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TWI353025B - Semiconductor structure with improved on resistanc - Google Patents

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TWI353025B
TWI353025B TW095120221A TW95120221A TWI353025B TW I353025 B TWI353025 B TW I353025B TW 095120221 A TW095120221 A TW 095120221A TW 95120221 A TW95120221 A TW 95120221A TW I353025 B TWI353025 B TW I353025B
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TW
Taiwan
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region
forming
trenches
conductivity type
trench
Prior art date
Application number
TW095120221A
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English (en)
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TW200709303A (en
Inventor
Zia Hossain
Shanghui Larry Tu
Original Assignee
Semiconductor Components Ind
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of TW200709303A publication Critical patent/TW200709303A/zh
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

1353025 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於半導體裝置，且更具體而言其係 關於電源切換結構及製造方法。 【先前技術】 金屬氧化物半導體場效電晶體（M0SFET)，諸如橫向 MOSFET ’經常用於高電壓（意即，大於2〇〇伏特）應用中， 諸如切換裝置電信系統或在交流至直流電壓轉換器中之離 線切換調節器。在一典型高電壓橫向M〇SFET中，中間或漂 移區域分離源極與汲極區域。將閘極結構安置於鄰近該裝 置之通道區域處。在開啟狀態中，將電壓施加至閘極以在 源極區域與汲極區域之間形成一允許電流流經該裝置之傳 導通道區域。在關閉狀態中，施加至閘極之電壓充分低， 因此不形成傳導通道，且因此不發生電流。在關閉狀態期 間’裝置必須支持在源極區域與汲極區域之間之高電壓。 開放電阻（R0N)係MOSFET切換裝置之品質（merit)之重要 性能特徵。開放電阻係當開關被關閉且傳遞一訊號時存在 於MOSFET開關之輸入引腳與輸出引腳之間之歐姆電阻。開 放電阻與當訊號通過裝置時將導致多少訊號之衰減相關。 品質之另一重要特徵為比開放電阻（RSP)，其係Ron與表面積 之乘積，或R0N*Area。較低之R〇N*Area允許設計者使用較 小之兩電壓橫向MOSFET來滿足對於一給定應用之開放電 麗要求’其減小功率積體電路之面積及成本。 習知高電壓橫向M〇SFET之一問題為傾向於使崩潰電壓 111664.doc 丄妁3025 (VBD)最大化之技術及結構會不利地影響r〇n且反之亦然。 例如，典型橫向MOSFET需要較低摻雜濃度以支持較高 VBD ’其增加了比開放電壓（Rsp)。 為了克服此問題，已在嘗試中提出若干設計以提供高崩 潰電壓與低R0N*Area之可接受組合。例如，已設計具有一 或多個降低表面場（RESURF)區域及/或局部摻雜區域（亦稱 • 作超級接合或多傳導結構）之裝置。然而，該等設計需要涉 _ 及夕個遮罩及離子植入步驟之昂貴的晶圓處理、經非常深 入擴散之主體區域或接點（例如，3〇至4〇微米深），及/或昂 貝的絕緣體上矽基板，以上會增加晶片製造成本。 因此，存在對改良橫向MOSFET裝置之R〇N*Area性能同 •時維持高阻斷電壓能力及製造靈活性的成本有效之結構及 方法之需要。 ' 【實施方式】 為易於理解’圖中之元件不—定按比例繪製，且在各圖 # 巾適當處使用相同元件號碼。為了圖式之清楚起見，將裴 置結構之換雜區域說明為一般具有直線邊緣及精確角度轉 角’、，、而’熟習此項技術者應理解，歸因於推雜劑之擴散 及活化，摻雜區域之邊緣一般不為直線且轉角不為精確角 度，且通常為圓形。 另外力了描述之簡單起見，省略對熟知步驟及元件之 描述及細節。雖然本文中將裝置解釋為某些城道裝置，但 是熟習此項技術者應理解，根據本發明藉由在所揭示之不 同區域的㈣性類型上作適當改變，P通道及補充裝置亦為 I11664.doc 1353025 可能的。所示實施例適合於700伏特左右之阻斷電壓。 圖1展示一根據本發明具有改良之R〇N*Area性能及高阻 斷電壓能力之絕緣閘場效電晶體（IGFET)、橫向FET、橫向 MOSFET、半導體或切換裝置、結構或單元1()的部分橫截面 視圖。舉例而言，MOSFET單元1〇係許多整合於半導體晶片 中作為功率積體電路之部分的此種單元當中之一。或者， MOSFET單元1〇為單一離散電晶體。 裝置10包括一半導體材料區域或基板丨丨，其包含例如具 有大約1.5x10丨4at〇ms/cm3之摻雜濃度的p型區域或基板。半 導體材料區域1】包括一主要表面14。1置1〇進一步包括一 井狀、經擴散、漂移或延伸之汲極區域13，其在此實施例 中包含n型傳導性。井區13形成於基板Π中且自主要表面14 延伸。舉例而言，井區13具有大約4.0x10"至mo!6 at〇mS/Cm左右之摻雜濃度，及5至1 5微米之深度或厚度。 隔離區域或場區31形成於裝置10之上、裝置1〇上方、裝 置10中或上覆裝置10，以提供局部鈍化區域。隔離區域Η ι έ例局。卩石夕氧化（L〇c〇s)區域、淺溝槽隔離區域、場 氧化區域、其組合或其類似物。在一實施例中，隔離區域 31包含使用LOCOS技術形成之熱場氧化區域，且具〇5至2 〇 微米左右之厚度。 裝置10進一步包括自主要表面14延伸之p型高電壓區域 (HV)主體區域或擴散區域41及η型源極區域43。主體區 域41。卩刀延伸至半導體材料區域η中。ρ型摻雜區域44進一 步形成於主體區域41中且用以減少裝置1〇内之寄生效應。 111664.doc 1353025 >及極接觸區域33形成於井區13之一部分中，且自主要表面 Μ延伸。沒極接觸區域33包含„型傳導性，且經摻雜以提供 充分歐姆接觸。使用習知遮罩及播雜技術形成區域mi 41、43 及 44。 包括-薄閘極介電層53及-閘電極幻之閘極結祕形成 於鄰近主要表面14及主體區域41之_部分處或上覆主要表 面14及主體區域41之一部分。閉極介電層53& + n 具有大約0.01至0·1微米之厚度的二氧化矽。或者，閘極介 電層53包含其他介電質，諸如氣化石夕、五氧化二组、二氧 化鈦 '鈦酸顏銀㈣如㈣刪丨⑽出咖⑷或其組合，包括 與二氧化石夕之組合。閘電極51包含，例如，經擦雜多晶石夕、 铭、紹合金、其組合或其類似物。閘極結構料控制通道Μ 之形成及裝置10中之電流的傳導。 根據本發明，裝置10進一步包括一區域或超級接合結構 6J ’其包含一對、複數個或多個隔開之填充溝槽、鈍化溝 槽或經填充之條狀溝槽或凹槽，其至少部分地（例如，在兩 側上）限制或約束形成於井區13之一部分中具有相反或交 替之傳導性類型的複數個或多個條狀推雜區域。 、在實施例中，4等經填充條狀溝槽及該等條狀推雜區 域大體上彼此平行。區域61為裝置1〇在最小表面積中提供 低：放電阻同時維持高崩潰電麼。區域61與主體區域“隔 離例如，1至4微米左右之距離◊現將結合圖2·9來 描述區域6〗之各種實施例。 圖2展示裝置10之一部分沿圖j中之參考線卜域取的放 111664.doc 1353025 大之部分等角及橫截面視圖以說明區域61之第一實施例。 在此實鉍例中，區域61包含限制複數個條狀摻雜區域以及 66之複數個填充溝槽。具體言之，經摻雜條狀 區域64包含 第一傳導性類型且係夾於具有第二傳導性類型之條狀摻雜 區域66之間。根據本發明之此實施例，區域μ及μ沿側壁 、 在溝槽23之深度方向中伸展，但是該等區域不環繞溝槽23 • 之底°卩部分或壁。即，區域64及66近似地沿溝槽23之側壁 φ 部分終止，且該等區域不毗連或鄰接溝槽23之底部表面。 區域64及66具有近似等於溝槽23之深度的深度。在此實施 例中，條狀區域64包含與區域13相同之傳導性類型，但是 具有更高摻雜濃度。舉例而言，區域64具有ι 〇χι〇]6至 • 3.0幻〇16“〇阳/〇1113左右之淨峰值摻雜濃度，且區域66具有 大、’勺1.0X10至3.0Χ1016 atoms/cm3左右之淨峰值推雜濃 •度。 圖3展示裝置1 〇之一部分之部分橫截面視圖以說明條狀 • 摻雜區域或區域64及66之形成。在此實施例中，首先自裝 置10之主要表面14蝕刻溝槽23至井區13中。在一實施例 中，將溝槽23隔開一大約2至7微米左右之距離，該距離係 由所要RESURF電荷需要確定。溝槽23具有視裝置ι〇之電壓 額定值而定之深度。舉例而言，對於大約7〇〇伏特之崩潰電 壓對於具有60 m〇hm*cm2之R0N*Area之裝置而言，溝槽23 具有大約8至10微米左右之深度及大約1至2微米之寬度。為 了滿足700伏特之崩潰，漂移長度為大約6〇微米左右。使用 習知光微影及餘刻技術來形成溝槽23。舉例而言，使用乾 111664.doc . m. 1353025 式姓刻技術用氟或氯基化學物之（chemistry)來姓刻溝槽 23 〇 接著，於溝槽23之底部形成一介電層或鈍化區域23〇。例 如，首先用一氮化物或遮罩層覆蓋溝槽23之表面，隨後使 用各向異性蝕刻技術移除底部部分以曝露井區13之一部 分。隨即使經曝露部分氧化以形成局部鈍化區域23〇，如在 溝槽23之底部表面處所示。區域咖提供一遮罩或保護層以 防止區域64及66沿溝槽23之底部表面形成。舉例而言，區 域23 0各具有大約〇.3至〇 5微米左右之厚度。 隨即將第-導電性類型之摻雜劑（例如，η型）引入溝扣 之側壁表面中。舉例而言，使用成角度（angied)粒子植入、 氣相摻雜或固體源摻雜將摻雜物質引入井區。中。圖3展示 一成角度植入方法作為一實例’其中箭頭4代表摻雜離子之 間化及近似軌跡。料層16防止摻雜料料主要表面 I。在一實施例中，隨即在熱處理期間將第-傳導性類型 4劑擴散至井區13中以形成第-傳導性類型區域64。舉
Hi奢在Η00攝氏度下使第—傳導性類型摻雜劑擴散大 約3 0分鐘。 之2:表傳導性類型摻雜劑(例如，㈣)引入溝槽23 且隨即在孰處(例如’成角度植入、氣相摻雜或固體源摻雜） ==理期間將其擴散至井㈣中以提供第二傳導 改類i £域66 ’如圖2中所示。 23引入之第—指播k .. 貧轭例中，自鄰近溝槽 導性類型摻雜劑一起擴散 連區域64,如圖2中所示。 擴月欠以形成鄰接或田比 1 "664.doc 1353025 藉由首先擴散第一傳導性類型摻雜劑，而經由溝槽23之 側壁表面將後續第二傳導性類型摻雜劑擴散至第一傳導性 類31區域中，達成沿漂移區域之深度方向及長度方向受良 好控制之η型及P型區域。另外，藉由在井區13與區域66之 間具有區域64，達成適當電荷平衡及改良之崩潰電壓特 性。區域64在開啟狀態操作期間提供電流傳導通道或路 ，彳二在關閉狀態操作期間，區域64及66彼此補償以加強崩 • 潰電壓能力。 在一後續步驟中，用諸如氧化物（例如經熱、沉積或旋 塗）、氮化物、半絕緣多晶矽（SIP〇s)、無摻雜多晶半導體 材料（例如，多晶矽）之材料或介電材料24、其組合或其類似 •物填充溝槽23。此提供一具有複數個（例如，一對）填充溝槽 之超級接合結構61，該等填充溝槽在一第一傳導性類型（例 如，η型）井區内部分地(例如，在兩側上）限制一第二傳導性 類型（例如，ρ型）摻雜條狀區域、一第一傳導性類型（例如， φ 11型）摻雜條狀區域，及一第二傳導性類型（例如，ρ型）摻雜 條狀區域。根據本發明之此實施例，該第二傳導性類型區 域及該第一傳導性類型區域均不完全環繞、圍繞或鄰接該 #填充溝槽之底部表面。在一實施例中，第一及第二傳導 性類型區域及填充溝槽在漂移區域中終止於大體上相等之 深度。在一實施例中’填充材料填充溝槽23直至或超過主 要表面14。 裝置10之模擬分析展示其能夠有大於700伏特之阻斷電 壓同時達成小於60 mohm*cm2之R0N* Area結果。 111664.doc 12 1353025 圖4展不半導體裝置10之一部分沿參考線1-1截取的放大 之部分等角及橫戴面視圖以說明區域61之第二實施例。在 5亥第一實施例中，區域64及66之次序與圖2之第一實施例相 比被反轉。在此實施例+，首先將第二傳導性類型區域66 引入溝槽23之側壁表面中，然後將第一傳導性類型區域64 引入該等側壁表面中。此提供一具有複數個（例如，一對） 填充溝槽之超級接合結構61，該等填充溝槽在一第一傳導 • 性類型（例如，η型）漂移區域内部分地（例如，在兩側上）限 制一第一傳導性類型（例如，11型）摻雜條狀區域、一第二傳 導性類型（例如，Ρ型）摻雜條狀區域，及一第一傳導性類型 (例如，η型）摻雜條狀區域。根據本發明之此實施例，該第 二傳導性類型區域及該第一傳導性類型區域均不完全環 繞、圍繞或鄰接該等填充溝槽之底部表面。在一實施例中， 第一及第二傳導性類型區域及填充溝槽在漂移區域中終止 於大體上相等之深度。 φ 圖5展示根據本發明之第三實施例之半導體裝置10的一 部分之放大之部分等角及橫截面視圖。在此實施例中，將 第一傳導性類型區域64引入溝槽23之一側壁中同時將第二 傳導性類型區域66引入溝槽23之另一側壁中。此提供—單 側超級接合結構6 1，其中第一摻雜條狀區域（例如，區域64) 經形成為毗連或鄰接該對條形填充溝槽之一者，且其中第 二摻雜條狀區域（例如，區域66)經形成為毗連或鄰接該對條 形填充溝槽之另一者，且其中該第一摻雜條狀區域毗連該 第二摻雜條狀區域。根據本發明之此實施例，該第二傳導 111664.doc •13· 1353025 性類型區域及該第-傳導性類型區域均不完全環繞、圍繞 或鄰接該等填充溝槽之底部表面。在一實施例中，第一及 第二傳導性類型區域及填充溝槽在漂移區域中終止於大體 上相等之深度。 圖6展示裝置10之另一實施例之—部分的放大之部分等 角及橫截面視圖。在此實施例中，一絕緣層或介電區域71 形成於基板11中且毗連或鄰近溝槽23之底部或下部表面。 在此實施例中，絕緣層71分離基板丨丨與半導體層lu。如圖 所示，區域61形成於半導體層Ul*，且絕緣層71在主體區 域41下方延伸超過井區13β雖然展示了圖2之區域61實施 例’但應理解本文所示之區域61實施例之任一者（舉例而言） 可與絕緣層71-起使用。舉例而言，絕緣層71包含氧化物， 且具有大約3至4微米左右之厚度，係使用高能離子植入或 其他成長或沉積技術而形成。或者，使用s〇I基板。 圖7展示半導體裝置10之另一實施例之一部分的放大之 部分等角及橫戴面視圖。在此實施例中，一局部絕緣層或 局部介電區域171分離區域61之底部部分與井區13。具體言 之，絕緣層171形成或約束於井區13内，且得、使用敍刻/蟲 晶成長再填充技術或高能離子植入技術而形成。 圖8展示裝置丨0之另一實施例之—部分的放大之部分等 角及橫截面《。在此實施例中，局部純化區域或局部介 電區域271在每-溝槽之底部表面下方且鄰近該等表面處 在溝槽23之橫向方向中伸展。在此實施例中，井區"之部 分橫向地dateraUy)分離鄰近之局部純化區域271。舉例而 111664.doc 14 1353025 g ’在形成溝槽23之後使用各向同性钱刻來形成㈣π， 其在溝槽23之下形成空腔。該等空腔隨即經氧化。在一實 施例中，區域271約束或形成於井區】3内。另外1他實施 例包括溝槽23的僅-部分具有與其鄰近之局部純化區域 271 ° ® 9展示指《為裝置⑽的本發明之額外實施例之一部分 ㈣大之部分等角及橫截面視圖。除了添加有溝槽閘極結 籲構1〇5’裝置⑽類似於裝置1〇，如圖所示，該溝槽閉極結 構105在主體區域41與區域61相對之一側上。在此實施例 中井區113在包括纟體區域41及溝槽閘極結構⑻之主動 式裝置下方延伸。溝槽閘極結構1G5包括—閘極介電層⑽ .及一形成為上覆閉極介電層106之傳導電極107。閘極介電 層包含與閘極介電層53相同之材料或另一材料。溝槽閘極 、D構105提（、垂直通道158以幫助最小化在該表面處擁擠 於通道58中的電流。其進一步提供對區域“之更優使用。 藝在所示實施例中，提供來自圖2之超級接合區域61作為一實 例應理解，本文所示之其他超級接合實施例可併入有溝 槽閘極結構105。 圖10展示根據本發明之另一實施例具有改良之R〇N*Area 性此及.南阻斷電壓能力之絕緣閘場效電晶體（IGFET)、橫向 FET ' &向M〇SFET、半導體或切換裝置、結構或單元 的4刀榼截面視圖。舉例而言，m〇sfet單元21〇係許多整 〇於半導體郎片中作為功率積體電路之部分的此種單元當 中之 或者，M0SFET單元21〇為單一離散電晶體。 I11664.doc 1353025 如圖10中所示’除了漂移或延伸汲極區域213包含一形成 於基板11上方的磊晶層或包含一在主體區域41之下延伸的 擴政井區，裝置210類似於裝置10。或者，當區域213包含 一擴散區域或井時，其終止於主體區域41之下或如圖丨所示 终止為區域13。使用磊晶成長來形成區域213之一益處為提 供一與一擴散井或區域相比更厚且具有更可控之摻雜濃度 ，分佈的層或區域。利用更厚之區域及可控濃度，吾人可使 籲 帛更深之溝槽，其提供更低之開放電阻。舉例而言，基板 11包3具有大約i.5Xl0丨4 atoms/cm3左右之摻雜濃度的p 5!基板，且區域213在超級接合結構下方具有大約〇2χι〇ΐ2 atoms/cm至大約1 ·〇χΙ〇!2 at〇ms/cm2左右之電荷濃度。 • 根據本發明之此實施例，裝置210進一步包括一區域或超 級接合結構261，該區域或超級接合結構％〗包含一對、複 '數個或多個隔開之填充溝槽或經填充之條狀溝槽或凹槽， «亥等填充溝槽或經填充之條狀溝槽或凹槽部分地限制在填 ❿ 充溝槽之間及周圍形成於井區213之一部分中的具有相反 或交替之傳導性類型之複數個或多個條狀摻雜區域。在一 實施例中，該等填充溝槽及該等條狀摻雜區域大體上彼此 平仃。區域261為裝置210提供低開放電阻同時維持高崩潰 電壓。現將結合圖11及12來描述區域261之不同實施例。 圖11展不半導體裝置21〇之一部分沿參考線2_2截取的放 大之。P刀等角及杈截面視圖以說明根據本發明之區域2 6丄 之第一實施例。在此實施例中，區域261包含形成於區域213 中且延伸至區域213令之複數個溝槽223。溝槽223被隔開且 111664.doc •16- 1353025 在區域41與33之間在橫向方向中伸展，且具有小於或等於 區域21 3之深度或厚度之典型深度。汲極接觸區域33在超級 接合區域26丨之一側上，且主體區域41在超級接合區域261 之相對側上。第一傳導性類型或n型區域264經由溝槽223之 側壁及底部或下部表面而形成於區域213中，且第二傳導性 類型或ρ型區域266經由相同之側壁及底部或下部表面而形 成於區域213中。在此實施例中，區域264及266圍繞、完全 環繞溝槽223或形成於溝槽223周圍，而區域264終止於一小 於區域213之深度的深度。即，區域264與基板丨丨隔開。另 外，區域264及266係沿著漂移區域21 3之深度及長度。舉例 而言，η型區域264及ρ型區域266兩者皆具有大約uxio!6 丑1〇〇15/^113至3.0\1016&1〇„18/(；1113左右之峰值摻雜濃度。 舉例而S ’使用成角度離子植入、氣相摻雜或固體源捧 雜來形成區域264及266 »進一步舉例而言，使用成角度離 子植入以大約2.0乂1〇13至大約5.0又10】3"〇1113/£^2左右之劑 里形成£域264及266。進一步舉例而言，當鄰近之溝槽之 間的距離為大約5至7微米時，使用成角度離子植入以大約 2.5X10丨3至大約4.5X1013 atoms/cm2左右之劑量形成區域 2 64及266。在一實施例中，在離子植入之後在攝氏12〇〇度 下將區域264擴散大約30分鐘。隨即完成266之離子植入步 驟，且可同時對區域266與主體區域41進行擴散。 區域264及266圍繞溝槽223形成一自補償超級接合結構 且用以最小化來自在溝槽223之間及下方的區域213之彼等 部分之電荷感應。同樣，因為區域264及266環繞溝槽223之 111664.doc -17· 1353025 底部表面，所以提供額外電流路徑及沿著溝槽223之側壁之 電流路徑，其減少開放電阻。另外，因為區域213之摻雜濃 度大大小於區域264，所以減少了通常發生於n型井區與卩型 主體區域之間的提前崩潰問題。 在一後續步驟中，用諸如氧化物（例如經熱、沉積或旋 塗）、氮化物、半絕緣多晶矽（SIP〇S)、無摻雜多晶半導體 ，材料（例如，多晶矽）之材料或介電材料224、其組合或其類 • 似物來填充溝槽223。 圖12展示半導體裝置21〇之一部分沿參考線2_2截取的放 大之部分等角及橫截面視圖以說明根據本發明之區域26ι 之第二實施例。在此實施例中，區域264經擴散以延伸穿過 區域213以接觸基板U，且/或與鄰接之區域合併在一 起。 圖11及12中展示之裝置210可進一步併入圖9中所示之溝 槽閘極結構105，其中區域43及44之置放經修改，例如，如 • 圖9中進一步所示。另外，在所示兩實施例中，區域261與 主體區域41隔開。舉例而言，區域261被隔開大約丨至々微米 左右之距離。 現轉向圖13-19 ’其描述用於形成本發明之超級接合裝置 之替代方法。圖13展示基板丨丨在早期製造步驟中之部分橫 截面視圖。在此實施例中，基板u包含p型傳導性。接^: 在自主要表面14延伸之基板u中蝕刻溝槽或凹槽323。習知 遮罩及蝕刻技術用於此步驟。 圖14展示在額外處理中之基板u，其中井區13穿過溝槽 111664.doc •18- 比 3025 323之表面形成於基板丨丨中。舉例而言，n型摻雜劑植入該 表面中且擴散至所要之深度。或者，使用氣相或固體源： 雜技術。 圖15展示經進一步處理之後之基板11。在該階段，使用 磊晶成長/回蝕或選擇性磊晶成長技術來形成η型條 或η型磊晶區域364,該等區域填充溝槽32卜接著在基板η ·+在蠢晶區域364内形成第二溝槽423。在一實施例中，溝 % 槽423延伸穿過區域364以曝露井區13之部分。在一替代實 施例中’溝槽423不會一直延伸穿過區域364，將在下文中 更詳細解釋該實施例❶接著，如結合圖3所描述，在溝槽423 之底部或下部表面處形成局部純化區域231，如圖16中所 示。 •圖17展示經更進一步處理之後之基板11，其中㈣條狀區 域366形成於溝槽423之側壁中。區域231在溝槽423之底部 或下部表面遮罩摻雜劑。舉例而言，使用成角度離子植入 鲁來形成區域366 〇或者’使用氣相或固體源換雜技術。在進 :步步驟中’如圖18中所示用氧化物(例如經熱、沉積或旋 塗）、氮化物、半絕緣多晶矽（SIp〇s)、無摻雜多晶半導體 f料（例如，多晶矽）、其組合或其類似物來填充溝槽Μ]以 =供超級接合結構’其中n型區域3 64及p型區域鳩不完 王％、’堯溝槽423。在填充溝槽423之前將區域231留在適當位 置或將其移除。在一替代實施例令，區域364在丼區13中合 併在一起。 圖展不替代實施例之橫截面視圖，其中溝槽523形成於 111664.doc •19· 1353025 磊晶區域364中，但不一直延伸穿過區域364。在溝槽523之 側壁及底部或下部表面中引入p型推雜劑以提供一超級接 合結構，其型區域364及P型區域366完全環繞溝槽523。 在後續步驟令，用材料424填充溝槽52^在—替代實施例 中’區域364在井區13中合併在一起。 圖20展示根據本發明之另一實施例用以代替裝置中之 結構61或裝置210中之結構261的超級接合結構361之橫截 面視圖。結構36丨包括形成於漂移區域、井區或磊晶區域213 中之複數個填充溝槽623。填充溝槽623各包含填充溝槽623 之一部分或形成於溝槽623之側壁及下部表面上方的n型摻 雜區域364，及形成於區域364上方的p型摻雜區域566。在 一實施例中，區域566填充填充溝槽623之剩餘部分。使用 例如結合圖13-15描述之蝕刻/磊晶成長方法來形成結構 36卜一額外溝槽隨即形成於區域364之每一者中，且一p型 磊晶層隨即形成於該結構上方，且移除了任何過剩材J以 提供區域566及圖20中所示之所得結構36 j。 因此，顯然根據本發明已提供具有改良之阻斷電壓及比 開放電阻性能之橫向FET結構。該結構併入一超級接合結 構，該超級接合結構包含複數個（至少一對）或多個隔開之填 充溝槽或經填充條狀溝槽或凹槽’該等填充溝槽或經填充 條狀溝槽或凹槽至少部分地限制或約束形成於井區或漂移 區域中、具有相反或交替之傳導性類型的複數個或多個條 狀摻雜區域》 雖然已參考本發明之特定實施例來描述及說明本發明， 1 "664.doc •20- 1^3025 但不希望本發明侷限於該等說明性實施例。例如，可使用 =多填充溝槽，包括具有圓形轉角或圓形底部表面之溝 槽。另外，可使用所揭示之填充材料之組合，包括氧化物/ 氮化物、氧化物/SIP0S、氧化物/多曰曰曰石夕、氧化物/氮化物/ 氧化物、其組合或其類似物。熟習此項技術者將認識到， 可作修改及變動而不脫離本發明之精神。因此，希望本發 明包含屬於附屬專利申請範圍之㈣㈣所有此等變動: 修改。 【圖式簡單說明】 .圖1說明根據本發明之半導體裝置之放大的部分橫截面 ®2根據本發明之第-實施例說明圖1之半導體裝置的一 部分沿參考線Μ截取之放大之部分等角及橫截面視圓； 圖3說明圖！之半導體裝置之部分在早期製 大的部分橫截面視圖； _ 11 4根據本發明之第二實施例說明圖1之半導體裝置的一 部分之放大的部分等角及橫截面視圖； 圖5根據本發明之第三實施例說明圖^之半導體裝置的— 部分之放大的部分等角及橫截面視圖； 圖6 έ兒明本發明> g 月之另一貫施例之一部分的放大的部分等 角及橫截面視圆； 圖7說明本發明夕 _ 之又一貫施例之一部分的放大的部分 角及橫截面视圏； 圖8說明本發明之 月之又實施例之一部分的放大的部分等 Π I664.doc 21 ^53025 角及橫截面視圖； 圖9說明本發明之一額外實施例之一部分的放大的部八 等角及橫截面視圖； 刀 圖10說明根據本發明之一不同實施例之半導體裝置之放 大的部分橫載面視圖； 圖11根據本發明之第一實施例說明圖1〇之半導體裝置之 一部分沿參考線2-2截取的放大之部分等角及橫截面視圖； 圖12根據本發明之第二實施例說明圖1〇之半導體裝置之 一部分沿參考線2-2截取的放大之部分等角及橫截面視圖； 圖13-1 8說明根據本發明之一方法形成之半導體裝置之 一部分在各個製造階段的放大之部分橫截面視圖； 圖19說明根據製造之一替代方法形成之另一半導體裝置 之一部分的放大之部分橫截面視圖；及 圖2 0說明根據本發明之另一半導體裝置之一部分的放大 之部分橫截面視圖。 【主要元件符號說明】 10 MOSFET單元/半導體裝置 11 半導體材料之區域或基板 13 汲極區域/井區 14 主要表面 16 遮罩層 23 溝槽 24 介電材料 31 隔離區域或場區 111664.doc -22- 1353025 33 汲極接觸區域 41 P型高電壓區域（PHV)、主體區域或d 43 η型源極區域 44 ρ型摻雜區域 46 閘極結構 5 1 閘電極 53 薄閘極介電層 58 通道 61 區域或超級接合結構 64 條狀摻雜區域/第一傳導性類型區域 66 條狀摻雜區域/第二傳導性類型區域 71 絕緣層或介電區域 100 裝置 105 溝槽閘極結構 106 閘極介電層 107 傳導電極 111 半導體層 158 垂直通道 171 局部絕緣層或局部介電區域 210 MOSFET單元/半導體裝置 213 漂移或延伸汲極區域/井區/蟲晶區域 223 溝槽 224 介電材料 230 介電層或純化區域 111664.doc -23- 1353025 23 1 局部鈍化區域 261 區域或超級接合結構 264 η型區域 266 第二傳導性類型或ρ型區域 271 局部鈍化區域或局部介電區域 323 溝槽或凹槽 361 超級接合結構 3 64 η型條狀區域或η型磊晶區域/η型摻雜區域
366 ρ型條狀區域 423 第二溝槽 424 材料 523 溝槽 566 ρ型摻雜區域 623 填充溝槽
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Claims (1)

135302$ 〇95ΐ2〇22ι號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年12月）
十、申請專利範圍： 一種用於形成一橫向絕緣閘場效電晶體（IGFET)裝置之 方法，其包含以下步驟： 提供一具有一第一傳導性類型之一漂移區域的半導體 基板，其中S亥半導體基板包含一第二傳導性類型； 在鄰近該漂移區域處形成該第二傳導性類型之一主體 區域； 在鄰近該漂移區域處形成該第一傳導性類型 接觸區域； 在位於該汲極接觸區域與該主體區域之間之該漂移區 域中形成隔開之溝槽； 用該第-傳導性類型之一摻雜劑來摻雜該等隔開之溝 槽之侧壁及下部表面以在該漂移區域内形成第—推雜區 域’其中料第-摻雜區域具有_比該漂移區域更高之 摻雜濃度； 用該第二傳導性類型之—摻雜劑來摻雜該等隔開之溝 广：等側壁及下部表面以在該等第一摻雜區域内形成 :::雜區域，其令每-溝槽具有環繞其下部表面之一 t雜區域及一第二摻雜區域； 用—材料填充該等隔開之溝槽； 域在：主體區域中形成該第-傳導性類型之一源極區 2. 在鄰近該主體區域處形成一閘極結構。 如凊求項1之方法’其中該用 何討填充该等隔開之溝槽 111664-98I230.doc 1353025 之步驟包括用一氧化物、半絕緣多晶矽或多晶矽之一者 填充該等溝槽。 3. 如請求们之方法，其中該用該第一傳導性類型之一換雜 劑來摻雜該等溝槽之該等側壁及下部表面的步驟包括用 該第-傳導性類型之該摻雜劑來摻雜該等隔開之溝槽的 該等側壁及下部表面，其中該等第—摻雜區域在該^移 區域内經隔開。 4. 如請求項3之方法，其中該擦雜該等側壁及下部表面之步 ^括用。亥第-傳導性類型之該摻雜劑來掺雜該等隔開 之溝槽之該等側壁及下部表面，其 .^ 兵〒該專第一摻雜區域 係與該半導體基板隔開的。 5. 如請求項1之方法，且中該用兮筮 劑來摻雜W ，、 ^亥第-傳導性類型之-摻雜 =摻雜㈣隔開之溝槽的該等側壁及下部表面之步驟 :用該第-料性類型之㈣_來摻雜料溝槽之 移\1壁及下部表面，且其中該等第-摻雜區域在該漂 秒h域内經合併在一起。 6. 如請求項5之方法，其中該 m^ ^ 弟傳導性類型之一摻雜 劑來摻雜該等隔開之溝槽的該 勹权m 寸训土及下部表面之步驟 匕括用該第一傳導性類型之一 穋雜劑來摻雜該等隔開之 溝槽的该等側壁及下部表面，发 觸該半導體基板。 -4等第一摻雜區域接 7. 如請求項！之方法，其中 4第一傳導性類型之一摻雜 ===隔開之溝槽的該等側壁及下部表面之㈣ 又離子植入以—在約2·〇χ1013 atoms/cm2至 111664-981230.doc 8. 9. 10 *0x10 atoms/cm2之間的植入劑量進行摻雜。 如凊求項1之方法，其中該提供該具有一漂移區域之半導 體基板之步驟包括提供一具有一漂移區域之半導體基 板’該漂移區域含有-形成於該半導體基板上之屋晶層。 °月求項1之方法，其進一步包含在鄰近該主體區域處形 成一溝槽閘極結構之步驟。 種用於形成一絕緣閘場效電晶體（IGFET)裝置之方 法’其包含下列步驟： 提供一具有一第一傳導性類型之一半導體區域之半導 體基板； 在該半導體區域中形成第一及第二溝槽； 在鄰近該等第一及第二溝槽之側壁及下部表面處形成 該第一傳導性類型之第一區域； 在鄰近該等第一及第二溝槽之側壁及下部表面處形成 一第二傳導性類型之第二區域； 在該等第一及第二溝槽内置放一材料以在該半導體層 内形成一超級接合結構； 在該半導體基板中鄰近該超級接合結構之一側處形成 該第二傳導性類型之一主體區域； 在鄰近該超級接合結構之一相對側處形成該第一傳導 性類型之一汲極接觸區域； 在該主體區域中形成該第一傳導性類梨之一源極區 域；及 在鄰近該主體區域處形成一閘極結構。 111664-981230.doc 1353025 如凊求項10之方法’其中該在該等溝槽中置放該材料之 步称包括置放一選自由一氧化物、半絕緣多晶石夕及多晶 矽組成之一群的材料。 12.如請求項1〇之方法，其中該形成該等第一摻雜區域之步 驟包括以下步驟： 在該半導體區域中形成第一及第二凹槽； 在該第一及該第二凹槽内形成該第一傳導性類型之一 遙晶區域； 在該第一凹槽内形成該第一溝槽，其中該第一溝槽部 分延伸進入該第一凹槽内之該磊晶區域；及 在該第二凹槽内形成該第二溝槽，其中該第二溝槽部 分延伸進入該第二凹槽内之該磊晶區域，且其中該磊晶 區域之圍繞該第一及該第二溝槽之彼部分提供該等第一 推雜區域。 U.如請求項10之方法，其中該形成該等第一摻雜區域之步 驟包括該第一傳導性類型之離子植入摻雜劑。 14. 如請求項10之方法，其中該形成該等第二摻雜區域之步 驟包括該第二傳導性類型之離子植入摻雜劑。 15, 如請求項1〇之方法，其進一步包含在鄰近該主體區域處 形成一溝槽閘極結構之步驟。 16· —種橫向絕緣閘場效電晶體（IgFET)裝置其包含： 一第一傳導性類型之一漂移區域； 形成於該漂移區域中之一第二傳導性類型之一主體區 域； 111664-981230.doc • 4 - 1353025 形成於該漂移區域中之該第-傳導性類型n極接 觸區域； 形成於在該汲極接觸區域與該主體區域之間的該漂移 區域中之第一及第二溝槽； 形成於該等第一及第二溝槽之側壁及下部表面中之該 第一傳導性類型之第一摻雜區域，其中該等第一摻雜區 域具有一比該漂移區域更高之摻雜濃度； 形成於該等第一及第二溝槽之側壁及下部表面中之該 第二傳導性類型之第二摻雜區域，其中該等第一及第二 摻雜區域兩者圍繞該等第一及第二溝槽之該等下部表 面； 形成於該主體區威中之該第一傳導性類型之一源極區 域；及 一形成於鄰近該主體區域處之閘極結構。 17. 如請求項16之裝置，其中在該等第一及第二溝槽内包括 一材料，該材料係遂自一由一氧化物、半絕緣多晶矽及 多晶矽組成之群。 18. 如請求項16之裝置，其中鄰近該第一溝槽之該第一摻雜 區域與鄰近該第二漆槽之該第一摻雜區域在該漂移區域 中被合併。 19. 如請求項16之裝置，其中鄰近該第一溝槽之該第一摻雜 區域係與鄰近該第二溝槽之該第一摻雜區域隔開。 20. 如請求項16之裝置，其進一步包含一形成於該漂移區域 中之溝槽閘極結構。 111664-981230.doc 丄妁3025 2 1 •—種用於形成一橫向絕緣閘場效電晶體（I(iFET)裝置之 方法’其包含下列步驟： 在一第一表面處在一第一傳導性類型之一漂移區域内 形成第一及第二溝槽； 在該等第一及第二溝槽内形成該第一傳導性類型之第 一磊晶層，其中該等第一磊晶層具有一比該半導體區域 更高之摻雜濃度； 在。亥#第一及第二溝槽内在t亥等第一蟲晶層上方形成 一第二傳導性類型之第二磊晶層，其中該等第一及第二 蟲晶層填充該等第—及第二溝槽以提供一超級接合結 構； 在鄰近該第一表面之該超級接合結構之一侧上形成該 第二傳導性類型之一主體區域； 在鄰近該第一表面之該超級接合結構之一相對側上形 成該第一傳導性類型之一汲極接觸區域； 在該主體區域内形成該第一傳導性類型之一源極區 域；及 形成一鄰近該主體區域之閘極結構。 22. 如請求項21之方法，其中該形成該閘極結構之步驟包括 形成溝槽閘極結構。 23. 如請求項21之方法，其進一步包含在鄰近該主體區域處 形成溝槽閘極結構之步驟。 lll664-981230.doc 1353025 第095120221號專利申請案 中文圖式替換頁(98年12月）
111664-fig.doc -6·
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