用于制造竖直半导体器件的方法和竖直半导体器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及用于制造竖直半导体器件的方法，具体地涉及竖直场效应半导体器件。
【背景技术】
[0002]半导体器件，尤其是诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)之类的场效应控制的开关器件已经用于各种应用中，包括(但不限于)用作电源供应和电源转换器、电动汽车、空调以及甚至立体声系统中的开关。
[0003]具体关于电源应用而言，常常就在低芯片面积A下的低导通电阻Rm(具体地1^乘以A的低乘积)、快速开关和/或低开关损耗来优化半导体器件。此外，常常要保护半导体器件免受可以出现在开关例如电感负载期间的高电压峰。
[0004]使用用于形成本体区域和相反掺杂类型的源极区域的双扩散过程制造的具有沟道结构的DM0SFET(双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管)常常被使用，尤其是在大电流和/或高电压下操作的电源电路中。到目前为止，DM0SFET被实现为平面DM0SFET(即具有平面栅极电极结构的DM0SFET)或者其中绝缘栅极电极形成在延伸到半导体衬底中的沟槽中的沟槽DM0SFET。平面DM0SFET在给定的Rm下要求相对大的芯片面积A，并且从而是相对昂贵的。这尤其适用于具有高于30V的额定击穿电压的平面M0SFET。由于沟槽MOSFET (T-MOSFET)的MOS沟道被设计成沿着沟槽的通常竖直的壁，沟槽DM0SFET的单元节距可以被做成小的，从而导致在给定Rm下的相对小的芯片面积A。然而，对于T-MOSFET通常比对于平面MOSFET的制造更加复杂。通常，T-MOSFET降低的芯片面积比较高的处理成本重要。然而，例如汽车应用中的能量有限的产品和/或要求进一步的信号焊盘和布线的所谓的多芯片产品可能不完全受益于T-MOSFET结构的降低的需求芯片面积，因为需求特定的芯片面积以用于在换向期间的能量耗散和/或以用于信号焊盘和/或以用于进一步的布线。这增加了产品的成本。
[0005]出于这些以及其他原因，存在对本发明的需要。
【发明内容】
[0006]根据用于生产竖直半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括:提供半导体晶片，具有主表面并且包括第一导电类型的第一半导体层、与第一半导体层形成第一 pn结的第二导电类型的第二半导体层以及与第二半导体层形成第二 Pn结并且延伸到半导体晶片的主表面的第一导电类型的第三半导体层；在主表面上形成硬掩模，该硬掩模包括通过第一开口彼此间隔开的硬掩模部分；使用硬掩模从主表面向第一半导体层中蚀刻深沟槽，使得在主表面处由硬掩模部分的相应部分覆盖的半导体台面被形成在深沟槽的毗邻沟槽之间；填充深沟槽和硬掩模的第一开口 ；以及蚀刻硬掩模以在半导体台面的主表面处的硬掩模中形成第二开口。
[0007]根据用于生产竖直半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括:提供晶片，包括主表面、基本上平行于主表面的第一 pn结以及基本上平行于主表面并且被布置在第一 pn结与主表面之间的第二 pn结；在主表面处形成第一材料的第一硬掩模层；在第一硬掩模层上形成第二材料的第二硬掩模层；在第二硬掩模层上形成包括开口的台面掩模，台面掩模限定半导体衬底中的半导体台面；使用台面掩模蚀刻第一硬掩模层和第二硬掩模层以形成硬掩模，使得在第一区域中暴露主表面并且形成硬掩模部分，每个硬掩模部分包括第二硬掩模层的剩余部分和第一硬掩模层的剩余部分，第一硬掩模层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层的剩余部分更大的延伸；使用硬掩模至少从第一区域向第一 pn结蚀刻深沟槽以形成半导体台面；以及从主表面的第二区域向半导体台面中蚀刻浅沟槽，主表面的第二区域基本上对应于第二硬掩模层的剩余部分到主表面上的投影。
[0008]根据竖直半导体器件的一个实施例，竖直半导体器件包括具有后侧并且在外围区域中且在基本上垂直于后侧的竖直方向上从后侧延伸到半导体本体的第一表面的半导体本体、与半导体本体绝缘的多个栅极电极以及被布置在后侧上的后侧金属化结构。在有源区域中半导体本体包括在竖直方向上从第一表面延伸到半导体本体的布置在第一表面上方的主表面的多个间隔开的半导体台面。在竖直截面中，外围区域延伸在有源区域与边缘之间，该边缘延伸在后侧与第一表面之间。在竖直截面中，每个半导体台面包括第一侧壁、第二侧壁、延伸在第一侧壁与第二侧壁之间的第一 pn结以及与半导体台面欧姆接触并且从主表面延伸到半导体台面中的导电区域。每个栅极电极被布置在成对毗邻的半导体台面之间并且在竖直方向上跨毗邻的半导体台面的第一 pn结延伸。
[0009]在阅读以下详细描述并且查看附图时，本领域技术人员会意识到另外的特征和优点。
【附图说明】
[0010]图中的部件未必是按比例的，反而把重点放在说明本发明的原理上。而且，在图中，同样的附图标记指定对应的部分。在附图中:
[0011]图1至图7图示了在根据一些实施例的方法的方法步骤期间通过半导体本体的竖直截面；并且
[0012]图8A至图8D图示了在根据一些实施例的方法的方法步骤期间通过半导体本体的竖直截面。
【具体实施方式】
[0013]在以下详细描述中，参照形成其一部分并且通过图示的方式在其中示出了发明可以被实践在其中的具体实施例的附图。在这点上，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“引向”、“后面”等之类的方向性术语参照所描述的图的取向定向来使用。因为本发明实施例的部件可以以许多不同定向被定位，所以使用方向性术语以用于图示的目的并且决不是限制性的。要理解的是，可以利用其它实施例并且可以做出结构或逻辑改变而不脱离本发明的范围。因此，以下详细描述不以限制性意义被考虑，并且本发明的范围由所附权利要求来限定。
[0014]现在将详细地参照其一个或多个示例被图示在图中的各种实施例。每个示例通过说明的方式提供，并且不意在作为本发明的限制。例如，图示或描述为一个实施例的一部分的特征可以关于或连同其它实施例使用以产生又一实施例。旨在本发明包括这样的修改和变化。使用特定语言描述了示例，这不应被解释为限制所附权利要求的范围。附图不是按比例的，并且仅为了说明性目的。为了清楚起见，如果不另外声明，在不同附图中相同的单元或制造步骤已经由相同的附图标记指定。
[0015]如在本说明书中使用的术语“水平”旨在描述大致平行于半导体衬底或本体的主表面的定向。例如，这可以是上表面或前表面，但是还可以是晶片或裸片的较低或后侧表面。
[0016]如在本说明书中使用的术语“竖直”旨在描述大致布置为垂直于主表面的定向，即平行于半导体衬底或本体的主表面的法线方向。
[0017]如在本说明书中使用的术语“在…上方”和“在…下方”旨在描述在考虑该定向的情况下结构特征到另一结构特征的相对定位。
[0018]在本说明书中，η掺杂被称为第一导电类型，而P掺杂被称为第二导电类型。备选地，可以形成具有相反掺杂关系的半导体器件，使得可以P掺杂第一导电类型并且可以η掺杂第二导电类型。此外，一些图通过紧挨掺杂类型地指示或“ + ”说明了相对掺杂浓度。例如，“η_”意指比“η”掺杂区域的掺杂浓度更小的掺杂浓度，而“η+”掺杂区域具有比“η”掺杂区域更大的掺杂浓度。然而，指示相对掺杂浓度并不意指，相同的相对掺杂浓度的掺杂区域必须具有相同的绝对掺杂浓度，除非另外声明。例如，两个不同的η+掺杂区域可以具有不同的绝对掺杂浓度。相同的情况适用于例如η+掺杂和P+掺杂区域。
[0019]本说明书中描述的特定实施例涉及(但不限于)诸如竖直η沟道或P沟道MOSFET或IGBT之类的竖直半导体器件，具体地涉及竖直功率MOSFET和竖直功率IGBT，并且涉及用于制造它们的方法。
[0020]在本说明书的上下文中，术语“M0S”(金属氧化物半导体)应当被理解为包括更通用的术语“MIS” (金属绝缘体半导体)。例如，术语MOSFET (金属氧化物半导体场效应晶体管)应当被理解为包括具有非氧化物的栅极绝缘体的FET (场效应晶体管)，即术语MOSFET分别用在IGFET (绝缘栅场效应晶体管)和MISFET (金属绝缘体半导体场效应晶体管)的更通用的术语含义中。
[0021]如在本说明书中使用的术语“场效应”旨在描述电场居中的第一导电类型的导电“沟道”的形成和/或第二导电类型的半导体区域(通常第二导电类型的本体区域)中的沟道的导电性和/或形状的控制。由于场效应，通过沟道区域的单极性电流路径形成，和/或被控制在第一导电类型的源极区域与第一导电类型的漂移区域之间。漂移区域可以与漏极区域接触。
[0022]在本说明书的上下文中，术语“栅极电极”旨在描述位于沟道区域旁边、并且配置用于形成和/或控制沟道区域的电极。术语“栅极电极”应包含位于本体区域旁边并且通过绝缘区域与本体区域绝缘的电极或导电区域，该绝缘区域形成栅极电介质区域并且配置用于形成和/或通过充电至适当的电压来控制通过本体区域的沟道区域。
[0023]通常，栅极电极被实现作为沟槽栅极电极，即作为布置在从主表面延伸到半导体衬底或本体中的沟槽中的栅极电极。
[0024]通常，半导体器件是具有用于控制两个负载金属化结构之间的负载电流的多个FET单元(诸如MOSFET单元、IGBT单元和反向导电IGBT单元之类的场效应晶体管单元)的有源区域的功率半导体器件。此外，功率半导体器件可以具有外围区域，该外围区域具有在从上方看时至少部分地围绕FET单元的有源区域的至少一个边缘端接结构。
[0025]在本说明书的上下文中，术语“金属化结构”旨在描述具有相对于导电性的金属或近金属性质的区域或层。金属化结构可以与半导体区域接触，以形成电极、焊盘和/或半导体器件的端子。金属化结构可以由诸如Al、T1、W、Cu和Mo之类的金属或者诸如NiAl之类的金属合金制成和/或包括这些金属或金属合金，但是金属化结构还可以由具有相对于导电性的金属或近金属性质的材料制成