用于制造豎直半導體器件的方法和豎直半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明的實施例涉及用于制造豎直半導體器件的方法，具體地涉及豎直場效應半導體器件。
【背景技術】
[0002]半導體器件，尤其是諸如金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)和絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)之類的場效應控制的開關器件已經用于各種應用中，包括(但不限于)用作電源供應和電源轉換器、電動汽車、空調以及甚至立體聲系統中的開關。
[0003]具體關于電源應用而言，常常就在低芯片面積A下的低導通電阻Rm(具體地1^乘以A的低乘積)、快速開關和/或低開關損耗來優化半導體器件。此外，常常要保護半導體器件免受可以出現在開關例如電感負載期間的高電壓峰。
[0004]使用用于形成本體區域和相反摻雜類型的源極區域的雙擴散過程制造的具有溝道結構的DM0SFET(雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管)常常被使用，尤其是在大電流和/或高電壓下操作的電源電路中。到目前為止，DM0SFET被實現為平面DM0SFET(即具有平面柵極電極結構的DM0SFET)或者其中絕緣柵極電極形成在延伸到半導體襯底中的溝槽中的溝槽DM0SFET。平面DM0SFET在給定的Rm下要求相對大的芯片面積A，并且從而是相對昂貴的。這尤其適用于具有高于30V的額定擊穿電壓的平面M0SFET。由于溝槽MOSFET (T-MOSFET)的MOS溝道被設計成沿著溝槽的通常豎直的壁，溝槽DM0SFET的單元節距可以被做成小的，從而導致在給定Rm下的相對小的芯片面積A。然而，對于T-MOSFET通常比對于平面MOSFET的制造更加復雜。通常，T-MOSFET降低的芯片面積比較高的處理成本重要。然而，例如汽車應用中的能量有限的產品和/或要求進一步的信號焊盤和布線的所謂的多芯片產品可能不完全受益于T-MOSFET結構的降低的需求芯片面積，因為需求特定的芯片面積以用于在換向期間的能量耗散和/或以用于信號焊盤和/或以用于進一步的布線。這增加了產品的成本。
[0005]出于這些以及其他原因，存在對本發明的需要。
【發明內容】
[0006]根據用于生產豎直半導體器件的方法的一個實施例，該方法包括:提供半導體晶片，具有主表面并且包括第一導電類型的第一半導體層、與第一半導體層形成第一 pn結的第二導電類型的第二半導體層以及與第二半導體層形成第二 Pn結并且延伸到半導體晶片的主表面的第一導電類型的第三半導體層；在主表面上形成硬掩模，該硬掩模包括通過第一開口彼此間隔開的硬掩模部分；使用硬掩模從主表面向第一半導體層中蝕刻深溝槽，使得在主表面處由硬掩模部分的相應部分覆蓋的半導體臺面被形成在深溝槽的毗鄰溝槽之間；填充深溝槽和硬掩模的第一開口 ；以及蝕刻硬掩模以在半導體臺面的主表面處的硬掩模中形成第二開口。
[0007]根據用于生產豎直半導體器件的方法的一個實施例，該方法包括:提供晶片，包括主表面、基本上平行于主表面的第一 pn結以及基本上平行于主表面并且被布置在第一 pn結與主表面之間的第二 pn結；在主表面處形成第一材料的第一硬掩模層；在第一硬掩模層上形成第二材料的第二硬掩模層；在第二硬掩模層上形成包括開口的臺面掩模，臺面掩模限定半導體襯底中的半導體臺面；使用臺面掩模蝕刻第一硬掩模層和第二硬掩模層以形成硬掩模，使得在第一區域中暴露主表面并且形成硬掩模部分，每個硬掩模部分包括第二硬掩模層的剩余部分和第一硬掩模層的剩余部分，第一硬掩模層的剩余部分在基本上平行于主表面的方向上具有比第二硬掩模層的剩余部分更大的延伸；使用硬掩模至少從第一區域向第一 pn結蝕刻深溝槽以形成半導體臺面；以及從主表面的第二區域向半導體臺面中蝕刻淺溝槽，主表面的第二區域基本上對應于第二硬掩模層的剩余部分到主表面上的投影。
[0008]根據豎直半導體器件的一個實施例，豎直半導體器件包括具有后側并且在外圍區域中且在基本上垂直于后側的豎直方向上從后側延伸到半導體本體的第一表面的半導體本體、與半導體本體絕緣的多個柵極電極以及被布置在后側上的后側金屬化結構。在有源區域中半導體本體包括在豎直方向上從第一表面延伸到半導體本體的布置在第一表面上方的主表面的多個間隔開的半導體臺面。在豎直截面中，外圍區域延伸在有源區域與邊緣之間，該邊緣延伸在后側與第一表面之間。在豎直截面中，每個半導體臺面包括第一側壁、第二側壁、延伸在第一側壁與第二側壁之間的第一 pn結以及與半導體臺面歐姆接觸并且從主表面延伸到半導體臺面中的導電區域。每個柵極電極被布置在成對毗鄰的半導體臺面之間并且在豎直方向上跨毗鄰的半導體臺面的第一 pn結延伸。
[0009]在閱讀以下詳細描述并且查看附圖時，本領域技術人員會意識到另外的特征和優點。
【附圖說明】
[0010]圖中的部件未必是按比例的，反而把重點放在說明本發明的原理上。而且，在圖中，同樣的附圖標記指定對應的部分。在附圖中:
[0011]圖1至圖7圖示了在根據一些實施例的方法的方法步驟期間通過半導體本體的豎直截面；并且
[0012]圖8A至圖8D圖示了在根據一些實施例的方法的方法步驟期間通過半導體本體的豎直截面。
【具體實施方式】
[0013]在以下詳細描述中，參照形成其一部分并且通過圖示的方式在其中示出了發明可以被實踐在其中的具體實施例的附圖。在這點上，諸如“頂”、“底”、“前”、“后”、“引向”、“后面”等之類的方向性術語參照所描述的圖的取向定向來使用。因為本發明實施例的部件可以以許多不同定向被定位，所以使用方向性術語以用于圖示的目的并且決不是限制性的。要理解的是，可以利用其它實施例并且可以做出結構或邏輯改變而不脫離本發明的范圍。因此，以下詳細描述不以限制性意義被考慮，并且本發明的范圍由所附權利要求來限定。
[0014]現在將詳細地參照其一個或多個示例被圖示在圖中的各種實施例。每個示例通過說明的方式提供，并且不意在作為本發明的限制。例如，圖示或描述為一個實施例的一部分的特征可以關于或連同其它實施例使用以產生又一實施例。旨在本發明包括這樣的修改和變化。使用特定語言描述了示例，這不應被解釋為限制所附權利要求的范圍。附圖不是按比例的，并且僅為了說明性目的。為了清楚起見，如果不另外聲明，在不同附圖中相同的單元或制造步驟已經由相同的附圖標記指定。
[0015]如在本說明書中使用的術語“水平”旨在描述大致平行于半導體襯底或本體的主表面的定向。例如，這可以是上表面或前表面，但是還可以是晶片或裸片的較低或后側表面。
[0016]如在本說明書中使用的術語“豎直”旨在描述大致布置為垂直于主表面的定向，即平行于半導體襯底或本體的主表面的法線方向。
[0017]如在本說明書中使用的術語“在…上方”和“在…下方”旨在描述在考慮該定向的情況下結構特征到另一結構特征的相對定位。
[0018]在本說明書中，η摻雜被稱為第一導電類型，而P摻雜被稱為第二導電類型。備選地，可以形成具有相反摻雜關系的半導體器件，使得可以P摻雜第一導電類型并且可以η摻雜第二導電類型。此外，一些圖通過緊挨摻雜類型地指示或“ + ”說明了相對摻雜濃度。例如，“η_”意指比“η”摻雜區域的摻雜濃度更小的摻雜濃度，而“η+”摻雜區域具有比“η”摻雜區域更大的摻雜濃度。然而，指示相對摻雜濃度并不意指，相同的相對摻雜濃度的摻雜區域必須具有相同的絕對摻雜濃度，除非另外聲明。例如，兩個不同的η+摻雜區域可以具有不同的絕對摻雜濃度。相同的情況適用于例如η+摻雜和P+摻雜區域。
[0019]本說明書中描述的特定實施例涉及(但不限于)諸如豎直η溝道或P溝道MOSFET或IGBT之類的豎直半導體器件，具體地涉及豎直功率MOSFET和豎直功率IGBT，并且涉及用于制造它們的方法。
[0020]在本說明書的上下文中，術語“M0S”(金屬氧化物半導體)應當被理解為包括更通用的術語“MIS” (金屬絕緣體半導體)。例如，術語MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)應當被理解為包括具有非氧化物的柵極絕緣體的FET (場效應晶體管)，即術語MOSFET分別用在IGFET (絕緣柵場效應晶體管)和MISFET (金屬絕緣體半導體場效應晶體管)的更通用的術語含義中。
[0021]如在本說明書中使用的術語“場效應”旨在描述電場居中的第一導電類型的導電“溝道”的形成和/或第二導電類型的半導體區域(通常第二導電類型的本體區域)中的溝道的導電性和/或形狀的控制。由于場效應，通過溝道區域的單極性電流路徑形成，和/或被控制在第一導電類型的源極區域與第一導電類型的漂移區域之間。漂移區域可以與漏極區域接觸。
[0022]在本說明書的上下文中，術語“柵極電極”旨在描述位于溝道區域旁邊、并且配置用于形成和/或控制溝道區域的電極。術語“柵極電極”應包含位于本體區域旁邊并且通過絕緣區域與本體區域絕緣的電極或導電區域，該絕緣區域形成柵極電介質區域并且配置用于形成和/或通過充電至適當的電壓來控制通過本體區域的溝道區域。
[0023]通常，柵極電極被實現作為溝槽柵極電極，即作為布置在從主表面延伸到半導體襯底或本體中的溝槽中的柵極電極。
[0024]通常，半導體器件是具有用于控制兩個負載金屬化結構之間的負載電流的多個FET單元(諸如MOSFET單元、IGBT單元和反向導電IGBT單元之類的場效應晶體管單元)的有源區域的功率半導體器件。此外，功率半導體器件可以具有外圍區域，該外圍區域具有在從上方看時至少部分地圍繞FET單元的有源區域的至少一個邊緣端接結構。
[0025]在本說明書的上下文中，術語“金屬化結構”旨在描述具有相對于導電性的金屬或近金屬性質的區域或層。金屬化結構可以與半導體區域接觸，以形成電極、焊盤和/或半導體器件的端子。金屬化結構可以由諸如Al、T1、W、Cu和Mo之類的金屬或者諸如NiAl之類的金屬合金制成和/或包括這些金屬或金屬合金，但是金屬化結構還可以由具有相對于導電性的金屬或近金屬性質的材料制成