(chǔ)的思想在于，在垂直場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)中例如僅僅在每第二個溝槽中注入(implantieren)p型屏蔽注入并且盡管如此實現(xiàn)小的短路電流和小的接通電阻的良好折衷。

21、p型主體連接可以比p型主體區(qū)更深地實施，從而該p型主體連接延伸進入n型漂移區(qū)中。因此，在通道下方產(chǎn)生pn結(jié)，所述pn結(jié)減小在高的漏極電壓下的電阻并且因而有助于減小短路電流。即，在高的漏極電壓下，在n型漂移區(qū)中形成耗盡區(qū)，所述耗盡區(qū)引起構(gòu)件的電阻的提高。在短路的情況下，電阻的提高在此恰好有助于限制短路電流。

22、因為除了在兩個p型屏蔽注入之間的鰭片下方成形的jfet之外附加地由該pn結(jié)限制短路電流，因此，根據(jù)本發(fā)明，僅僅在例如每第二個溝槽中注入就足夠，從而僅僅在每第二個溝槽下方產(chǎn)生p型屏蔽區(qū)。在溝槽底部下方?jīng)]有p型屏蔽區(qū)的情況下溝槽中的柵極電極不是分成兩半地實施，因為在溝槽下方?jīng)]有必須進行接觸的p型屏蔽區(qū)。在溝槽底部下方具有p型屏蔽區(qū)的情況下溝槽中的柵極電極可以或者分成兩半地實施(尤其是當p型主體連接沒有如在圖1c中這樣到達p型屏蔽區(qū)以便與其發(fā)生接觸時)或者實施為不分開的電極(尤其是當這些區(qū)本來已經(jīng)如在圖2b中這樣通過深的p型主體連接進行接觸時)。

23、溝槽優(yōu)選地借助于循環(huán)地氧化和氧化物蝕刻加寬，從而位于溝槽之間的臺面變窄為鰭片。

24、根據(jù)一種優(yōu)選的拓展方案，反向電流路徑在溝槽中伸展，其中，在溝槽中相應(yīng)地布置有電極，所述電極與第二連接區(qū)導(dǎo)電地連接并且所述電極相對于控制電極電絕緣，并且電極中的第一電極在溝槽中的第一溝槽底部處與第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)進行接觸。

25、根據(jù)一種另外的優(yōu)選的拓展方案，第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)與第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)電接觸，其中，反向電流路徑經(jīng)由第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)和第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)伸展。這具有這樣的優(yōu)點：可以省去溝槽中用于制造電極而對連接的費事的處理。

26、根據(jù)一種另外的優(yōu)選的拓展方案，第一連接區(qū)具有第一傳導(dǎo)類型的較低摻雜的漂移區(qū)和較高摻雜的漏極區(qū)，第二傳導(dǎo)類型的摻雜區(qū)布置在漂移區(qū)中并且第二傳導(dǎo)類型的主體連接區(qū)延伸到漂移區(qū)中。

27、根據(jù)一種另外的優(yōu)選的拓展方案，在第一連接區(qū)和通道區(qū)之間設(shè)置第一傳導(dǎo)類型的擴散區(qū)。這有助于更好的電流分布。

28、根據(jù)一種另外的優(yōu)選的拓展方案，半導(dǎo)體主體由碳化硅或者氮化鎵組成。