具有分级横向掺杂的半导体功率装置和形成此装置的方法制造方法及图纸

一种半导体装置包括包含源极/漏极区域的半导体层结构、半导体层结构上的栅极电介质层和栅极电介质层上的栅极电极。源极/漏极区域包括具有第一掺杂剂浓度的第一部分和具有第二掺杂剂浓度的第二部分。第二部分比第一部分更接近于栅极电极的中心。更接近于栅极电极的中心。更接近于栅极电极的中心。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有分级横向掺杂的半导体功率装置和形成此装置的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年6月4日提交的美国专利申请序列No.16/892,604的优先权，该美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及半导体装置，并且更具体而言，涉及功率半导体切换装置。

技术介绍

[0004]金属绝缘半导体场效应晶体管(“MISFET”)是众所周知类型的可以被用作切换装置的半导体晶体管。MISFET是具有栅极、漏极和源极端子以及半导体主体的三端子装置。源极区域和漏极区域形成在半导体主体中，由沟道区域分开，并且栅极电极(可以充当栅极端子或电连接到栅极端子)部署成与沟道区域相邻。可以通过向栅极电极施加偏置电压来接通或关断MISFET。当MISFET接通时(即，它处于其“导通状态”)，电流通过源极区域与漏极区域之间的MISFET的沟道区域传导。当偏置电压被从栅极电极移除(或降低到阈值电平以下)时，电流停止通过沟道区域传导。举例来说，n型MISFET具有n型源极和漏极区域以及p型沟道。因此，n型MISFET具有“n
‑
p
‑
n”设计。当向栅极电极施加足以在电连接n型源极区域和漏极区域的p型沟道区域中产生导电n型反向层的栅极偏置电压时，n型MISFET接通，从而允许n型源极区域与漏极区域之间的多数载流子传导。
[0005]功率MISFET的栅极电极通常通过薄栅极电介质层与沟道区域分开。在大多数情况下，栅极电介质层是氧化物层(例如，氧化硅层)。具有氧化物栅极电介质层的MISFET被称为金属氧化物半导体场效应晶体管(“MOSFET”)。由于氧化物栅极电介质层由于其优越的性质而频繁地被使用，因此本文的讨论将集中在MOSFET上而不是MISFET，但是将认识到的是，本文描述的根据本专利技术的实施例的技术同样适用于具有由氧化物以外的材料形成的栅极电介质层的装置。
[0006]因为MOSFET的栅极电极通过栅极电介质层与沟道区域绝缘，所以要求最小的栅极电流来将MOSFET维持在其导通状态或将MOSFET在其导通状态与其断开状态之间切换。因为栅极与沟道区域形成电容器，所以在切换期间栅极电流保持小。因此，切换期间只要求最小的充电和放电电流，从而允许更简单的栅极驱动电路系统和更快的切换速度。MOSFET可以是独立的装置，或者可以与其它电路装置组合。例如，绝缘栅极双极晶体管(“IGBT”)是包括MOSFET和双极结型晶体管(“BJT”)两者的半导体装置，它结合了MOSFET的高阻抗栅极电极和可以由BJT提供的小导通状态传导损耗。例如，可以将IGBT实现为在输入端处包括高电压n沟道MOSFET和在输出端处包括BJT的达林顿对。BJT的基极电流通过MOSFET的沟道供应，从而允许简化的外部驱动电路(因为驱动电路只对MOSFET的栅极电极进行充电和放电)。
[0007]对可以在其“导通”状态下通过大电流并在其反向阻断状态下阻断大电压(例如，数千伏)的高功率半导体切换装置的需求不断增加。为了支持高电流密度并阻断这种高电压，功率MOSFET和IGBT通常具有垂直结构，其中源极和漏极位于厚半导体层结构的相对侧，
以便阻断更高的电压电平。在非常高功率的应用中，半导体切换装置通常形成在宽带隙半导体材料系统中(在本文中，术语“宽带隙半导体”包括任何具有至少1.4eV带隙的半导体)，诸如例如碳化硅(“SiC”)，它具有多个有利的特性，包括例如高电场击穿强度、高热导率、高熔点和高饱和电子漂移速度。相对于使用诸如例如硅之类的其它半导体材料形成的装置，使用碳化硅形成的电子装置可以具有在更高温度、高功率密度、更高速度、更高功率水平和/或在高辐射密度下操作的能力。
[0008]功率MOSFET的一种故障机制是栅极电介质层的所谓“击穿”。在功率MOSFET的阻断操作期间增加的反向偏置下，施加到栅极电介质层的高电场可能造成泄露电流在装置中流动。当栅极电介质(例如，栅极氧化物)的质量较低时，这种泄漏电流可能在较低的反向偏置值下发生。例如，较低质量的电介质可能在栅极电介质的材料内具有弱化和/或断裂的键，这可能形成电荷陷阱。此类陷阱可能在反向偏置期间贡献于泄露电流，这可能造成功率MOSFET过早故障。

技术实现思路

[0009]依据本专利技术的实施例，一种半导体装置包括：半导体层结构，包括源极/漏极区域；半导体层结构上的栅极电介质层；以及位于栅极电介质层上的栅极电极。源极/漏极区域包括具有第一掺杂剂浓度的第一部分和具有第二掺杂剂浓度的第二部分，第二掺杂剂浓度低于第一掺杂剂浓度，并且第二部分比第一部分更接近于栅极电极的中心。
[0010]在一些实施例中，栅极电极在源极/漏极区域的第二部分上延伸。
[0011]在一些实施例中，源极/漏极区域的第一部分的侧边界从源极/漏极区域的第二部分的侧边界横向偏移至之间的距离。
[0012]在一些实施例中，第一部分的第一掺杂剂浓度比第二部分的第二掺杂剂浓度大一到三个数量级。
[0013]在一些实施例中，半导体装置还包括在源极/漏极区域的第一部分与第二部分之间的界面。
[0014]在一些实施例中，栅极电极的边缘和源极/漏极区域的第一部分与第二部分之间的界面横向分开至
[0015]在一些实施例中，源极/漏极区域的第一部分的第一底表面与源极/漏极区域的第二部分的第二底表面处于不同的水平处。
[0016]在一些实施例中，在源极/漏极区域的第二部分之上的栅极电介质层的厚度基本上是均匀的。
[0017]在一些实施例中，半导体层结构包括包含碳化硅的基板。
[0018]依据本专利技术的实施例，一种半导体装置包括：半导体层结构，该半导体层结构包括第一导电类型的漂移层；漂移层中的第二导电类型的阱区域；以及在阱区域中的第一导电类型的源极/漏极区域，该源极/漏极区域在源极/漏极区域的第一部分中具有第一掺杂浓度并在源极/漏极区域的从第一部分横向偏移的第二部分中具有不同于第一掺杂浓度的第二掺杂浓度。
[0019]在一些实施例中，半导体层结构还包括包含碳化硅的基板。
[0020]在一些实施例中，第一部分的第一掺杂剂浓度比第二部分的第二掺杂剂浓度大一到三个数量级之间。
[0021]在一些实施例中，源极/漏极区域的第二部分在源极/漏极区域的第一部分与阱区域之间。
[0022]在一些实施例中，源极/漏极区域的第一部分的第一底表面与源极/漏极区域的第二部分的第二底表面处于不同的水平处。
[0023]在一些实施例中，半导体装置还包括在半导体层结构上的栅极电介质层和在栅极电介质层上的栅极电极。
[0024]在一些实施例中，栅极电极与源极/漏极区域的第二部分而不与源极/漏极区域的第一部分重叠。
[0025]在一些实施例中，在源极/漏极区域的第二部分之上的栅极电介质层的厚度基本上是均匀的。
[0026]依据本专利技术的实施例，一种形成半导体装置的方法包括：在基板上提供漂移层；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，包括：半导体层结构，包括源极/漏极区域；所述半导体层结构上的栅极电介质层；以及所述栅极电介质层上的栅极电极，其中，所述源极/漏极区域包括具有第一掺杂剂浓度的第一部分和具有第二掺杂剂浓度的第二部分，其中，所述第二掺杂剂浓度低于所述第一掺杂剂浓度，以及其中，所述第二部分比所述第一部分更接近于所述栅极电极的中心。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述栅极电极在所述源极/漏极区域的所述第二部分上延伸。3.根据权利要求1或权利要求2所述的半导体装置，其中，所述源极/漏极区域的所述第一部分的侧边界从所述源极/漏极区域的所述第二部分的侧边界横向偏移至之间的距离。4.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的半导体装置，其中，所述第一部分的第一掺杂剂浓度比所述第二部分的第二掺杂剂浓度大一到三个数量级之间。5.根据权利要求1
‑
4中的任一项所述的半导体装置，还包括在所述源极/漏极区域的所述第一部分与所述第二部分之间的界面。6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，所述栅极电极的边缘和所述源极/漏极区域的所述第一部分与所述第二部分之间的界面横向分离至7.根据权利要求1
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6中的任一项所述的半导体装置，其中，所述源极/漏极区域的所述第一部分的第一底表面与所述源极/漏极区域的所述第二部分的第二底表面处于不同的水平处。8.根据权利要求1
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7中的任一项所述的半导体装置，其中，在所述源极/漏极区域的所述第二部分之上的所述栅极电介质层的厚度基本上是均匀的。9.根据权利要求1
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8中的任一项所述的半导体装置，其中，所述半导体层结构包括含有碳化硅的基板。10.一种半导体装置，包括半导体层结构，所述半导体层结构包括：第一导电类型的漂移层；所述漂移层中的第二导电类型的阱区域；以及在所述阱区域中的第一导电类型的源极/漏极区域，所述源极/漏极区域在所述源极/漏极区域的第一部分中具有第一掺杂浓度并在所述源极/漏极区域的从所述第一部分横向偏移的第二部分中具有不同于所述第一掺杂浓度的第二掺杂浓度。11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述半导体层结构还包括含有碳化硅的基板。12.根据权利要求10或权利要求11所述的半导体装置，其中，所述第一部分的第一掺杂剂浓度比所述第二部分的第二掺杂剂浓度大一到三个数量级之间。13.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，所述源极/漏极区域的所述第二部分在所述源极/漏极区域的所述第一部分与所述阱区域之间。
14.根据权利要求10或权利要求13所述的半导体装置，其中，所述源极/漏极区域的所述第一部分的第一底表面与所述源极/漏极区域的所述第二部分的第二底表面处于不同的水平处。15.根据权利要求10或权利要求13所述的半导体装置，还包括：在所述半导体层结构上的栅极电介质层；以及在所述栅极电介质层上的栅极电极。16.根据权利要求15所述的半导体装置，其中，所述栅极电极与所述源极/漏极区域的所述第二部分而不与所述源极/漏极区域的所述第一部分重叠。17.根据权利要求15所述的半导体装置，其中，在所述源极/漏极区域的所述第二部分之上的所述栅极电介质层的厚度基本上是均匀的。18.一种形成半导体装置的方法，包括：在基板上提供漂移层；以第一掺杂剂剂量在所述漂移层中离子注入源极/漏极区域的第一部分；以及以不同于所述第一掺杂剂剂量的第二掺杂剂剂量在所述源极/漏极区域的所述第一部分中离子注入所述源极/漏极区域的第二部分。19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第一掺杂剂剂量在1x10
12
掺杂剂/cm2至1x10
15
掺杂剂/cm2之间。20.根据权利要求18或权利要求19所述的方法，其中，所述第二掺杂剂剂量在5x10
14
掺杂剂/cm2至5x10
16
掺杂剂/cm2之间。21.根据权利要求18所述的方法，还包括，在对所述源极/漏极区域的所述第一部分进行离子注入之前，在所述漂移层中离子注入具有与所述源极/漏极区域的导电类型相反的导电类型的阱区域。22.根据权利要求21所述的方法，其中，以介于1x10
12
掺杂剂/cm2至1x10
14
掺杂剂/cm2之间的第三掺杂剂剂量执行所述阱区域的离子注入。23.根据权利要求18或权利要求21所述的方法，其中，所述源极/漏极区域的所述第一部分的侧边界从所述源极/漏极区域的所述第二部分的侧边界横向偏移至之间的距离。24.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：沃孚半导体公司，
类型：发明
国别省市：