專利名稱：邊緣端接區(qū)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的邊緣端接區(qū)(edge termination region)及其制造方法。
背景技術(shù)：
多種方法用于處理半導(dǎo)體器件的邊緣。一般來說，本發(fā)明是為了避免由于邊緣效應(yīng)導(dǎo)致的半導(dǎo)體器件的擊穿。在US2010/0001362中教導(dǎo)了使用已知為“減小的表面場(reduced surface field) ”效應(yīng)的現(xiàn)有技術(shù)方法實現(xiàn)邊緣端接?！皽p小的表面場”通?？s寫為RESURF。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有邊緣端接區(qū)的半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的發(fā)明人旨在有效地提供一種邊緣端接區(qū)中的RESURF結(jié)構(gòu)，以與不具有 RESURF結(jié)構(gòu)的布置相比，增加器件的擊穿電壓。如上所述，在US2010/0001362中教導(dǎo)了實現(xiàn)這種RESURF結(jié)構(gòu)的一種方法。這種方法使用柱子(pillar)來實現(xiàn)合適的結(jié)構(gòu)。當(dāng)將這種柱子集成到傳統(tǒng)工藝中時，執(zhí)行集成的一種便利步驟是在已知為接觸開口的掩模步驟之后，即在沉積絕緣體(例如正硅酸乙酯，TE0S)和在絕緣體中產(chǎn)生開口之后。可以在此時使用絕緣體來執(zhí)行離子注入，產(chǎn)生多個柱子用作RESURF結(jié)構(gòu)，以保護(hù)半導(dǎo)體器件的其余部分。這種方法的問題當(dāng)然在于注入只發(fā)生在絕緣體中存在開口的區(qū)域中。 這在有源區(qū)中很好，但是在邊緣端接區(qū)中不容易實現(xiàn)。具體地，為了隔離的目的，在柵極金屬和源極金屬之間需要間隙，并且在這種間隙中不可能放置觸點。因此，柱子不能設(shè)置在這種間隙中，其結(jié)果是在這一區(qū)域中可能在較低的電壓下就發(fā)生擊穿。為了解決這一問題，本發(fā)明的發(fā)明人所采用的方案是在中間區(qū)中使用不同的 RESURF效應(yīng)，即通過在這一區(qū)域中柵極溝槽的兩側(cè)均結(jié)合隔離指狀物。柵極溝槽用于將邊緣柵極溝槽與中心有源區(qū)中半導(dǎo)體器件的柵極相連。另一個原因在于為了節(jié)省硅面積，確實是節(jié)省一個掩模，便利方式是在半導(dǎo)體器件的邊緣區(qū)上沉積柵極金屬，并且將柵極金屬與這一區(qū)域中溝槽中的邊緣柵極導(dǎo)體相連。 在這種情況下，柵極金屬可以導(dǎo)致顯著地增加?xùn)艠O-漏極電容，所述柵極-漏極電容會嚴(yán)重地影響器件的性能。通過提供與柵極指狀物相交替的隔離指狀物，可以在這一區(qū)域中實現(xiàn)“減小的表面場”(“RESURF”)效應(yīng)。這可以改善電容效應(yīng)，尤其減小柵極-漏極電容。在另一方面，本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求11所教導(dǎo)的制造半導(dǎo)體器件的方法。


為了更好理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖并且只作為示例描述實施例，其中
圖1示出了本發(fā)明第一實施例的頂視圖；圖2示出了本發(fā)明第一實施例的制造階段，沿圖1的A-A線得到的側(cè)面截面圖；圖3示出了本發(fā)明第一實施例的后續(xù)制造階段，沿圖1的A-A線得到的側(cè)面截面圖；圖4示出了本發(fā)明的第二實施例；圖5示出了本發(fā)明的第三實施例；以及圖6示出了本發(fā)明的第四實施例。相同的參考數(shù)字在不同的附圖中用于相同或相應(yīng)的特征，并且不必重復(fù)涉及這些特征的描述。附圖是示意性的，并且沒有按比例繪制。
具體實施例方式參考圖1至圖3，圖1示出了根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體器件在沉積柵極和源極金屬化物(metallisation)之前的制造階段的頂視圖，盡管圖1確實用虛線示出了其中沉積這些金屬化物的相關(guān)區(qū)域，以及圖2是這一階段的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。圖3示出了在沉積柵極和源極金屬化物之后的情況。半導(dǎo)體器件包括邊緣端接區(qū)2和中心區(qū)4。因此，圖1的左側(cè)邊緣是半導(dǎo)體器件的邊緣，圖1的右側(cè)是中心區(qū)，在該實施例中，中心區(qū)包括高壓半導(dǎo)體器件。因此，圖1中從頂部到底部的方向是圓周方向，繞著器件的周長，而從左到右的方向是徑向，從邊緣朝著中心區(qū)4。半導(dǎo)體器件的中心區(qū)4包括柵極溝槽6，柵極溝槽6與半導(dǎo)體本體區(qū)8相交替。用垂直線示出了柵極溝槽。在所述示例中，柵極溝槽的深度是0. 4 μ m到1. 2 μ m，在一些情況下高至1.8μπι。柵極溝槽包括絕緣的側(cè)壁(insulated sidewall)，并且填充有導(dǎo)電柵極。 提供了源極區(qū)52和漏極區(qū)60，漏極區(qū)由襯底構(gòu)成。如現(xiàn)有技術(shù)已知的，柵極溝槽6中的柵極控制源極52和漏極60之間的垂直傳導(dǎo)。在半導(dǎo)體本體中形成各種部件之后，沉積絕緣體層(在示例中是TE0S) 54和通過單個掩模限定各種接觸區(qū)。在中心區(qū)4中，將源極接觸區(qū)10限定在半導(dǎo)體本體區(qū)8的頂部處，以提供源極接觸。源極金屬12設(shè)置在這一區(qū)域上(圖幻，向源極接觸區(qū)提供電接觸。半導(dǎo)體器件從而在中心區(qū)4中包括垂直高壓場效應(yīng)晶體管，源極52位于頂部且漏極60是襯底，這一示例中的高壓場效應(yīng)晶體管由單一的場效應(yīng)晶體管構(gòu)成，該場效應(yīng)晶體管配置作為具有器件單元間距的重復(fù)單元，在該示例中器件單元間距是1. 7μπι。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是存在可以在中心區(qū)中形成的其他類型的器件。 例如，也可以形成橫向(lateral)場效應(yīng)晶體管。中心區(qū)也可以包括具有多個部件的集成電路。在邊緣端接區(qū)2中形成的邊緣端接按照不要求太多附加掩?；蚬に嚨姆绞叫纬伞?邊緣端接包括例如延伸1. 0 μ m到8. 0 μ m深度的深溝槽20、34，在該示例中深度是2 μ m。隔離區(qū)14形成于邊緣端接區(qū)2和中心區(qū)4之間。隔離區(qū)14包括沿徑向延伸的隔離指狀物22、24。中間半導(dǎo)體區(qū)36保持將隔離指狀物22J4與柵極指狀物18相分離。
柵極溝槽6具體地包括在邊緣端接區(qū)中的邊緣柵極溝槽觀和在邊緣柵極溝槽中限定的柵極接觸30。按照與源極接觸10相同的方式和相同的工藝定義柵極接觸30。與隔離指狀物22J4相交替的柵極指狀物18將邊緣柵極溝槽觀與中心區(qū)4中的柵極溝槽6相連。柵極金屬32在邊緣端接區(qū)上延伸，并且提供與柵極接觸30的電連接，從而提供與邊緣柵極溝槽觀的電連接，并且提供經(jīng)由柵極指狀物18至柵極溝槽6的電連接。按照這種方式，柵極端接區(qū)2用于柵極連接，從而避免了需要分離的區(qū)域來連接?xùn)艠O。隔離指狀物包括第一隔離指狀物22，從深溝槽20向內(nèi)延伸，從這些溝槽經(jīng)過邊緣柵極溝槽觀；以及第二隔離指狀物對，所述第二隔離指狀物沒有與深溝槽20相連，但是與邊緣柵極溝槽觀對齊、從邊緣柵極溝槽觀向內(nèi)朝著中心區(qū)4延伸。注意，深溝槽20、第一隔離指狀物22和第二隔離指狀物M在單一工藝中形成。深溝槽20、34以及第一和第二隔離指狀物22J4具有厚的氧化物側(cè)壁，并且填充有導(dǎo)電多晶硅。導(dǎo)電多晶硅可以是P型或η型的，但是方便的是摻雜濃度足夠高，使得多晶硅有效地用作導(dǎo)體。在隔離指狀物22J4上限定了溝槽接觸沈，這些溝槽接觸以與源極接觸10和柵極接觸30相同的工藝形成。溝槽接觸沈與源極金屬12相連，源極金屬因此不只與中心區(qū) 4中的源極接觸10交疊，而且也與隔離區(qū)14交疊，使得配置成深溝槽20和隔離指狀物22、 24與源極相連。注意是第一隔離指狀物22與深溝槽20相連，提供與這些深溝槽20的源極連接。還應(yīng)該注意的是存在不與源極相連的外部深溝槽34，這不會引起什么問題。通過邊緣柵極溝槽觀和包含有源器件的中心區(qū)4之間的源極相連隔離指狀物22、 Μ，通過隔離區(qū)14中減小的表面場效應(yīng)將邊緣區(qū)中的邊緣柵極溝槽的電容從器件屏蔽。為了制造這種器件，在中心區(qū)4中的器件制造是相對標(biāo)準(zhǔn)的，因此將不再詳細(xì)描述。具體地，具有柵極溝槽6、本體8以及源極和漏極52、60的垂直場效應(yīng)晶體管的形成是已知的。制造的一個方面是值得指出的。通過比本體8更高的η型載流子密度的注入?yún)^(qū)形成源極52。通過使用具有源極-η掩模邊緣50的源極-η掩模(圖1)對其進(jìn)行圖案化，使得源極52不會到達(dá)源極接觸10的外邊緣。這種掩模確保了在邊緣端接區(qū)中不存在源極52， 而在邊緣端接區(qū)中可能產(chǎn)生寄生ηρη晶體管，如果高的雪崩電流流過其中時可能會引起故障。在替代的實施例中，消除了源極-η掩模，并且在半導(dǎo)體器件的整個表面上執(zhí)行源極52的注入，這依賴于通過所述結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的改善的擊穿。在有源區(qū)中柵極溝槽6的制造期間，將相同的掩模和工藝步驟用于形成如上所述和如圖1所示的邊緣柵極溝槽觀和柵極指狀物18。隔離限定掩模用于在單次操作中形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深溝槽20、34、以及指狀物22、24。原理上來說，這一步驟可以在制造柵極溝槽之前或之后進(jìn)行。在形成半導(dǎo)體本體和本體中的結(jié)構(gòu)之后，將TEOS層M沉積到整個結(jié)構(gòu)上，并且形成接觸開口 30、26、10。在這一階段，ρ型柱子56沉積穿過中心區(qū)4中的源極接觸開口 10。 這些提供了中心區(qū)4中的RESURF效應(yīng)。ρ型柱子從而與源極接觸開口 10對齊。注意源極、本體和漏極的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)保持與柵極溝槽6相鄰，因為源極接觸開口 10不會延伸到遠(yuǎn)至柵極溝槽。因此，維持了半導(dǎo)體器件的功能。通過相同的開口 30、26、10執(zhí)行(未示出)另外的刻蝕，壕溝刻蝕(moat etch)，這種壕溝刻蝕與深溝槽相比相對較淺。然后，沉積金屬層，并且使用另外的掩模對該層進(jìn)行圖案化以形成柵極金屬32和源極金屬12，柵極金屬與柵極接觸30相連，而源極金屬與源極接觸10和溝槽接觸沈相連。壕溝刻蝕意味著金屬層不只在表面而且也在壕溝的側(cè)面處接觸多晶硅，這可以用于改善柵極金屬32和源極金屬12的連接。如果不要求這種改善，則也可以省略壕溝刻蝕。應(yīng)該注意的是附圖沒有按比例繪制，實際上在圖3的金屬化物層頂部中所示的略微下降(slight dips)在實際生活中可以是相對較深的溝槽，深度與寬度的量級相同或者深度是寬度的兩倍。如果需要，可以用鎢插塞填充這些溝槽。這種結(jié)構(gòu)的多種其他方面是值得注意的。首先，邊緣柵極溝槽觀和隔離指狀物22J4的區(qū)域中的邊緣單元間距(edge cell pitch)與中心區(qū)4中的器件單元間距不相同。邊緣柵極溝槽的間距相當(dāng)大，這允許足夠的空間用于屏蔽隔離指狀物22、24。中心區(qū)中的器件的柵極溝槽6與邊緣柵極溝槽28處的柵極金屬32相連，邊緣柵極溝槽觀比所述結(jié)構(gòu)中其他地方的柵極溝槽更寬。這改善了與柵極的連接。這種結(jié)構(gòu)包括浮置的中間半導(dǎo)體區(qū)36。在許多示例中，這不會引起問題，因為面積非常小，并且這些區(qū)域由深溝槽、隔離指狀物22、對所包圍。然而，在圖4所示的替代實施例中的器件結(jié)構(gòu)的變化確保了這些中間半導(dǎo)體區(qū)不是浮置的，而是源極連接的中間半導(dǎo)體區(qū)38。這是通過將中間半導(dǎo)體區(qū)38與中心區(qū)4中的源極區(qū)8相連的橋接40來確保的。在圖5中示出了圖1的器件結(jié)構(gòu)的用于實現(xiàn)相同結(jié)果的替代變化。在這種情況下，隔離指狀物22J4每一個一分為二，S卩外部區(qū)44、內(nèi)部區(qū)46以及外部區(qū)和內(nèi)部區(qū)之間的橋接42。源極接觸47設(shè)置在外部區(qū)44、內(nèi)部區(qū)46和所述橋接的每一個中，以將它們的每一個都與源極金屬12相連。因此在該實施例中，橋接42提供隔離區(qū)中半導(dǎo)體的源極連接。在圖6中示出了另外的變體。在這種情況下，用與邊緣柵極溝槽觀簡單地交替的單組隔離指狀物22來代替第一和第二隔離指狀物22、24。在這種情況下，邊緣柵極溝槽取向為朝著中心區(qū)4延伸，而不是如圖1至圖3實施例那樣圓周地延伸。另外在所示示例中，隔離指狀物22、24與源極相連，但是在替代實施例中，隔離指狀物可以保留為浮置的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)識到修改是可能的。例如，術(shù)語“源極金屬”和“柵極金屬”中的術(shù)語“金屬”并非意欲排除并非嚴(yán)格意義上的純金屬的金屬導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，具有邊緣端接區(qū)，所述器件包括中心區(qū)G)，形成具有半導(dǎo)體本體(8)的至少一個場效應(yīng)晶體管，所述場效應(yīng)晶體管具有源極(52)、漏極(60)和柵極；邊緣端接區(qū)O)，包括至少一個深溝槽隔離區(qū)00)和多個邊緣柵極溝槽區(qū)( )，所述邊緣柵極溝槽區(qū)08)包括溝槽中的絕緣柵極；以及邊緣端接區(qū)(2)和中心區(qū)(4)之間的隔離區(qū)(14)，所述隔離區(qū)包括從邊緣柵極溝槽區(qū) (28)延伸至中心區(qū)(4)中的柵極溝槽(6)的柵極指狀物(18)，以將邊緣柵極溝槽區(qū)與中心區(qū)中的柵極溝槽(6)電連接，并且所述隔離區(qū)還包括從邊緣端接區(qū)( 朝著中心區(qū)(4)延伸的導(dǎo)電隔離指狀物02、對)、以及柵極指狀物(1 之間的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源極(5 是第一導(dǎo)電類型的，所述源極通過多個源極接觸(10)與源極金屬(1 相連，所述半導(dǎo)體器件還包括第二導(dǎo)電類型的區(qū)域，從所述源極接觸延伸到半導(dǎo)體本體中以減小中心區(qū)⑷中的擊穿電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源極金屬(1 還與隔離指狀物02、 24)上的溝槽接觸(沈，47)相連，以將所述隔離指狀物與源極相連。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，還包括邊緣柵極溝槽區(qū)上的柵極金屬 (32)，所述柵極金屬通過邊緣柵極溝槽區(qū)上的柵極接觸(30)與邊緣柵極溝槽區(qū)相連，以向半導(dǎo)體器件提供柵極連接。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，其中所述中心區(qū)(4)包括具有源極間距的多個源極接觸，并且所述多個邊緣柵極溝槽區(qū)08)的間距大于所述源極間距。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，還包括所述邊緣端接區(qū)中的η阱(58)。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，還包括邊緣端接區(qū)( 上的柵極金屬 (34)，所述柵極金屬與邊緣柵極溝槽區(qū)0 中的柵極接觸(30)直接接觸，以向半導(dǎo)體器件提供柵極連接。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，其中所述隔離指狀物(22、24)包括第一組隔離指狀物(22)，是深溝槽隔離區(qū)OO)的延伸；以及第二組隔離指狀物(M)，通過邊緣柵極溝槽區(qū)08)與深溝槽隔離區(qū)OO)相分離，并且與第一組隔離指狀物相交替。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的半導(dǎo)體器件，其中所述隔離指狀物0 各自是深溝槽隔離區(qū)OO)的延伸，以及所述隔離指狀物0 與邊緣柵極溝槽區(qū)08)相交替。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，其中至少一些隔離指狀物具有外部區(qū) (44)和內(nèi)部區(qū)(46)，所述外部區(qū)是深溝槽隔離區(qū)OO)的延伸，所述內(nèi)部區(qū)06)通過指狀物半導(dǎo)體區(qū)G2)與外部區(qū)相分離；所述半導(dǎo)體器件還包括在至少一些所述隔離指狀物的外部區(qū)G4)、指狀物半導(dǎo)體區(qū) (42)和內(nèi)部區(qū)06)的每一個中的源極接觸(47)，所述源極接觸與源極金屬(1 相連。
11.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括(a)形成具有至少一個場效應(yīng)晶體管的中心區(qū)G)，所述場效應(yīng)晶體管具有第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體本體(8)，所述場效應(yīng)晶體管具有源極(52)、漏極(60)和柵極；(b)形成邊緣端接區(qū)O)，所述邊緣端接區(qū)包括至少一個深溝槽隔離區(qū)OO)和多個邊緣柵極溝槽區(qū)(觀)，所述邊緣柵極溝槽區(qū)08)包括溝槽中的絕緣柵極；(c)在邊緣端接區(qū)(2)和中心區(qū)(4)之間形成隔離區(qū)(14)，所述隔離區(qū)包括柵極指狀物(18)，所述柵極指狀物從邊緣柵極溝槽區(qū)08)延伸至中心區(qū)(4)中的柵極，并且所述隔離區(qū)還包括從邊緣端接區(qū)(2)朝著中心區(qū)(4)延伸的導(dǎo)電隔離指狀物02、M)以及所述柵極指狀物(1 之間的柵極；其中步驟(a)、(b)和(c)能夠按照任意順序執(zhí)行和/或并發(fā)執(zhí)行，所述方法還包括(d)沉積絕緣層(52)；(e)在絕緣層中形成接觸開口(47,30,26,10)；以及(f)通過接觸開口注入與第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型的區(qū)域，用于提高所述器件的擊穿電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括在整個半導(dǎo)體器件上注入比半導(dǎo)體本體摻雜濃度高的摻雜濃度的第一導(dǎo)電類型的區(qū)域，以在中心區(qū)中形成源極(52)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，還包括在邊緣端接區(qū)O)中注入第二導(dǎo)電類型的反摻雜，以減小邊緣端接區(qū)O)中的半導(dǎo)體表面處的第一導(dǎo)電類型的摻雜。
全文摘要
在具有深溝槽(20、34)邊緣端接區(qū)(2)和中心區(qū)(4)之間形成隔離區(qū)(14)。隔離區(qū)包括從邊緣柵極溝槽區(qū)(28)延伸至中心區(qū)(4)中的柵極溝槽(6)的柵極指狀物(18)，以將邊緣柵極溝槽區(qū)與中心區(qū)中的柵極溝槽(6)電連接。隔離區(qū)也包括從邊緣端接區(qū)朝著中心區(qū)(4)延伸的隔離指狀物(22、24)以及柵極指狀物(18)之間的柵極，用于利用RESURF效應(yīng)減小擊穿電壓。
文檔編號H01L21/336GK102376750SQ20111023083
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者史蒂文·T·皮克, 菲爾·魯特 申請人:Nxp股份有限公司