IT202100001895A1 - Dispositivo mosfet a conduzione verticale in carburo di silicio per applicazioni di potenza e relativo processo di fabbricazione - Google Patents

Dispositivo mosfet a conduzione verticale in carburo di silicio per applicazioni di potenza e relativo processo di fabbricazione Download PDF

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Mario Giuseppe Saggio
Alessia Maria Frazzetto
Edoardo Zanetti
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
?DISPOSITIVO MOSFET A CONDUZIONE VERTICALE IN CARBURO DI SILICIO PER APPLICAZIONI DI POTENZA E RELATIVO PROCESSO DI FABBRICAZIONE?
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo MOSFET a conduzione verticale in carburo di silicio per applicazioni di potenza e al relativo processo di fabbricazione.
Come noto, materiali semiconduttori aventi un?ampia banda proibita, ad esempio maggiore di 1,1 eV, bassa resistenza di stato acceso, elevata conduttivit? termica, elevata frequenza operativa ed elevata velocit? di saturazione dei portatori di carica permettono di ottenere dispositivi elettronici, ad esempio diodi e transistori, aventi prestazioni migliori rispetto a dispositivi elettronici in silicio, in particolare per applicazioni di potenza, ad esempio operanti a tensioni comprese tra 600 V e 1300 V o in condizioni operative specifiche quali elevata temperatura.
In particolare, ? noto ottenere tali dispositivi elettronici a partire da una fetta di carburo di silicio in uno dei suoi politipi, ad esempio 3C-SiC, 4H-SiC e 6H-SiC, che si distinguono per le caratteristiche sopra elencate.
Ad esempio, la figura 1 mostra un dispositivo MOSFET 1 a conduzione verticale noto, in un sistema di riferimento cartesiano XYZ comprendente un primo asse X, un secondo asse Y ed un terzo asse Z.
Il dispositivo MOSFET 1 ? formato da una pluralit? di celle elementari, di cui solo alcune qui mostrate, fra loro uguali e disposte in parallelo in una stessa piastrina (?die?), le quali condividono un terminale di sorgente S e un terminale di pozzo (?drain?) D.
Il dispositivo MOSFET 1 ? formato in un corpo 5 di carburo di silicio avente una prima superficie 5A e una seconda superficie 5B.
Il corpo 5 alloggia una regione di pozzo 7, una pluralit? di regioni di body 10 e una pluralit? di regioni di sorgente 15.
La regione di pozzo 7, qui di tipo N, si estende tra la prima e la seconda superficie 5A, 5B del corpo 5.
Una regione di contatto di pozzo 9, di materiale conduttivo ad esempio di metallo o di siliciuro, si estende sulla seconda superficie 5B del corpo 5, in contatto elettrico diretto con la regione di pozzo 7, e forma il terminale di pozzo D del dispositivo MOSFET 1.
Le regioni di body 10 sono di tipo P e si estendono nel corpo 5 dalla prima superficie 5A. Ciascuna regione di body 10 ha un livello di drogaggio compreso tra 1?10<17 >atomi/cm<3 >e 1?10<20 >atomi/cm<3>, una profondit? compresa tra 0,3 ?m e 2 ?m, lungo il terzo asse Z, e una larghezza W1lungo il secondo asse Y.
Due regioni di body 10 adiacenti delimitano, lungo il secondo asse Y, una porzione superficiale 22 della regione di pozzo 7.
Le regioni di body 10 si estendono inoltre lungo il primo asse X, avendo in vista dall?alto, qui non mostrata, ad esempio forma di strisce o di anello.
Le regioni di sorgente 15 si estendono ciascuna dalla prima superficie 5A del corpo 5 all?interno di una rispettiva regione di body 10 e sono di tipo N, con livello di drogaggio compreso tra 1?10<18 >atomi/cm<3 >e 1?10<20 >atomi/cm<3>. Ciascuna regione di sorgente 15 ha una larghezza W2, lungo il secondo asse Y, minore della larghezza W1 della rispettiva regione di body 10 e una profondit?, lungo il terzo asse Z, minore della profondit? della rispettiva regione di body 10.
Ciascuna regione di sorgente 15 e ciascuna porzione superficiale 22 della regione di pozzo 7 delimitano lateralmente una regione di canale 25 in una rispettiva regione di body 10.
Il dispositivo MOSFET 1 comprende inoltre una pluralit? di regioni di porta (?gate?) isolata 20. Le regioni di porta isolata 20 sono formate ciascuna da uno strato isolante di porta 20A, a contatto con la prima superficie 5A del corpo 5; da uno strato conduttivo di porta 20B, direttamente sovrapposto allo strato isolante di porta 20A; e da uno strato di passivazione 28, il quale ricopre lo strato conduttivo di porta 20B e, insieme allo strato isolante di porta 20A, sigilla lo strato conduttivo di porta 20B. In dettaglio, lo strato isolante di porta 20A di una regione di porta isolata 20 si estende sopra una rispettiva porzione superficiale 22 della regione di pozzo 7, sopra due regioni di canale 25 adiacenti alla rispettiva porzione superficiale 22 e parzialmente sopra due regioni di sorgente 15 adiacenti alle rispettive regioni di canale 25.
Gli strati conduttivi di porta 20B delle regioni di porta isolata 20 sono elettricamente collegati in parallelo, in maniera qui non mostrata, formando un terminale di porta (?gate?) G del dispositivo MOSFET 1.
Il dispositivo MOSFET 1 comprende inoltre una pluralit? di regioni di contatto di corpo 30 e una regione di metallizzazione anteriore 33.
Le regioni di contatto di corpo 30 sono di tipo P+ e si estendono ciascuna, dalla prima superficie 5A del corpo 5, all?interno di una rispettiva regione di sorgente 15, in contatto con una rispettiva regione di body 10. Generalmente, nei dispositivi MOSFET attuali, ogni regione di sorgente 15 alloggia pi? di una regione di contatto di corpo 30, le quali sono disposte a distanza reciproca lungo il primo asse X di figura 1. Inoltre, come visibile in figura 1, le regioni di contatto di corpo 30 di regioni di sorgente 15 adiacenti sono disposte sfalsate, in modo che, lungo il secondo asse Y, non ? visibile alcuna regione di contatto di corpo 30 nella porzione di regione di sorgente 15 centrale.
La regione di metallizzazione anteriore 33, ad esempio di materiale metallico e/o di siliciuro metallico, forma il terminale di sorgente S del dispositivo MOSFET 1 e si estende sulla prima superficie 5A del corpo 5, in contatto elettrico diretto con le regioni di sorgente 15 e le regioni di contatto di corpo 30.
Ciascuna cella elementare del dispositivo MOSFET 1 ha una rispettiva tensione di soglia Vth di accensione. In uso, se la tensione VGS tra il terminale di porta G e il terminale di sorgente S ? maggiore della tensione di soglia Vth, il dispositivo MOSFET 1 ? in uno stato acceso, in cui la rispettiva regione di canale 25 ? conduttiva e una corrente di funzionamento pu? scorrere tra il terminale di sorgente S e il terminale di pozzo D, lungo il percorso conduttivo 18 identificato per chiarezza da una freccia tratteggiata in figura 1.
In specifiche applicazioni, ad esempio nel caso di dispositivi per il controllo di motori, in particolare in applicazioni ad alta potenza, in cui la tensione operativa del dispositivo MOSFET 1 pu? assumere un valore elevato, ad esempio compreso tra 400 V e 850 V o anche maggiore, ? desiderabile che il dispositivo MOSFET 1 abbia un elevato tempo di resistenza al corto-circuito (?Short-Circuit Withstand Time?, SCWT). Infatti, in caso di un cortocircuito indesiderato, la tensione VDS tra il terminale di sorgente S e il terminale di pozzo D del dispositivo MOSFET 1 pu? assumere un valore elevato, ad esempio compreso tra 400 V e 850 V, o anche maggiore, mentre il dispositivo MOSFET 1 ? in stato acceso. In questa condizione, il dispositivo MOSFET 1 ? attraversato da una corrente massima, corrispondente alla corrente di saturazione ISAT del dispositivo MOSFET 1 stesso, la quale ? maggiore della corrente di funzionamento stabilita in fase di progettazione. Il prodotto della tensione VDS e della corrente di saturazione ISAT pu? causare una elevata dissipazione di calore all?interno del dispositivo MOSFET 1. L?elevata dissipazione di calore, specialmente se protratta nel tempo, pu? portare ad un innalzamento di temperatura tale da causare, localmente, una fusione di una porzione del dispositivo MOSFET 1, in particolare del corpo 5, con conseguente rischio di danneggiamento e/o rottura (?failure?) del dispositivo MOSFET 1.
? quindi noto cercare di ridurre la corrente di saturazione ISAT del dispositivo MOSFET 1, al fine di aumentarne il tempo di resistenza al corto-circuito. Ad esempio, ? noto aumentare la resistenza del percorso conduttivo 18 tramite riduzione del livello di drogaggio delle regioni di sorgente 15, e/o tramite riduzione dell?area di contatto tra le regioni di sorgente 15 e la regione di metallizzazione anteriore 33, e/o tramite formazione di celle elementari prive di regioni di sorgente 15.
Tuttavia, tali soluzioni note hanno degli svantaggi. Infatti, ad esempio, tali soluzioni aumentano drasticamente la resistenza di stato acceso del percorso conduttivo 18, anche in condizioni di utilizzo normale, ovvero in assenza di cortocircuiti indesiderati, limitando quindi il valore della corrente di funzionamento.
Ci? comporta quindi un degradamento delle prestazioni del dispositivo MOSFET 1.
Scopo della presente invenzione ? quello di superare gli inconvenienti della tecnica nota.
Secondo la presente invenzione vengono forniti un dispositivo MOSFET e un relativo processo di fabbricazione come definiti nelle rivendicazioni allegate.
Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 mostra una sezione trasversale di un dispositivo MOSFET in carburo di silicio a conduzione verticale noto;
- la figura 2 mostra una sezione trasversale del presente dispositivo MOSFET in carburo di silicio a conduzione verticale, secondo una forma di realizzazione;
- la figura 3 mostra una vista in pianta dall?alto del dispositivo MOSFET di figura 2;
- le figure 4A-4C mostrano sezioni trasversali del dispositivo MOSFET delle figure 2 e 3, in fasi di fabbricazione successive;
- la figura 5 mostra una sezione trasversale del presente dispositivo MOSFET in carburo di silicio a conduzione verticale, secondo una diversa forma di realizzazione;
- la figura 6 mostra una vista in pianta dall?alto del dispositivo MOSFET di figura 5; e
- le figure 7A-7C mostrano sezioni trasversali del dispositivo MOSFET delle figure 5 e 6, in fasi di fabbricazione successive.
Le figure 2 e 3 mostrano un dispositivo MOSFET 100 a conduzione verticale in un sistema di riferimento cartesiano XYZ avente un primo asse X, un secondo asse Y ed un terzo asse Z.
Il dispositivo MOSFET 100 ? formato da una pluralit? di celle elementari, di cui solo alcune sono mostrate nelle figure 2 e 3, fra loro uguali e disposte in una stessa piastrina in modo da condividere un terminale di pozzo D, un terminale di porta G e un terminale di sorgente S; ovvero, le celle elementari sono collegate elettricamente in parallelo tra loro.
Il dispositivo MOSFET 100 ? formato in un corpo 105 di materiale semiconduttore avente una prima superficie 105A e una seconda superficie 105B.
Il corpo 105 pu? essere formato da un substrato o da un substrato su cui sono cresciuti uno o pi? strati epitassiali ed ? di carburo di silicio, in uno dei suoi politipi, qui del politipo 4H-SiC.
Il corpo 105 alloggia una regione di pozzo 107, una pluralit? di regioni di body 115 e una pluralit? di regioni di sorgente 120.
In questa forma di realizzazione, il corpo 105 alloggia anche una pluralit? di regioni di contatto di corpo 145, qui di tipo P, le quali si estendono ciascuna dalla prima superficie 105A del corpo 105, all?interno di una rispettiva regione di body 115, in contatto elettrico diretto con essa. Le regioni di contatto di corpo 145 hanno ciascuna un livello di drogaggio ad esempio compreso tra 1?10<19 >atomi/cm<3 >e 1?10<20 >atomi/cm<3>.
La regione di pozzo 107, qui di tipo N, si estende tra la prima e la seconda superficie 105A, 105B del corpo 105.
Una regione di contatto di pozzo 109, di materiale conduttivo, ad esempio di metallo o di siliciuro, si estende sulla seconda superficie 105B del corpo 105, in contatto elettrico diretto, in particolare ohmico, con la regione di pozzo 107. La regione di contatto di pozzo 109 forma il terminale di pozzo D del dispositivo MOSFET 100.
Le regioni di body 115 sono qui di tipo P e si estendono nel corpo 105 a partire dalla prima superficie 105A del corpo 105 e hanno ciascuna una profondit? di corpo db, la quale ? compresa ad esempio tra 0,3 ?m e 1,5 ?m, in particolare di 0,3 ?m, lungo il terzo asse Z.
Inoltre, le regioni di body 115 hanno ciascuna una larghezza Wb lungo il secondo asse Y.
Due regioni di body 115 adiacenti sono separate, lungo il secondo asse Y, da una porzione superficiale 130 della regione di pozzo 107.
Le regioni di sorgente 120 sono qui di tipo N e si estendono ciascuna dalla prima superficie 105A del corpo 105 all?interno di una rispettiva regione di body 115.
Le regioni di sorgente 120 comprendono porzioni pesanti 120A e porzioni leggere 120B. Nelle figure 2 e 3, le porzioni pesanti 120A e le porzioni leggere 120B sono separate tra loro, per chiarezza, da una linea tratteggiata.
Le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 si estendono ciascuna a partire dalla prima superficie 105A del corpo 105, all?interno di una rispettiva regione di body 115. Le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 hanno ciascuna una larghezza Ws1lungo il secondo asse Y, che ? minore della larghezza Wbdelle regioni di body 115, e una profondit? d1, lungo il terzo asse Z, che ? minore della profondit? di corpo db.
Ad esempio, la profondit? d1 delle porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 ? compresa tra 0,2 ?m e 0,8 ?m.
Come visibile in figura 3, le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 si estendono, lungo il primo asse X, tra due regioni di contatto di corpo 145 adiacenti.
Inoltre, le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 sono disposte sfalsate rispetto a porzioni pesanti 120A adiacenti lungo il secondo asse Y in modo che, lungo il secondo asse Y, la regione di contatto di corpo 145 di una regione di body 115 ? allineata ad una rispettiva porzione pesante 120A della regione di sorgente 120 adiacente.
Le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 hanno un livello di drogaggio di contatto, il quale ? ad esempio compreso tra 1?10<18 >atomi/cm<3 >e 1?10<20 >atomi/cm<3>.
Le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 si estendono ciascuna a partire dalla prima superficie 105A del corpo 105, all?interno di una rispettiva regione di body 115. Le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 si estendono sui due lati, lungo il secondo asse Y, di ciascuna porzione pesante 120A della rispettiva regione di sorgente 120 e di ciascuna regione di contatto di corpo 145.
In particolare, le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 sono disposte in posizione contigua alle porzioni pesanti 120A della rispettiva regione di sorgente 120 e delle regioni di contatto di corpo 145, in collegamento elettrico diretto con esse.
Nella vista dall?alto di figura 3, le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 si estendono lungo il primo asse X, per tutta la lunghezza delle rispettive regioni di body 115.
Le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 hanno ciascuna una larghezza Ws2 lungo il secondo asse Y tale che ciascuna di esse delimita da un lato, lungo il secondo asse Y, una porzione di canale 127 di una rispettiva regione di body 115.
In questa forma di realizzazione, le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 hanno ciascuna una profondit? d2, lungo il terzo asse Z, che ? minore della profondit? di corpo db e della profondit? d1 delle porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120.
Ad esempio, la profondit? d2 delle porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 ? compresa tra 0,1 ?m e 0,5 ?m.
Le porzioni leggere 120B hanno un livello di drogaggio di canale, il quale ? minore del livello di drogaggio di contatto delle porzioni pesanti 120A. Ad esempio, il livello di drogaggio di canale ? compreso tra 5?10<17 >atomi/cm<3 >e 1?10<19 >atomi/cm<3>.
Nella forma di realizzazione mostrata in figura 3 nella vista dall?alto sul corpo 105, le regioni di body 115 e le regioni di sorgente 120 si estendono lungo il primo asse X a forma di striscia.
Tuttavia, le regioni di body 115 e le regioni di sorgente 120 possono avere, in vista dall?alto, forma differente, ad esempio possono avere forma di anello, o possono formare rettangoli o altri poligoni tra loro separati nel corpo 105.
Il dispositivo MOSFET 100 comprende inoltre una pluralit? di regioni di porta isolata 125, mostrate in trasparenza, per chiarezza, in figura 3.
Nuovamente con riferimento alla figura 2, le regioni di porta isolata 125 si estendono sulla prima superficie 105A del corpo 105 e sono formate ciascuna da uno strato isolante di porta 125A, ad esempio di ossido di silicio, in contatto con la prima superficie 105A del corpo 105; da uno strato conduttivo di porta 125B, ad esempio di polisilicio, direttamente sovrapposto al rispettivo strato isolante di porta 125A; e da uno strato di passivazione 135, il quale ricopre superiormente e lateralmente il rispettivo strato isolante di porta 125A e il rispettivo strato conduttivo di porta 125B.
Gli strati conduttivi di porta 125B delle regioni di porta isolata 125 sono elettricamente collegati in parallelo, in maniera qui non mostrata, formando il terminale di porta G del dispositivo MOSFET 100.
Le regioni di porta isolata 125 si estendono ciascuna al di sopra di una rispettiva porzione superficiale 130 della regione di pozzo 107, sopra due porzioni di canale 127 di due regioni di body 115 adiacenti e sopra le porzioni leggere 120B di due regioni di sorgente 120 adiacenti.
In questa forma di realizzazione, le regioni di porta isolata 125 si estendono, lungo il primo asse X, ciascuna a forma di striscia, e, lungo il secondo asse Y, a distanza reciproca, in modo da formare aperture allungate 138, anch'esse dirette parallelamente al primo asse X.
Le aperture allungate 138 si estendono sopra le regioni di contatto di corpo 145 e sopra le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120.
Il dispositivo MOSFET 100 comprende inoltre una regione di metallizzazione anteriore 140.
La regione di metallizzazione anteriore 140, ad esempio di materiale metallico (eventualmente comprendente uno strato inferiore di siliciuro metallico), si estende nelle aperture allungate 138 e sugli strati di passivazione 135 delle regioni di porta isolata 125. La regione di metallizzazione anteriore 140 ? in contatto elettrico diretto, in particolare ohmico, con le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 e con le regioni di contatto di corpo 145. La regione di metallizzazione anteriore 140 forma quindi il terminale di sorgente S del dispositivo MOSFET 100.
Le regioni di contatto di corpo 145 fanno s? che la regione di metallizzazione anteriore 140 cortocircuiti le regioni di sorgente 120 e le regioni di body 115.
In uso, in stato acceso, il percorso conduttivo del dispositivo MOSFET 100 tra il terminale di sorgente S e il terminale di pozzo D di ciascuna cella elementare comprende, in serie, la porzione pesante 120A e la porzione leggera 120B di una rispettiva regione di sorgente 120, una rispettiva porzione di canale 127 e la regione di pozzo 107.
Dal momento che le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 hanno un livello di drogaggio inferiore rispetto alle porzioni pesanti 120A, le porzioni leggere 120B hanno una resistenza elettrica maggiore rispetto alle porzioni pesanti 120A.
Al tempo stesso, il livello di drogaggio delle porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120, ? elevato; ovvero tale da garantire un contatto elettrico a bassa resistenza, in particolare ohmico, con la regione di metallizzazione anteriore 140.
Di conseguenza, il percorso conduttivo tra il terminale di sorgente S e il terminale di pozzo D ha complessivamente una resistenza elettrica tale da diminuire la corrente di saturazione ISAT del dispositivo MOSFET 100. Ne segue che il dispositivo MOSFET 100 ? in grado di resistere a lungo in una condizione di cortocircuito indesiderato, se utilizzato in applicazioni di potenza, in cui la tensione operativa del dispositivo MOSFET 100 pu? raggiungere valori ad esempio compresi tra 400 V e 850 V, o anche maggiori; ovvero, ha un elevato tempo di resistenza al cortocircuito (?Short-Circuit Withstand Time?, SCWT).
Al tempo stesso, il fatto che le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120 formino un contatto a bassa resistenza con la regione di metallizzazione anteriore 140, fa s? che il percorso conduttivo tra il terminale di sorgente S e il terminale di pozzo D mantiene una bassa resistenza elettrica di stato acceso in condizioni di funzionamento normali, ovvero in assenza di cortocircuiti indesiderati.
Inoltre, le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 sono formate ad una profondit?, nel corpo 105, minore rispetto alle porzioni pesanti 120A. Quindi, come discusso in seguito in riferimento alle figure 4A-4C, le porzioni leggere 120B possono essere formate attraverso una fase di impiantazione di ioni droganti avente una bassa energia di impiantazione, ad esempio compresa tra 10 keV e 200 keV. Tale bassa energia di impiantazione fa s? che gli ioni droganti che formano le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120, subiscano una minore dispersione (?straggling?) laterale nel corpo 105, ottenendo un profilo di concentrazione degli ioni droganti controllabile e conforme a quanto stabilito in fase di progettazione. Ne segue quindi che il livello di drogaggio delle porzioni di canale 127, che sono disposte lateralmente, in posizione contigua, lungo il secondo asse Y, alle porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120, ? influenzato scarsamente dalla fase di formazione delle porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120.
Ci? permette di ottenere una bassa variabilit? di processo della tensione di soglia Vth di accensione del dispositivo MOSFET 100, il quale ha quindi una elevata affidabilit?.
In aggiunta, una bassa energia di impiantazione implica una bassa probabilit? di formazione di difetti nelle porzioni di reticolo cristallino di carburo di silicio del corpo 105 dove sono formate le porzioni di canale 127.
Di conseguenza, i portatori di carica nelle porzioni di canale 127 hanno una elevata mobilit?, garantendo quindi buone prestazioni del dispositivo MOSFET 100.
Qui di seguito sono descritte fasi di fabbricazione del dispositivo MOSFET 100, in particolare le fasi di fabbricazione che portano alla formazione delle regioni di sorgente 120.
La figura 4A mostra una fetta 150 di carburo di silicio, qui avente un drogaggio di tipo N e una prima e una seconda superficie 150A, 150B. Nella fetta 150 sono gi? state formate le regioni di body 115, le quali delimitano lateralmente le porzioni superficiali 130 della regione di pozzo 107.
Una prima maschera di sorgente 155 ? formata sulla prima superficie 150A della fetta 150, ad esempio tramite noti passaggi litografici. La prima maschera di sorgente 155 comprende una pluralit? di porzioni 160, ciascuna di spessore superiore a 0,3 ?m, ad esempio compreso tra 0,3 ?m e 1 ?m, reciprocamente distanziate in modo da esporre porzioni della fetta 150 dove si intende formare le porzioni pesanti 120A e le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 e le regioni di contatto di corpo 145.
In particolare, le porzioni 160 della prima maschera di sorgente 155 possono essere progettate in modo tale da avere un piccolo spessore, ad esempio minore delle porzioni della maschera utilizzata per formare le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120. In questo modo, ? possibile controllarne in modo preciso i parametri di processo.
Utilizzando la prima maschera di sorgente 155, viene eseguita una prima impiantazione di ioni droganti di tipo N (qui indicati da prime frecce 165), ad esempio ioni di azoto o fosforo, avente un?energia di impiantazione inferiore a 200 keV, ad esempio compresa tra 10 keV e 200 keV.
La prima impiantazione forma regioni drogate 167 all?interno delle regioni di body 115, a partire dalle quali vengono successivamente formate le porzioni pesanti 120A e le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120. In questo modo vengono inoltre delimitate le porzioni di canale 127 delle regioni di body 115.
Successivamente, figura 4B, una seconda maschera di sorgente 170 ? formata sopra la superficie 150A della fetta di lavoro 150, ad esempio tramite noti passaggi litografici.
Ad esempio, la seconda maschera di sorgente 170 pu? essere formata a partire dalla prima maschera di sorgente 155, in modo da permetterne un buon allineamento con le regioni drogate 167 e le porzioni di canale 127.
La seconda maschera di sorgente 170 comprende una pluralit? di porzioni 175, ciascuna di spessore, lungo il terzo asse Z, superiore a 0,5 ?m, ad esempio compreso tra 0,5 ?m e 1,5 ?m, reciprocamente distanziate in modo da esporre porzioni della fetta di lavoro 150 dove si intende formare le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120.
Utilizzando la seconda maschera di sorgente 170, viene eseguita una seconda impiantazione di ioni droganti di tipo N (qui indicati da seconde frecce 180), ad esempio ioni di azoto o fosforo, avente un?energia di impiantazione compresa tra 20 keV e 300 keV.
La seconda impiantazione ? tale da aumentare il drogaggio delle porzioni delle regioni drogate 167 che sono lasciate esposte dalle porzioni 175 della seconda maschera di sorgente 170, e da invertire il tipo di drogaggio di una parte delle porzioni delle regioni di body 115 che sono lasciate esposte dalle porzioni 175 della seconda maschera di sorgente 170, formando cos? le porzioni pesanti 120A delle regioni di sorgente 120.
Successivamente, figura 4C, la seconda maschera di sorgente 170 viene rimossa e una maschera di contatto di corpo 183 ? formata sopra la superficie 150A della fetta di lavoro 150, ad esempio tramite noti passaggi litografici.
La maschera di contatto di corpo 183 comprende una pluralit? di porzioni 185, di cui una visibile in figura 4C, ciascuna di spessore simile a quello delle porzioni 175 della seconda maschera di sorgente 170. Le porzioni 185 della maschera di contatto di corpo 183 reciprocamente distanziate in modo da esporre porzioni della fetta di lavoro 150 dove si intende formare le regioni di contatto di corpo 145.
Utilizzando la maschera di contatto di corpo 183, viene eseguita una impiantazione di ioni droganti di tipo P (qui indicati da terze frecce 187), ad esempio ioni di boro o alluminio, avente un?energia di impiantazione simile a quella della seconda impiantazione di ioni droganti di tipo N di figura 4B, ad esempio inferiore a 300 keV, in particolare compresa tra 20 keV e 300 keV.
La terza impiantazione ? tale da invertire il tipo di conducibilit? delle porzioni delle regioni drogate 167 che sono lasciate esposte dalla maschera di contatto di corpo 183, formando cos? le regioni di contatto di corpo 145. In questo modo, vengono anche delimitate le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120.
Successivamente, la maschera di contatto di corpo sorgente 183 viene rimossa e, in modo qui non mostrato e noto, vengono formate le regioni di porta isolata 125 sulla superficie 150A della fetta 150, la regione di metallizzazione anteriore 140 e la regione di contatto di pozzo 109.
Seguono inoltre altre fasi di lavorazione note della fetta 150, ad esempio taglio e collegamento elettrico, formando cos? il dispositivo MOSFET 100.
Emerge quindi, come gi? sopra discusso, che le porzioni leggere 120B delle regioni di sorgente 120 sono formate utilizzando una bassa energia di impiantazione. Ci? permette di ridurre la dispersione laterale degli ioni droganti, senza influire quindi sul livello di drogaggio delle porzioni di canale 127.
Quindi, il procedimento descritto consente di ottenere una minore variabilit? di processo per quanto riguarda la larghezza lungo il secondo asse Y delle porzioni di canale 127.
Le figure 5 e 6 mostrano una diversa forma di realizzazione del presente dispositivo MOSFET, qui indicato da 200. Il dispositivo MOSFET 200 ha una struttura generale simile a quella del dispositivo MOSFET 100 delle figure 2 e 3. Di conseguenza, elementi in comune sono indicati dagli stessi numeri di riferimento e non sono ulteriormente descritti.
Il dispositivo MOSFET 200 ? formato nel corpo 105, il quale alloggia la regione di pozzo 107 e le regioni di body 115. Il dispositivo MOSFET 200 comprende anche le regioni di porta isolata 125, le quali formano le aperture allungate 138, e la regione di contatto di pozzo 109.
Le regioni di sorgente, indicate qui da 220, si estendono a partire dalla prima superficie 105A del corpo 105 all?interno di una rispettiva regione di body 115, e comprendono ciascuna una rispettiva porzione pesante 220A e due rispettive porzioni leggere 220B.
In questa forma di realizzazione, come visibile in vista dall?alto in figura 6, in cui solo una regione di body 115 e una regione di sorgente 220 sono visibili per chiarezza, sia le porzioni pesanti 220A che le porzioni leggere 220B delle regioni di sorgente 220 si estendono, lungo il primo asse X, senza interruzioni, all?interno della rispettiva regione di body 115.
Le porzioni leggere 220B delle regioni di sorgente 220 si estendono quindi lungo il primo asse X al di sotto delle regioni di porta isolata 125, sui due lati delle porzioni pesanti 220A delle regioni di sorgente 220, in contatto elettrico diretto con esse. Anche qui, quindi, le porzioni leggere 220B delle regioni di sorgente 220 delimitano ciascuna, su un lato, una rispettiva porzione di canale 127.
Similmente a quanto discusso in riferimento alle regioni di sorgente 120 del dispositivo MOSFET 100, le porzioni pesanti 220A hanno ciascuna un livello di drogaggio maggiore del livello di drogaggio delle porzioni leggere 220B.
Inoltre, anche qui, le porzioni pesanti 220A hanno ciascuna una profondit? maggiore nel corpo 105, lungo il terzo asse Z, rispetto alle porzioni leggere 220B.
In questa forma di realizzazione, la regione di metallizzazione anteriore 140 (figura 5) comprende una pluralit? di porzioni conduttive di contatto 250. Le porzioni conduttive di contatto 250 si estendono nel corpo 105, a partire dalla prima superficie 105A del corpo 105, in corrispondenza delle aperture allungate 138. In dettaglio, le porzioni conduttive di contatto 250 si estendono ciascuna attraverso la porzione pesante 220A di una rispettiva regione di sorgente 220, in contatto elettrico diretto con la porzione pesante 220A e con una rispettiva regione di body 115. In particolare, qui, le porzioni conduttive di contatto 250 si estendono parzialmente anche attraverso una rispettiva regione di body 115.
In questa forma di realizzazione, quindi, non sono presenti le regioni di contatto di corpo 145.
In uso, il dispositivo MOSFET 200 ha, rispetto al dispositivo MOSFET 100 delle figure 2-3, una minore resistenza di contatto tra la regione di metallizzazione anteriore 140 e le regioni di body 115. In questo modo, si riduce la caduta di tensione, indesiderata, tra le regioni di sorgente 220 e le regioni di body 115, quindi migliorando le prestazioni elettriche del dispositivo MOSFET 200.
Qui di seguito sono descritte fasi di fabbricazione del dispositivo MOSFET 200. Il processo di fabbricazione del dispositivo MOSFET 200 comprende fasi comuni al processo di fabbricazione del dispositivo MOSFET 100 descritto in riferimento alle figure 4A-4C, qui non ulteriormente descritte.
La figura 7A mostra la fetta di carburo di silicio di figura 4B, qui indicata da 255, avente un drogaggio di tipo N e una prima e una seconda superficie 255A, 255B. Nella fetta 255 sono gi? state formate le regioni di body 115, le quali delimitano lateralmente le porzioni superficiali 130 della regione di pozzo 107.
Inoltre, nella fetta 255 sono gi? state formate le porzioni pesanti 220A e le porzioni leggere 220B delle regioni di sorgente 220.
Le regioni di porta isolata 125, vengono formate, in modo noto, sulla prima superficie 255A della fetta 255. Vengono quindi delimitate anche le aperture allungate 138.
Successivamente, figura 7B, viene formata una pluralit? di trincee 280 nella fetta 255, in corrispondenza delle aperture allungate 138, dove si intende formare le porzioni conduttive di contatto 250 della regione di metallizzazione anteriore 140.
Ad esempio, le trincee 280 possono essere formate utilizzando noti processi di litografia e di attacco chimico selettivo, ad esempio utilizzando la stessa maschera con cui sono formate le aperture allungate 138 o una maschera dedicata, la quale pu? essere formata, ad esempio, in maniera autoallineata rispetto alle aperture allungate 138 o internamente alle aperture allungate 138.
Le trincee 280 si estendono attraverso le porzioni pesanti 220A delle regioni di sorgente 220 e parzialmente attraverso le regioni di body 115.
Successivamente, figura 7C, viene depositato uno strato di metallizzazione anteriore 290 sulla prima superficie 255A della fetta 255, in modo da riempire le trincee 280 e ricoprire le regioni di porta isolata 125. Lo strato di metallizzazione anteriore 290 pu? essere formato da un solo strato metallico o da una pila di strati di materiale metallico.
Secondo una forma di realizzazione, la fetta 255 ? sottoposta ad uno o pi? trattamenti termici, in modo noto.
Lo strato di metallizzazione anteriore 290 forma quindi la regione di metallizzazione anteriore 140; in particolare, ne vengono cos? formate anche le porzioni conduttive di contatto 250.
Successivamente, in modo qui non mostrato e noto, viene formata la regione di contatto di pozzo 109, sulla seconda superficie 255B della fetta 255.
Seguono inoltre altre fasi di lavorazione, altrettanto note, della fetta 255, ad esempio taglio e collegamento elettrico, formando cos? il dispositivo MOSFET 200.
Risulta infine chiaro che ai dispositivi MOSFET 100, 200 e ai relativi processi di fabbricazione qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
Ad esempio, le diverse forme di realizzazione descritte possono essere combinate in modo da fornire ulteriori soluzioni.
Inoltre, i tipi di conducibilit? della regione di pozzo 107, delle regioni di sorgente 120, 220 e delle regioni di body 115 possono essere invertiti.
Ad esempio, i processi di fabbricazione descritti nelle figure 4A-4C e 7A-7C possono comprendere una fase di trattamento termico (?annealing?) della fetta 150, 255, utile per l?attivazione degli ioni droganti e per la riduzione di difetti nel reticolo cristallino che possono essere causati dall?impiantazione.
Ad esempio, le porzioni pesanti e le porzioni leggere delle regioni di sorgente possono essere formate tramite una sequenza di impiantazioni successive di ioni droganti di tipo N.
Ad esempio, l?ordine di formazione delle regioni di body, delle regioni di contatto di corpo, e delle porzioni pesanti e delle porzioni leggere delle regioni di sorgente pu? essere modificato.
Anche le trincee 280 possono essere formate in una fase differente rispetto a quanto mostrato nelle figure 7A-7C, ad esempio prima delle regioni di porta isolata 125.

Claims (14)

RIVENDICAZIONI
1. Dispositivo MOSFET (100; 200) a conduzione verticale comprendente:
un corpo (105) di carburo di silicio avente un primo tipo di conducibilit? e una faccia (105A);
una regione di metallizzazione (140) estendentesi sulla faccia del corpo;
una regione di body (115) di un secondo tipo di conducibilit?, estendentesi nel corpo, dalla faccia del corpo, lungo una prima direzione (Y) parallela alla faccia e lungo una seconda direzione (Z) trasversale alla faccia; e
una regione di sorgente (120; 220) del primo tipo di conducibilit?, estendentesi verso l'interno della regione di body, dalla faccia del corpo;
in cui la regione di sorgente comprende una prima porzione (120A; 220A) e una seconda porzione (120B; 220B), la prima porzione avendo un primo livello di drogaggio ed estendendosi in contatto elettrico diretto con la regione di metallizzazione, la seconda porzione avendo un secondo livello di drogaggio ed estendendosi in contatto elettrico diretto con la prima porzione della regione di sorgente, il secondo livello di drogaggio essendo minore del primo livello di drogaggio.
2. Dispositivo MOSFET secondo la rivendicazione precedente, in cui la regione di body comprende una porzione di canale (127), la seconda porzione (120B; 220B) della regione di sorgente delimitando da un lato, lungo la prima direzione (Y), la porzione di canale.
3. Dispositivo MOSFET secondo la rivendicazione precedente, in cui la prima porzione (120A; 220A) della regione di sorgente si estende nel corpo (105), lungo la seconda direzione (Z), fino ad una prima profondit? (d1) e la seconda porzione (120B; 220B) della regione di sorgente si estende nel corpo, lungo la seconda direzione, fino ad una seconda profondit? (d2), la seconda profondit? essendo minore della prima profondit?.
4. Dispositivo MOSFET secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la seconda porzione della regione di sorgente si estende da un lato, lungo la prima direzione (Y), in posizione contigua alla prima porzione della regione di sorgente.
5. Dispositivo MOSFET secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima porzione (120A; 220A) della regione di sorgente ? in contatto ohmico con la regione di metallizzazione (140).
6. Dispositivo MOSFET secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente una regione di porta isolata (125), in cui la regione di porta isolata si estende sulla faccia del corpo (105A), sopra la seconda porzione (120B; 220B) della regione di sorgente.
7. Dispositivo MOSFET secondo la rivendicazione precedente, in cui la regione di porta isolata delimita lateralmente un?apertura di contatto (138) sulla faccia del corpo, la prima porzione (120A; 220A) della regione di sorgente estendendosi sotto l?apertura di contatto.
8. Dispositivo MOSFET secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui la regione di porta isolata ? formata da uno strato isolante di porta (125A), da uno strato conduttivo di porta (125B) e da uno strato di passivazione (135), lo strato isolante di porta essendo in contatto con la faccia (105A) del corpo, lo strato conduttivo di porta essendo direttamente sovrapposto allo strato isolante di porta, e lo strato di passivazione ricoprendo superiormente e lateralmente lo strato isolante di porta e lo strato conduttivo di porta.
9. Dispositivo MOSFET secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una regione di contatto di corpo (145) avente il secondo tipo di conducibilit?, la regione di contatto di corpo essendo contigua alla seconda porzione (120B) della regione di sorgente (120) lungo la prima direzione (Y); estendendosi dalla faccia del corpo, all?interno della regione di body (115) lungo la seconda direzione (Z), in contatto elettrico diretto con la regione di body; ed estendendosi in posizione contigua alla prima porzione (120A) della regione di sorgente lungo una terza direzione (X) trasversale alla prima direzione e alla seconda direzione.
10. Dispositivo MOSFET secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-8, in cui la regione di metallizzazione (140) comprende una porzione conduttiva di contatto (250), la porzione conduttiva di contatto estendendosi nel corpo, dalla faccia del corpo, verso l?interno della regione di body, in contatto elettrico diretto con la regione di body e con la regione di sorgente (220).
11. Dispositivo MOSFET secondo la rivendicazione precedente, in cui la porzione conduttiva di contatto della regione di metallizzazione si estende attraverso la regione di sorgente, in posizione contigua a ed in collegamento elettrico diretto con la prima porzione (220A) della regione di sorgente (220).
12. Procedimento di fabbricazione di un dispositivo MOSFET a conduzione verticale, a partire da un corpo di lavoro (150; 255) di carburo di silicio, avente un primo tipo di conducibilit? e una faccia (150A; 255A), comprendente:
formare, nel corpo di lavoro, una regione di body (115) di un secondo tipo di conducibilit?, la regione di body estendendosi, a partire dalla faccia del corpo di lavoro, lungo una prima direzione (Y) parallela alla faccia e lungo una seconda direzione (Z) trasversale alla faccia;
formare una regione di sorgente (120; 220), del primo tipo di conducibilit?, nella regione di body, la regione di sorgente estendendosi dalla faccia del corpo di lavoro; e formare una regione di metallizzazione (140) sulla faccia del corpo di lavoro;
in cui formare la regione di sorgente comprende formare una prima porzione (120A; 220A) della regione di sorgente e formare una seconda porzione (120B; 220B) della regione di sorgente, la prima porzione avendo un primo livello di drogaggio ed estendendosi in contatto elettrico diretto con la regione di metallizzazione, la seconda porzione avendo un secondo livello di drogaggio ed estendendosi in contatto elettrico diretto con la prima porzione della regione di sorgente, il secondo livello di drogaggio essendo minore del primo livello di drogaggio.
13. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione precedente, in cui formare una prima porzione della regione di sorgente comprende impiantare primi ioni droganti utilizzando una prima maschera, e formare una seconda porzione della regione di sorgente comprende impiantare secondi ioni droganti utilizzando una seconda maschera.
14. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione precedente, in cui i primi ioni droganti sono impiantati utilizzando una prima energia di impiantazione massima, e in cui i secondi ioni droganti sono impiantati utilizzando una seconda energia di impiantazione massima, la seconda energia di impiantazione massima essendo minore della prima energia di impiantazione massima.
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