[发明专利]半导体器件和场电极

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种用于产生具有场电极的半导体器件的方法。

背景技术

诸如功率MOS（金属氧化物半导体）晶体管或功率二极管的功率半导体器件包括漂移区以及漂移区和诸如MOS晶体管中的本体区和二极管中的发射极区的另一器件区之间的pn结。漂移区的掺杂浓度低于该另一器件区的掺杂浓度，使得当器件阻断时，即pn结反向偏置时，耗尽区（空间电荷区）主要在漂移区中扩展。

器件的电流流动方向上的漂移区的尺寸（长度）以及漂移区的掺杂浓度主要限定了半导体器件的电压阻断能力。在诸如功率MOSFET的单极型器件中，漂移区的掺杂浓度还限定了器件的导通电阻，即半导体器件在导通状态下的电阻。

当pn结被反向偏置时，掺杂剂原子在pn结的两侧离子化，导致了与电场相关联的空间电荷区。该电场的场强度幅值的积分对应于反向偏置pn结的电压，而电场的最大值出现在pn结处。当电场的最大值达到临界场强度时发生雪崩击穿，其中临界场强度取决于用于实现漂移区的半导体材料的类型。

当pn结被反向偏置时，当在漂移区中提供可以用作漂移区中的离子化掺杂剂原子的反电荷的电荷时，可以在不减少器件的电压阻断能力的情况下增加漂移区的掺杂浓度。

根据已知的概念，在漂移区中提供至少一个场电极或场板，其通过场电极电介质与漂移区介电绝缘，并且可以提供所需的反电荷。场电极可以连接到诸如MOS晶体管中的源极端子或者二极管中的阳极端子的半导体器件的一个负载端子。场电极电介质两端的电压取决于施加在负载端子之间的并且反向偏置pn结的电压的幅值以及电流流动方向上的场电极的长度。根据半导体器件的电压阻断能力，场电极两端的电压可以高达数百伏，使得需要高达数微米（μm）的场电极电介质的厚度。在具有300V的电压阻断能力的半导体器件中，所需的场电极电介质的厚度例如介于3μm和4μm之间。

在垂直功率半导体器件中，场电极和场电极电介质布置在沟槽中。场电极和场电极电介质可以通过如下方式形成：使沟槽的侧壁氧化，以便形成作为场电极电介质的氧化物层，并且利用场电极材料填充剩余的沟槽。然而，能够耐受高电压的厚的垂直延伸的氧化物层诱发了可能引起半导体本体的缺陷或损坏的机械应力。

因此需要提供一种用于产生具有厚的垂直延伸的介电层的半导体器件的方法。

发明内容

第一实施例涉及一种产生半导体器件的方法。该方法包括提供半导体本体，其具有第一表面和布置在第一表面上的介电层，以及在介电层中形成至少一个第一沟槽，该至少一个第一沟槽延伸到半导体本体并且限定介电层中的电介质台面区。该方法进一步包括在电介质台面区中形成远离该至少一个第一沟槽的第二沟槽，在该至少一个第一沟槽中在半导体本体的暴露区上形成半导体层，以及在该第二沟槽中形成场电极。

第二实施例涉及一种形成MOS晶体管的方法。该方法包括提供包括场电极和场电极电介质的半导体本体，场电极电介质使场电极与半导体本体的半导体区绝缘。该方法进一步包括在场电极电介质中形成远离场电极的至少一个沟槽，以及在该至少一个沟槽中形成栅极电极。

在阅读如下详细描述之后，并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。

附图说明

现将参照附图解释示例。附图用于说明基本原理，使得仅图示了理解基本原理所必需的方面。附图并非依比例绘制。在附图中相同的附图标记表示相似的特征。

图1包括图1A至1C，图示了用于产生包括场电极的半导体器件的方法的第一实施例。

图2图示了根据第一实施例的根据图1C的半导体器件的水平横截面视图。

图3图示了根据第二实施例的根据图1C的半导体器件的水平横截面视图。

图4图示了根据另一实施例的包括场电极和场电极电介质的半导体器件的垂直横截面视图。

图5图示了根据第一实施例的包括场电极的MOS晶体管的垂直横截面视图。

图6图示了根据第一实施例的具有场电极结构的MOS晶体管的水平横截面视图。

图7图示了根据第二实施例的具有场电极结构的MOS晶体管的水平横截面视图。

图8图示了根据第三实施例的具有场电极结构的MOS晶体管的水平横截面视图。

图9图示了根据第二实施例的包括场电极的MOS晶体管的垂直横截面视图。

图10图示了根据第三实施例的包括场电极的MOS晶体管的垂直横截面视图。

图11图示了根据第四实施例的包括场电极的MOS晶体管的垂直横截面视图。