[发明专利]用于形成半导体器件的方法以及具有集成多晶二极管的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及用于形成具有集成多晶二极管结构的半导体器件的方法的实施例。再者，本说明书涉及具有集成多晶二极管的半导体器件、尤其是具有集成多晶二极管的沟槽栅场效应半导体器件的实施例。 

背景技术

诸如转变电能和驱动电马达或电机的汽车、消费和工业应用中的现代器件的很多功能依赖于半导体器件。通常希望半导体器件以高转换速率（slew rate）、低损耗且例如在负载故障时限制短路电流的方式可靠地操作。为了就短路限制和切换行为优化器件性能，已经发现浮栅和浮置半导体区域在很多应用中是有用的。例如，所谓的间隔沟道功率IGBT（绝缘栅双极型晶体管）具有低导通电压和低切换损耗，使得总损耗低。在间隔沟道功率IGBT中，沟道区域（体区域）通过载流子存储浮置区域彼此间隔。至少由于短路电流的有用级别的原因，通常希望钳位这种器件中浮置区域的电压波动。对于栅电极和浮栅电极，电压的限制通常是希望的，例如以分别保护栅极电介质或限制短路电流。例如，功率半导体器件（例如以功率转换器操作的功率IGBT或电马达的开关或者驱动器）可以在切换或操作循环期间暴露于高的反向电流和/或电压。这可能导致浮栅电极的大电压摆动且因此导致栅极电介质的高应力。因此，钳位电路可以用于限制电压波动。例如，在源极或栅极驱动器和浮置半导体区域和/或浮栅之间切换的pn二极管可以用于将电压波动限制为二极管的阈值电压。集成二极管通常是希望的，用于减小处理需求且避免附加电感。然而附加二极管的集成通常与增加的工艺需求和成本相关。 

由于这些和其他原因，对于本发明存在需要。 

发明内容

根据用于形成场效应功率半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括：提供半导体本体，该半导体本体包含主水平表面和与该主水平表面相邻布置的导电区域；在主水平表面上形成绝缘层；以及穿透绝缘层蚀刻窄沟槽，使得导电区域的一部分露出。在给定垂直剖面图中窄沟槽包含最大水平延伸。该方法还包括形成包含水平延伸的pn结的垂直多晶二极管结构。垂直多晶二极管结构通过以下步骤形成：沉积包含最大水平延伸的至少一半的最小垂直厚度的多晶半导体层；以及无掩膜回蚀多晶半导体层以在窄沟槽中形成多晶区域。 

根据用于形成沟槽栅场效应半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括提供半导体本体，该半导体本体包含主水平表面和包含布置在位于半导体本体中的深沟槽中的导电区域的栅电极结构。在给定垂直剖面图中深沟槽包括水平延伸。该方法还包括在主水平表面上形成绝缘层使得绝缘层覆盖导电区域；以及穿透绝缘层蚀刻窄沟槽，使得导电区域的一部分露出。在垂直剖面图中，窄沟槽包括比深沟槽的水平延伸小的最大水平延伸。该方法还包括形成包含水平延伸pn结的集成垂直多晶二极管结构。集成垂直多晶二极管结构通过以下步骤形成：沉积多晶半导体层使得窄沟槽被完全填充；以及无掩膜回蚀多晶半导体层以在窄沟槽中形成多晶区域。 

根据用于形成半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括：提供半导体本体，该半导体本体包含主水平表面和延伸到主水平表面的第一导电类型的第一半导体区域；形成第二导电类型的第二半导体区域，使得在第一半导体区域和第二半导体区域之间形成pn结；以及形成从主水平表面延伸到半导体本体中的深沟槽。该方法还包括：至少在深沟槽的侧壁上形成薄绝缘层；在深沟槽中形成导电区域；在主水平表面上形成绝缘层；蚀刻穿透绝缘层至少到达导电区域的窄沟槽；沉积多晶半导体层，使得窄沟槽被完全填充；以及在绝缘层上形成第一金属化。深沟槽垂直延伸到pn结下面。电流路径包括在第一金属化和导电区域之间在窄沟槽中通过多晶半导体层形成的整流结。 

根据用于形成半导体器件的方法的另一实施例，该方法包括：提供半导体本体，该半导体本体包含主水平表面和延伸到主水平表面的第一导电类型的第一半导体区域；形成第二导电类型的第二半导体区域，使得在第一半导体区域和第二半导体区域之间形成pn结；以及形成第二导电类型的另外的半导体区域，使得在第一半导体区域和该另外的半导体区域之间形成另外的pn结。该方法还包括：形成从主水平表面延伸到半导体本体中且在pn结下面垂直延伸的深沟槽；至少在深沟槽的侧壁上形成薄绝缘层；在深沟槽中形成导电区域；以及在主水平表面上形成绝缘层，使得该绝缘层至少覆盖另外的半导体区域和导电区域。该方法还包括穿透绝缘层蚀刻窄沟槽，使得另外的半导体区域露出；沉积多晶半导体层，使得窄沟槽至少被完全填充；无掩膜回蚀多晶半导体层以在窄沟槽中形成第一多晶区域；以及在绝缘层上形成第一金属化，使得包含整流结的电流路径通过窄沟槽且在第一金属化和另外的半导体区域之间形成。