绝缘栅场效应晶体管装置及其制作方法
【专利说明】绝缘栅场效应晶体管装置及其制作方法
【背景技术】
[0001] 金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET)装置用来切换电路在导通与非导通状 态之间的电流的流动。MOSFET装置包括半导体中的渗杂源区和漏区，其中栅极氧化物设置 在半导体之上的源区与漏区之间。源区设置在较大渗杂阱区中，其中源区采用与阱区带相 反电荷的渗杂剂来渗杂。栅极触点设置在栅极氧化物之上，并且通过栅极氧化物与半导体 分隔。将电子信号施加到栅极触点，W创建经过半导体从源区到漏区的传导通路。在从栅 极触点去除信号时，传导通路不再存在，并且半导体阻止电流流经半导体。
[0002] MOSFET装置的半导体可与接通电阻特性（其表示MOSFET装置从非导通状态切换 到导通状态的电阻）关联。该个接通电阻特性能够降低，W便降低MOSFET装置的功率耗散 损耗。但是，可通过减小FET沟道，将源极连接到漏极（其能够引起穿通击穿），来实现降低 接通电阻特性。另外，穿通可引起MOSFET装置的输出电导的增加W及对MOSFET装置的工 作电压的上限的降低。
[0003] 为了降低穿通发生的电位，半导体中的阱区的渗杂剂浓度可增加。但是， 渗杂剂浓度的该种增加能够引起施加到栅极触点W将MOSFET装置从非导通状态切 换到导通状态的信号所需的电压的增加。在非导通状态期间，栅极将偏置成低于沟 道导通所需的阔值，并且通常处于与源极相同的电位或者低于其电位（例如N沟 道FET的负栅极偏置值）。当装置处于其完全阻挡状态时，阻挡结的高度渗杂侧 上的耗尽电荷创建电场，其穿透阻挡结到界面的分隔，并且将端接于栅电极上。半 导体与栅极氧化物之间的介电常数的比率将与表面垂直的电场强度分量[例如 忍口漁CZ拓.T)*描C]放大相对电容率的比率。对于SiC和氧化娃界面的情况，正常场 在氧化物中增强到2. 5倍。随着栅极氧化物中生成的电场增加，MOSFET装置的可靠性和/ 或有用寿命能够因栅极氧化物材料中的击穿而降低。因此，期望降低栅极氧化物中的场强 度，其覆盖阻挡结之间的空间，与传导沟道中的适当FET操作相当。
【发明内容】
[0004] 在一个实施例中，提供一种绝缘栅场效应晶体管（IGFET)装置，其包括半导体主 体和栅极氧化物。半导体主体与源极触点和漏极触点传导地禪合。半导体主体包括第一阱 区，其包括半导体主体的设置在半导体主体的第一侧并且渗杂有第一类型的渗杂剂的第一 体积。半导体主体还包括第二阱区，其包括半导体主体的设置在半导体主体的第一侧并且 渗杂有带相反电荷的第二类型的渗杂剂的第二体积。第二阱区设置在第一阱区中。栅极氧 化物与半导体主体并且与栅极触点禪合。栅极氧化物包括具有不同厚度尺寸的外段和内 段。外段设置在半导体主体的第一阱区和第二阱区之上。内段设置在半导体主体的结型栅 场效应晶体管区之上。半导体主体配置成当栅极信号施加到栅极触点时形成经过第二阱区 和结型栅场效应晶体管区从源极触点到漏极触点的传导沟道。
[0005] 在另一个实施例中，提供一种方法，其包括在半导体主体的第一体积中采用第一 类型的渗杂剂对半导体主体进行渗杂W形成第一阱区，并且在半导体主体的第二体积中采 用带相反电荷的第二类型的渗杂剂对半导体主体进行渗杂w形成第二阱区。第二阱区设置 在第一阱区中。该方法还包括提供半导体主体上的栅极氧化物。栅极氧化物包括厚度等于 或大于内段的外段。外段设置在半导体主体的第一阱区和第二阱区之上。内段设置在半导 体主体的结型栅场效应晶体管区之上。该方法还包括将源极触点与半导体主体的第一阱区 或者第二阱区中的至少一个传导地禪合，将漏极触点与半导体主体传导地禪合，并且将栅 极触点与栅极氧化物传导地禪合。半导体主体配置成当栅极信号施加到栅极触点时形成经 过第二阱区和结型栅场效应晶体管区从源极触点到漏极触点的传导沟道。
[0006] 在另一个实施例中，提供另一种IGFET装置，其包括半导体主体和栅极氧化物。半 导体主体具有渗杂有第一类型的渗杂剂的第一阱区W及渗杂有带负电荷的第二类型的渗 杂剂的第二阱区。第二阱区设置在第一阱区中。第一阱区通过半导体主体的结型栅场效应 晶体管区相互分隔。半导体主体配置成与漏极触点传导地禪合，W及第一阱区或者第二阱 区中的至少一个配置成与源极触点传导地禪合。栅极氧化物设置在半导体主体之上，并且 配置成与栅极触点传导地禪合。栅极氧化物具有设置在半导体主体的结型栅场效应晶体管 区之上的内段W及至少部分设置在第一阱区之上的外段。栅极氧化物的内段具有第一厚度 尺寸，其等于或大于外段。
【附图说明】
[0007] 通过阅读W下参照附图的非限制性实施例的描述，将会更好地了解发明主题，附 图包括： 图1是开关系统的一个实施例的框图； 图2是图1所示绝缘栅场效应晶体管（IGFET)装置的一个实施例的截面图； 图3是按照一个示例的IGFET装置的截面图； 图4示出图3所示IGFET装置中的电场与位置之间的关系； 图5示出按照另一个示例的IGFET装置的截面图； 图6示出图5所示IGFET装置中的电场与位置之间的关系； 图7示出按照另一个示例的IGFET装置的截面图； 图8示出图7所示IGFET装置中的电场与位置之间的关系； 图9示出按照另一个示例的IGFET装置的截面图； 图10示出图9所示IGFET装置中的电场与位置之间的关系； 图11是用于提供IGFET装置的方法的一个实施例的流程图； 图12A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 05ym的氧化物厚度的IGFET装 置的截面图； 图12B示出沿图12A所示装置的SiC-Si化界面的电场； 图13A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 1ym的氧化物厚度的IGFET装置 的截面图； 图13B示出沿图13A所示装置的SiC-Si〇2界面的电场； 图14A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 15ym的氧化物厚度的IGFET装 置的截面图； 图14B示出沿图14A所示装置的SiC-Si化界面的电场； 图15A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 25ym的氧化物厚度的IGFET装 置的截面图； 图15B示出沿图15A所示装置的SiC-Si化界面的电场； 图16A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 55ym的氧化物厚度的IGFET装 置的截面图； 图16B示出沿图16A所示装置的SiC-Si〇2界面的电场； 图17A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 55ym的氧化物厚度和90度的氧 化物锥角的IGFET装置的截面图； 图17B示出沿图17A所示装置的SiC-Si化界面的电场； 图18A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 55ym的氧化物厚度和45度的氧 化物锥角的IGFET装置的截面图； 图18B示出沿图18A所示装置的SiC-Si〇2界面的电场； 图19A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 55ym的氧化物厚度和大约17度 的氧化物锥角的IGFET装置的截面图； 图19B示出沿图19A所示装置的SiC-Si化界面的电场； 图20A示出按照一个实施例、具有JFET区之上的0. 2ym的氧化物厚度和大约45度 的氧化物锥角的IGFET装置的截面图；W及 图20B示出沿图20A所示装置的SiC-Si化界面的电场。
【具体实施方式】
[000引下面将详细参照发明主题的示例实施例，其示例在附图中示出。在可能的情况 下，附图中通篇使用的相同参考标号表示相同或相似部件。本文所述的至少一个实施例 提供一种功率绝缘栅场效应晶体管（IGFET)装置、例如金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)，其可用作开关或者在开关中用来控制较高电流到一个或多个负载的流动。虽然 本文的描述提供可用来形成IGFET装置的材料的示例，但是备选地，可使用一个或多个其 他材料。
[0009] 图1是开关系统100的一个实施例的框图。开关系统100可用来控制电流从电源 1〇2(例如电力网、风力祸轮机、光伏装置、电池等）到电力负载104(例如电机或其他装置， 其当电流被接收时执行工作或者储存电流供W后使用）的流动。开关系统100包括至少一 个IGFET装置106(图1中的"可控开关"），其与电源102和负载104传导地禪合。IGFET 装置106与控制单元108在通信上禪合（例如通过一个或多个有线和/或无线连接禪合）。 控制单元108能够包括处理器、控制器或者其他基于逻辑的装置，其自动地或者手动控制 成在接通、导通或关断闭合状态之间进行切换。IGFET装置106处于接通状态，W允许来自 电源102的电流经过IGFET装置106传导到负载104。IGFET装置106处于关断状态，W阻 止电流经过IGFET装置106从电源102到负载104的流动。
[0010] 图2是IGFET装置106的一个实施例的截面图。IGFET装置106包括半导体主体 200,其与传导源极端子202和传导漏极端子204禪合。源极端子202可与电源102 (图1 所示）传导地禪合，并且漏极端子204可与负载104 (图1所示）传导地禪合。在所示实施 例中，传导漏极触点206沿半导体主体200的底侧208设置，其中漏极端子204与触点206 传导地禪合。源极端子202可与传导源极触点210 (其设置在半导体主体200的顶侧212) 传导地禪合，其中源极端子202与源极触点210传导地禪合。源极触点210可由一个或多 个传导材料（例如金属、金属合金、多晶娃等）或者包括一个或多个传导材料。
[0011] 半导体主体200可包括渗杂半导体材料（例如碳化娃（SiC)，其渗杂有n型渗杂剂 (例如氮或磯））或者由其形成。半导体主体200可经过较高渗杂，使得半导体