垂直场效应晶体管和用于其构造的方法与流程

1.本发明涉及一种垂直场效应晶体管和一种用于其构造的方法。


背景技术：

2.在常规的晶体管(例如mosfet或者misfet)中，有源的能切换的部件由反向通道提供，例如由在npn结中的p区提供，在所述npn结中，通过施加栅极电压构造电子路径。对于具有宽的带间距的半导体(例如碳化硅(sic)或者氮化镓(gan))在电力电子部件中的应用，所谓的功率finfet(fin＝finne，鳍片，fet＝feldeffekttransistor，场效应晶体管)的使用可以是有利的。常规的功率finfet 100的结构在图1中直观地说明。此外，该结构在600v的漏极电压下的掺杂剖面图120和电场140在图1中直观地说明，该结构具有以μm为单位的横向的和垂直的尺寸150和160。常规的功率finfet 100具有带有n型掺杂114的漂移区域110、漏电极112、源电极102、栅电极108、半导体鳍片104和绝缘体106。半导体鳍片104借助于n 型掺杂116与源电极102连接。在功率finfet 100中，能切换的部件由窄的半导体鳍片104组成，所述半导体鳍片由于其几何结构和栅极金属化108的相配的选择而能切换。功率finfet 100的通道电阻比在基于sic或者gan的常规的mosfet或者misfet中小得多。由此产生整个构件的较小的接通电阻。传统的功率finfet 100不具有通道区对电场的屏蔽，如所述电场尤其在阻断运行时出现。相应地，可达到的击穿电压是有限的并且尤其强烈地取决于工艺波动(例如蚀刻深度)。在图1中的右边的插图中示出对于常规的finfet 100在施加600v的漏极电压的情况下在阻断运行时的电场140的模拟。在栅电极108下方的绝缘体106中可找到最高的场负荷142。


技术实现要素：

3.本发明的任务是，提供一种垂直场效应晶体管以及一种用于其制造的方法，所述垂直场效应晶体管/所述方法提供一种具有更高的耐压强度和可靠性的垂直场效应晶体管。
4.根据本发明的一个方面，该任务通过一种垂直场效应晶体管解决。垂直场效应晶体管具有：具有第一导电性类型的漂移区域；在漂移区域上或者在漂移区域上方的半导体鳍片，其中，在半导体鳍片的至少一个侧壁旁边，在漂移区域上或者在漂移区域上方横向地构造源电极/漏电极；和屏蔽结构，所述屏蔽结构在横向上在半导体鳍片的至少一个侧壁旁边布置在漂移区域中，其中，屏蔽结构具有不同于第一导电性类型的第二导电性类型。半导体鳍片与源电极/漏电极能导电地连接。
5.在漂移区域内部的屏蔽结构导致场分布的改变。电场在垂直场效应晶体管的p-n结处提高并且因此在栅极金属下方的绝缘体中下降。借助于屏蔽结构，尤其在阻断运行时可以在绝缘体中减小电场并且将其转移到漂移区域中。这实现，最大可达到的场峰值减小。由此，可以提供一种具有更高的耐压强度和可靠性的场效应晶体管。
6.根据本发明的一个另外的方面，所述任务通过一种垂直场效应晶体管解决。该垂
直场效应晶体管具有：具有第一导电性类型的漂移区域；在漂移区域上或者在漂移区域上方的第一半导体鳍片和在第一半导体鳍片旁边横向地布置在漂移区域上或者漂移区域上方的第二半导体鳍片，其中，在第一半导体鳍片的至少一个侧壁旁边，在漂移区域上或者在漂移区域上方横向地构造有源电极/漏电极；和屏蔽结构，该屏蔽结构横向地构造在第一半导体鳍片的至少一个侧壁旁边，其中，屏蔽结构布置在第二半导体鳍片中，并且，其中，屏蔽结构具有不同于第一导电性类型的第二导电性类型，并且，其中，半导体鳍片与源电极/漏电极能导电地连接。
7.根据本发明的一个另外的方面，该任务通过一种用于构造垂直场效应晶体管的方法解决。该方法具有：构造具有第一导电性类型的漂移区域；在漂移区域上或者在漂移区域上方构造半导体鳍片，其中，在半导体鳍片的至少一个侧壁旁边，源电极/漏电极横向地构造在漂移区域上或者漂移区域上方；和构造屏蔽结构，该屏蔽结构在横向上在半导体鳍片的至少一个侧壁旁边布置在漂移区域中，其中，屏蔽结构具有不同于第一导电性类型的第二导电性类型，并且，其中，半导体鳍片与源电极/漏电极能导电地连接。
附图说明
8.在从属权利要求和说明书中阐述这些方面的拓展方案。在附图中示出并且以下更详尽地解释本发明的实施方式。附图示出：
9.图1示出所涉及的技术的晶体管结构的截面示图；
10.图2a和2b示出根据不同的实施方式的垂直场效应晶体管的示意性的截面示图；
11.图3a至3k示出根据不同的实施方式的垂直场效应晶体管的示意性的截面示图；和
12.图4示出用于构造根据不同的实施方式的垂直场效应晶体管的方法的流程图。
具体实施方式
13.在以下的详细的说明中，参照随附的绘图，所述随附的绘图构成本说明书的部分，并且，在所述随附的绘图中，为了直观地说明而示出特定的实施例，在所述特定的实施例中可以实行本发明。不言而喻的是，可以利用其他的实施例并且可以进行在结构上或者逻辑的改变，而不偏离本发明的保护范围。不言而喻的是，只要没有专门地另外指明，在这里所说明的不同的实施例的特征可以相互组合。因此，以下的详细的说明不可在进行限制的意义下理解，并且，本发明的保护范围由所增补的权利要求定义。在附图中，相同的或者类似的元件设有相同的附图标记，只要这是符合目的的。
14.图2a、2b和图3a至3k示出根据不同的实施方式的垂直场效应晶体管200的视图。图2a示出一种实施方式，在该实施方式中，p型掺杂的屏蔽结构214在一个或者每个半导体鳍片302的侧壁旁边横向地构造在漂移区域212中。
15.在不同的实施方式中，垂直场效应晶体管200具有在半导体衬底216上的漂移区域212；在漂移区域212上或者上方的半导体鳍片302(其纵方向垂直于图面延伸)、屏蔽结构214、第一源电极/漏电极(例如源电极202)、第二源电极/漏电极(例如，漏电极218)。随后，示例性地假定，第一源电极/漏电极202为源电极，并且第二源电极/漏电极218为漏电极。此外，垂直场效应晶体管200在半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边具有栅电极210，其中，栅电极210借助于绝缘体206与源电极202电绝缘。栅极电介质208布置在栅电极210和半导体
鳍片302之间。高掺杂的连接区204可以将半导体鳍片302与源电极202能导电地连接。源电极202可以附加地在半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边横向地构造在漂移区域212上或者上方。屏蔽结构214在半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边横向地布置在漂移区域212中。屏蔽结构214具有不同于第一导电性类型的第二导电性类型。
16.半导体衬底216可以是例如gan衬底216或者sic衬底216。在半导体衬底216上可以构造(例如施加)有弱n型导电的半导体漂移区域212(也称作漂移区212)，例如gan漂移区域或者sic漂移区域212。在漂移区域212上方，n型导电的半导体区可以以半导体鳍片302形式构造，例如以gan鳍片或者sic鳍片302形式构造。在半导体鳍片302上或者在鳍片302的上方的部分区域中可以构造有n 型导电的连接区204，借助于该n 型导电的连接区与源电极202进行接触。源电极202可以不但与屏蔽结构214而且与半导体鳍片302进行接触。漏电极218可以位于衬底216的背面上。
17.借助于屏蔽结构214例如以高掺杂的p-gan或者p-sic区的形式到漂移区域212中的引入实现，屏蔽半导体鳍片302的底部(在半导体鳍片302和漂移区域212之间的区域)。在运行时，在屏蔽结构214的区域和漂移区域212之间可以构造空间电荷区。由此可以减小如下区域：电流可以在所述区域中流动，由此可以提高电阻。通过屏蔽结构214的引入，场效应晶体管200的总电阻与没有屏蔽结构的变型(图1)相比提高，如在图2b中直观地说明。图2b直观地说明该结构200在600v的漏极电压下的掺杂剖面图242和电场244，该结构具有以μm为单位的横向的和垂直的尺寸250和260。在图2b中的右边的插图244中示出在施加600v的漏极电压的情况下在阻断运行时的电场140的模拟。借助于屏蔽结构214降低在栅电极210下方的场负荷。在阻断情况下作用在漏电极218处的电势导致如下电场：该电场在屏蔽结构214正下方具有其最大值，并且不是如在没有屏蔽结构214的情况下(见图1)在半导体鳍片302的底部附近具有其最大值。这防止例如场效应晶体管200的过早的电击穿或者施加在漏电极218处的电压穿透到栅电极210上。半导体鳍片302在与栅极电极210相邻的区域中耗尽。在不施加栅极电压的情况下，场效应晶体管200可以是自锁的，因为在漂移区域中在半导体鳍片302下方的电子气体可以是耗尽的。通过施加正电压到栅电极210处可以在半导体鳍片302的与栅电极210相邻的区域中积累电子。电子可以从源电极202通过半导体鳍片302流入半导体鳍片302的底部中并且从那里到达漂移区域212并且进一步穿过漂移区域212和衬底216到达漏电极218。
18.在图3a-3k中示出在图2中直观地说明的垂直场效应晶体管200的另外的实施方式，其中，漂移区域212上方的另外的层或者结构未直观地说明。
19.屏蔽结构212的横向的和垂直的延展以及其掺杂水平因应用而异地取决于在半导体鳍片302的底部下方的空间电荷区的屏蔽的程度。在这里，与传统的fin-fet(图1)相比，栅电极210不需要完全在两个半导体鳍片302之间构造，而是例如分别仅仅在半导体鳍片302的每个侧壁处构造。这实现在栅电极210和漏电极218之间的减小的电容。替代地，可以在每第二个、每第三个等等的半导体鳍片302之后构造p型掺杂的屏蔽结构。在图3a中直观地说明一种实施方式，在该实施方式中，在每第二个半导体鳍片302之后或者针对每两个半导体鳍片302地构造屏蔽结构214。在图3b中示出一种在分别四个半导体鳍片302之间具有屏蔽结构214的实施方式。
20.在不同的实施方式中，在半导体鳍片302的每侧上构造屏蔽结构214。在这种情况
下，屏蔽结构214可以构造在两个半导体鳍片302之间(图3d)和/或多个半导体鳍片可以构造在两个相邻的屏蔽结构214之间(图3b)。
21.屏蔽结构214可以完全地由漂移区域212包围(见例如图3c)。替代地(见例如图3b)或者附加地(见例如图3e)，屏蔽结构214可以具有至少一个没有漂移区域212的区域。换言之：在不同的实施方式中，可以设置被掩埋的屏蔽结构214和/或布置在漂移区域212的表面处的屏蔽结构214。被掩埋的屏蔽结构214的位置不限于半导体鳍片302之间的沟槽。替代地或附加地，被掩埋的屏蔽结构214可以垂直地布置在半导体鳍片302的底部下方(见例如图3f)。在不同的实施方式中，可以构造附加的屏蔽结构，以便进一步提高屏蔽作用。例如，屏蔽结构离半导体鳍片302的底部的垂直间距和/或屏蔽结构的横向的延展在不同的实施方式中可以变化(见例如图3a-3f)。换言之，在不同的实施方式中，屏蔽结构214具有至少一个第一屏蔽结构214和第二屏蔽结构214。第一屏蔽结构214可以比第二屏蔽结构214相对于半导体鳍片302垂直地更远地延伸到漂移区域212中或者垂直地更远地与半导体鳍片302间隔开。这实现半导体鳍片302的底部对电场的因应用而异的屏蔽。
22.在不同的实施方式中，屏蔽结构214可以构造在不作为垂直场效应晶体管使用的相邻的半导体鳍片302中(见例如图3g-3i)。换言之：在不同的实施方式中，垂直场效应晶体管200具有带有第一导电性类型的漂移区域212；在漂移区域212上或者上方的第一半导体鳍片302和第二半导体鳍片302，该第二半导体鳍片在第一半导体鳍片302旁边横向地布置在漂移区域212上或者上方。在第一半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边，在漂移区域212上或者上方横向地构造有源电极/漏电极202。屏蔽结构214横向地构造在第一半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边，其中，屏蔽结构214布置在第二半导体鳍片302中。屏蔽结构214具有不同于第一导电性类型的第二导电性类型。半导体鳍片302与源电极/漏电极202能导电地连接。明显地，可以设置附加的半导体鳍片302，所述附加的半导体鳍片在平面内相对于半导体鳍片302错开，从而屏蔽结构214布置在附加的半导体鳍片302中。
23.在图3g中直观地说明垂直场效应晶体管的一种实施方式，在该实施方式中，屏蔽结构214例如以p型掺杂的区域形式构造在每第三个半导体鳍片302中。替代地，屏蔽结构214可以构造在每第二个、每第四个等等半导体鳍片302中。在半导体鳍片302与屏蔽结构214之间的间距a和在没有屏蔽结构214的两个半导体鳍片302之间的间距b可以因应用而异地选择，例如相同或者不同地选择。例如，间距a可以大于间距b地选择，或者间距b可以大于间距a地选择。在不同的实施方式中，屏蔽结构214在半导体鳍片302内部在图3g的图面中和/或朝向半导体鳍片302的底部地在空间上的延展可以因应用而异地选择。可选地，屏蔽结构214也可以构造在整个半导体鳍片302中。替代地和/或附加地，屏蔽结构214可以超出半导体鳍片302的底部地延伸到漂移区域212中(见例如图3h——右边的屏蔽结构214)。在不同的实施方式中，半导体鳍片302的底部的有效的屏蔽由此实现：屏蔽结构214朝向半导体鳍片302的底部地延伸或者延伸至半导体鳍片302的底部下方。屏蔽结构可以构造在半导体鳍片302(在图面内)的完整的宽度上。换言之：屏蔽结构214可以占据或者填满半导体鳍片302的完整的宽度。替代地或附加地(例如在半导体鳍片302的其他区域中)，屏蔽结构214可以具有小于半导体鳍片302的宽度的横向的延展。屏蔽结构214可以这样设置，使得其在横向上具有与源电极/漏电极202相同的延展，或者替代地可以这样设置，使得其具有在横向上比源/漏电极202的延展更小的延展(见例如图3h)。屏蔽结构214的横向的延展的变型
提供如下可能性：对构件在屏蔽(可以随着变得更大的横向延展而变得更好)方面或者在导通电阻(可以随着变得更小的横向延展而变得更小)方面进行优化。
24.在不同的实施方式中包含屏蔽结构214的沟槽结构(在两个相邻的半导体鳍片302之间的区域)可以具有比在单个的半导体鳍片302之间的沟槽更大的横向延展。在一种另外的实施方式中，屏蔽结构214也可以深地埋置在漂移区域212中，例如完全地由漂移区域212包围并且与半导体鳍片302的底部间隔开。被掩埋的屏蔽结构214可以在垂直场效应晶体管的其他的位置处与源电极/漏电极202电连接。垂直场效应晶体管的连接的构型例如以超级单元结构进行(未直观地说明)。
25.在不同的实施方式中，屏蔽结构214具有布置在漂移区域212中的区域，该区域在半导体鳍片302的方向上横向地延伸。在不同的实施方式中，屏蔽结构214可以邻接半导体鳍片302的底部，例如接触半导体鳍片302的底部(未直观地说明)。
26.屏蔽结构214可以与半导体鳍片302和漂移区域212能导电地连接。在不同的实施方式中，屏蔽结构214与源电极/漏电极202能导电地连接(见例如图3b)。替代地或附加地，可以设置不(直接地)与源电极/漏电极202能导电地连接的屏蔽结构(见例如图3a)。在这种情况下，屏蔽结构214位于浮动(英语：floating)的电位上。在这种情况下，保留屏蔽结构214的屏蔽作用。然而，具有浮动的屏蔽结构的结构不再可以作为体二极管使用于反向运行。在不同的实施方式中，所有先前所示出的屏蔽结构214也可以以这种浮动形式实施。
27.在具有多个半导体鳍片302的不同的实施方式中，半导体鳍片可以具有不同的宽度。作为示例，具有所埋置的屏蔽结构214的(第二)半导体鳍片可以比没有屏蔽结构的(第一)半导体鳍片更宽地构造。
28.在不同的实施方式中，第二导电性类型的被掩埋的屏蔽结构214可以与第一导电性类型的附加的区域312组合(见例如图3k)。由此，可以调节屏蔽结构的被掩埋的p区之间的耗尽和因此调节电流在漂移区域212中的开叉(spreizung)。相应地，可能的是，控制或者调节在该区域中的电流密度。在所有其他的实施方式中也可以设置第二区域312。
29.在不同的实施方式中，半导体鳍片可以柱状地构造，例如在所有空间方向上空间受限。换言之：在不同的实施方式中，半导体鳍片可以是半导体柱。半导体柱可以具有柱的正方形的、矩形的、圆形的或者六边形的横截面。
30.在不同的实施方式中，半导体鳍片可以具有非直角的侧壁地构造，例如圆锥形或者棱锥形地构造。以上所示出的屏蔽结构也可以应用到这些结构变型上。被掩埋的屏蔽结构不但可以平行于而且可以垂直于半导体鳍片地构造，而且可以横向地相对于半导体鳍片以任意角度构造。
31.图4示出一种用于构造根据不同的实施方式的垂直场效应晶体管的方法的流程图。在不同的实施方式中，用于构造垂直场效应晶体管200的方法400具有：构造410具有第一导电性类型的漂移区域；在漂移区域上或者上方构造420半导体鳍片302，其中，在半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边，在漂移区域212上或者上方横向地构造源电极/漏电极；和构造430屏蔽结构214，所述屏蔽结构在半导体鳍片302的至少一个侧壁旁边横向地布置在漂移区域212中，其中，屏蔽结构214具有不同于第一导电性类型的第二导电性类型，并且，其中，屏蔽结构214与半导体鳍片302和漂移区域212能导电地连接。
32.屏蔽结构214可以例如借助于离子植入构造，例如在具有铝离子植入的sic半导体
鳍片或者sic漂移区域的情况下或者在具有mg离子的gan半导体鳍片或者gan漂移区域的情况下。为了在没有高能的离子植入的情况下提供深地埋置在漂移区域中的屏蔽结构，可以设置附加的沟槽310，在该附加的沟槽的底部进行植入(见例如图3j)。
33.在不同的实施方式中，可以借助于所谓的死植入(tot-implantation)来构造屏蔽结构。在此，屏蔽结构通过不在sic漂移区域或者gan漂移区域中引起任何掺杂的离子种类(例如氩离子)构造。这些屏蔽结构不再是能导电的。相应地，虽然它们的屏蔽作用得以保留，但是它们不再可以作为体二极管使用于反向运行。这类非导电的屏蔽结构在源电极处的连接是可选的。
34.所说明的和在附图中所示出的实施方式仅仅示例性地选择。不同的实施方式可以完全地或者在单个的特征方面相互组合。一种实施方式也可以由一种另外的实施方式的特征来补充。此外，所说明的方法步骤可以重复地以及以不同于说明顺序的顺序地实施。尤其是，本发明不限于特定的方法。