[发明专利]沟槽式闸极宽能隙装置的制造

说明书

技术领域

本申请关于功率半导体开关装置，以及更特别关于沟槽式闸极装置，其在宽能隙半导体材料中具有主要地垂直电流。

背景技术

请注意，下面讨论的要点可能反应从所公开的发明获得的后见之明，并不一定被认为是现有技术。

由于高通道电阻，碳化硅(“SiC”)功率MOSFET受到低通道迁移率的影响，导致了较高的导通状态电阻。为了改善此问题，最有效的技术手段为由采用沟槽式闸极结构来增加通道密度。然而，由于在沟槽的底部及角落的几何形状的弯曲及氧化层薄化，该沟槽式闸极结构在沟槽底部角落受限于高电场。在SiC沟槽式闸极装置中，此问题比在类似的硅装置中更为严重，因为(对于给定的额定崩溃电压)在该SiC装置中使用较高的磊晶掺杂浓度；较高的磊晶掺杂浓度在SiC漂移区域中导致高的体电场。此外，相较于硅装置中的情形，高的体电场还在该沟槽角落区域的闸极氧化物中导致较高电场。结果，在关闭状态逆向操作期间，该闸极氧化物层变得更容易在SiC沟槽式闸极装置的沟槽底部崩溃。此外，热载子注入变得更为严重。为了生产可靠的沟槽式闸极SiC装置，此为最需要被解决的关键问题之一。

发明内容

在其他创新之中，本申请教示了用于制造沟槽式闸极功率绝缘闸极场效晶体管的制造过程，以在至少一些非闸极沟槽的下方达成掺杂修饰。非闸极沟槽较佳且有利地为场板沟槽，但并非必要。所揭示的过程对于碳化硅半导体材料是特别有利的。

本申请教示了在非闸极沟槽的下方的掺杂修饰可用于改善导电性和崩溃电压之间的权衡以及宽能隙场效晶体管中的电场。

一发明点为非闸极沟槽的下方的掺杂修饰以自我调节的方式导入，且在该闸极氧化物于闸极沟槽上生长前活化。最佳地，该闸极电介质生长在所有的高温过程完成后进行；然而，金属溅镀被使用以形成金属连接，以及瞬时退火步骤(“RTA”，或快速热退火(rapid thermal anneal))被选择性地使用，以用于前及后敷金属的硅化(较佳为同时)。

另一发明点为掺杂修饰可被选择，以仅提供非闸极沟槽下面的掺杂的减少。这降低了非闸极沟槽与门极沟槽的下方的峰值场，而不会显着降低该装置的导电性。

附图说明

将参考附图描述所揭示的发明，附图示出了重要的示例性实施例，并且通过引用将其并入本说明书中，其中：

图1示意性地示出了沟槽闸极晶体管，其允许可控制的垂直电流流过碳化硅半导体晶粒。

图2-11示出一系列的制造过程，其结果是制造出如图12a或图13a所示的完成的晶体管结构。

图12b示出一晶体管结构，除了使用倾斜植入来产生屏蔽延伸区域之外，其大致上类似于图12a。

图13b示出一晶体管结构，除了使用倾斜植入来产生屏蔽延伸区域之外，其大致上类似于图13a。

图14a及14b示出一晶体管结构，除了该闸极沟槽中没有底部氧化物之外，其大致上略为类似于图12a。注意图14a及14b使用了不同的修饰掺杂区域106及1061形成方法。

图15-20示出一系列的制造过程，其结果是制造出如图21a或图21b或图22所示的完成的晶体管结构。注意图21a及21b使用了不同的修饰掺杂区域106及1061形成方法。

图23-24示出替代装置，其在源极接点沟槽中不具有多晶场板。

图25示出IGBT装置的实施例，其使用该揭示的发明。

具体实施方式

将特别参考当前的较佳实施例(作为示例而非限制)来描述本申请的多个创新的教示。本申请描述了几个发明，并且一般而言下面的任何陈述都不应被视为限制权利要求书。

本申请揭示了宽能隙半导体材料中垂直电流流动绝缘闸极主动装置的新颖的制造方法。