具有场效应结构的半导体器件及制造其的方法
【技术领域】
[0001]本文所述的实施例涉及具有带有不同栅极材料的场效应结构的半导体器件，且特别是涉及具有带有金属栅极的场效应晶体管和具有多晶半导体栅极的M0S栅控二极管的半导体器件。另外的实施例涉及用于制造这样的半导体器件的方法。
【背景技术】
[0002]为了减小在功率半导体器件中的开关损耗，期望减小在功率半导体器件的晶体管单元之间的距离。允许晶体管单元的收缩的一个尝试是保持在功率半导体器件的邻近沟槽之间的沟道形成区的大小小。因为大小减小或节距收缩需要待形成的各个结构的较高调整，自调整工艺被越来越多地使用。
[0003]晶体管单元的节距收缩的一个结果是栅极导体或其它导电特征的电阻的增加。一般，高掺杂多晶硅用作栅极导体或其它导电特征的导电材料，因为多晶硅可容易被沉积和处理。然而，多晶硅的比电阻与由多晶硅制成的导电结构的减小横截面面积不成比例地增加，因为多晶硅的多晶结构的影响变得更明显。金属作为导电材料的使用减小了电阻，但也带来附加的工艺问题。
[0004]鉴于上面，存在对改进的需要。
【发明内容】
[0005]根据实施例，半导体器件包括半导体衬底、集成在半导体衬底中的至少第一场效应结构和集成在半导体衬底中的至少第二场效应结构。第一场效应结构包括在第一栅极电介质上并与第一栅极电介质接触的第一栅电极，第一栅极电介质被布置在第一栅电极和半导体衬底之间，其中第一栅电极由多晶半导体材料组成。第二场效应结构包括在第二栅极电介质上并与第二栅极电介质接触的第二栅电极，第二栅极电介质被布置在第二栅电极和半导体衬底之间，其中第二栅电极由金属、金属合金、金属层堆叠、金属合金层堆叠之一及其组合组成，并与半导体衬底电绝缘。
[0006]根据实施例，用于制造半导体器件的方法包括:提供具有第一侧面的半导体衬底；形成在第一场效应结构的第一栅极电介质上并与第一栅极电介质接触的第一栅电极，其中第一栅极电介质被布置在第一栅电极和半导体衬底之间，且其中第一栅电极由多晶半导体材料组成；以及形成在第二场效应结构的第二栅极电介质上并与第二栅极电介质接触的第二栅电极，其中第二栅极电介质被布置在第二栅电极和半导体衬底之间，其中第二栅电极由金属、金属合金、金属层堆叠、金属合金层堆叠之一及其组合组成，且其中第二栅电极与半导体衬底电绝缘。
[0007]本领域中的技术人员在阅读下面的详细描述时且当观看附图时将认识到附加的特征和优点。
【附图说明】
[0008]附图中的部件并不一定按比例，相反将重点放在说明本发明的原理上。而且，在附图中，相似的参考符号指明对应的部件。在附图中:
图1A到1F图示用于制造根据实施例的半导体器件的方法的工艺；
图2A到2H图示用于制造根据实施例的半导体器件的方法的工艺；
图3图示根据实施例的半导体器件；以及
图4A到4G图示用于制造根据另一实施例的半导体器件的方法的工艺。
【具体实施方式】
[0009]在下面的详细描述中，参考形成其一部分的附图，且其中作为例证示出本发明可被实践的特定实施例。在这个方面中，关于正被描述的(多个)附图的取向来使用方向术语，例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“最前面”、“末尾”、“横向”、“垂直”等。因为实施例的部件可位于多个不同的取向中，方向术语用于说明的目的且决不是限制性的。应理解，其它实施例可被利用，且结构或逻辑改变可被做出而不偏离本发明的范围。下面的详细描述因此不应在限制性意义上被理解，且本发明的范围由所附权利要求限定。正被描述的实施例使用特定的语言，其不应被解释为限制所附权利要求的范围。
[0010]在这个说明书中，半导体衬底的第二侧面或表面被考虑为由下或背侧侧面或表面形成，而第一侧面或表面被考虑为由半导体衬底的上、前或主侧面或表面形成。考虑到这个取向，如在本说明书中使用的术语“在…之上”和“在…之下”因此描述结构特征对另一结构特征的相对位置。
[0011 ] 术语“电连接”和“电连接的”描述在两个元件之间的欧姆接触。
[0012]接着参考图1A到1F描述实施例。这个实施例包括具有带有多晶硅栅极141的第一场效应结构151和带有金属栅极142的第二场效应结构152的半导体器件100的形成。这个实施例是关于多晶硅栅极141和金属栅极142的选择性形成的较少掩模工艺。
[0013]如图1A所示，提供具有第一侧面111和与第一侧面111相对的第二侧面112的半导体衬底110。半导体衬底110可以是一般η掺杂的单片半导体衬底。可替换地，半导体衬底110可包括单片半导体主体124和在半导体主体124上形成的外延层123。半导体主体124可以是高η掺杂的，并以后形成半导体器件的η掺杂漏极区124。外延层123 —般是弱η掺杂层，其以后形成半导体器件的漂移区。形成有η掺杂半导体衬底110的半导体器件是所谓的η沟道器件。
[0014]作为另外的替换，半导体衬底110、单片半导体主体124和外延层123也可以具有Ρ型。在这种情况下，待形成的半导体器件是所谓的Ρ沟道器件。
[0015]半导体衬底110可由适合于制造半导体部件的任何半导体材料制成。这样的材料的示例包括而不限于示例性半导体材料(例如硅(Si))、第IV族化合物半导体材料(例如碳化娃(SiC)或娃锗(SiGe))、二元、三元或四元II1-V半导体材料(例如砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP )、磷化铟(InP )、氮化镓(GaN)、氮化铝镓(AlGaN)、磷化铟镓(InGaPa )或磷砷化铟镓(InGaAsP))和二元或三元I1-VI半导体材料(例如碲化镉(CdTe)和碲化镉汞(HgCdTe))，仅举几个示例。上面提到的半导体材料也被称为同质结半导体材料。当组合两种不同的半导体材料时，形成异质结半导体材料。异质结半导体材料的示例包括而不限于硅(SiA x)和SiGe异质结半导体材料。对于功率半导体应用，目前主要使用S1、SiC和GaN材料。
[0016]在另外的工艺中，至少第一沟槽114和第二沟槽115在半导体衬底110中在半导体衬底110的第一侧面111处形成。第一场效应结构151以后在第一沟槽114中形成，而第二场效应结构152以后在第二沟槽115中形成。可例如通过使用蚀刻掩模(未示出)的各向异性蚀刻来形成第一和第二沟槽114、115。台面区113保留在相邻的第一和第二沟槽114、115之间。一般，第一和第二沟槽114、115都在使用公共蚀刻掩模的公共蚀刻工艺中形成。
[0017]可根据特定的要求来选择第一和第二沟槽114、115的数量。例如，第一和第二沟槽114、115的数量可以相同。可替换地，用于形成相应的第二场效应结构152，例如场效应晶体管的第二沟槽115的数量可例如大于用于形成相应的第一场效应结构，例如M0S栅控二极管的第一沟槽114的数量。
[0018]此外，因为功率半导体器件包括多个单元，每个单元形成相应的场效应结构，第一和第二沟槽114、115的局部密度，即在给定面积中的沟槽的数量可根据半导体器件100的期望总体性质来变化。
[0019]第一沟槽114被形成为具有在横向方向上的第一宽度wl。第二沟槽115被形成为具有在横向方向上的第二宽度w2。第二宽度w2大于第一宽度wl。例如，对于高电压器件，宽度w2可以在从大约100 nm到大约1000 nm或甚至更大，例如一直到大约2500 nm的范围内。第一宽度wl可以在从大约50 nm到大约200 nm的范围内。
[0020]在另外的工艺中，场氧化物133和场电极136在第一和第二沟槽114、115中的每一个的下部分中形成。通过第一和第二沟槽114、115的被暴露部分的热氧化来形成场氧化物133。场氧化物133比较厚以经得起在半导体器件的操作期间出现的高电压。场氧化物133的厚度可以在从大约50 nm到大约2000 nm的范围内。场氧化物133 —般比以后形成的第一和第二栅极电介质131、132厚。
[0021]通过掺杂多晶硅的沉积(后面是各向异性蚀刻)来形成场电极136以从在第一和第二沟槽114、115外部的区移除多晶硅。多晶硅然后被内蚀刻，使得多晶硅的上表面相对于半导体衬底110的上表面凹进。
[0022]在另外的工艺中，多晶硅的上部分被热氧化以形成如图1A所示的在场电极136上的绝缘盖。也可通过沉积氧化物层，例如通过高密度压力沉积(HDP)(后面是内蚀刻步骤)来形成绝缘盖。
[0023]在另外的工艺中，相应的ρ掺杂主体区122和η掺杂源极区121在第一和第二场效应结构151、152中的每一个的半导体衬底110中形成。主体区122 —般通过较少掩模注入来形成，而源极区121通过使用掩模的注入工艺来形成。
[0024]主体区122和源极区121特别是在第一和第二沟槽114、115之间的台面区113中形成。一般，主体区122横向地延伸一直到相应的沟槽114、115的侧壁以形成沿着沟槽114、115的侧壁的沟道区。相应的单个沟道区从相应的源极区121伸展到漂移区123。
[0025]根据实施例，场电极136与源极区121电连接，使得施加到源极区121的电位也在半导体器件100的操作期间被施加到场电极136。可替换地，场电极136或场电极136中的一些可与源极区121电绝缘，并可在半导体器件的第一侧面处与分开的接触焊盘电接触以允许将不同于源极电位的电位施加到场电极。
[0026]根据实施例，第一栅极电介质131至少在第一沟槽114中形成。一般，通过在包括第二沟槽115的部分的半导体衬底110的所有被暴露表面上的半导体材料的热氧化来形成第一栅极电介质131。第一栅极电介质131具有可以在3 nm和15 nm之间且特别是在4 nm和7 nm之间的第一厚度。第一厚度比较薄并连同主体区122的掺杂浓度一起限定第一场效应结构151的阈值。
[0027]图1A因此图示提供具有第一侧面111的半导体衬底110和形成在第一沟槽114中的第一场效应结构151的第一栅极电介质131的工艺。更具体地，图1A图示在半导体衬底110的第一侧面111处形成在第一场效应结构151的半导体衬底110中的第一沟槽114和在第二场效应结构152的半导体衬底110中的第二沟槽115，其中第一沟槽114具有在横向方向上的第一宽度wl，而第二沟槽115具有在横向方向上的第二宽