專利名稱：一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件的器件構(gòu)造。特別涉及一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(trench M0SFET)的器件構(gòu)造。
背景技術(shù)：
圖IA所示為美國(guó)專利號(hào)7，005, 347中所揭示的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該俯視圖包括多個(gè)位于有源區(qū)的第一溝槽101 ；位于所述有源區(qū)邊緣的第二溝槽102 ；多個(gè)用作柵指(gate finger)結(jié)構(gòu)的第三溝槽103 ；以及多個(gè)用于柵極連接(gate contact)的第四溝槽104。在上述結(jié)構(gòu)中，第一溝槽101、第二溝槽102和第三溝槽103具有相同的寬度，且都小于第四溝槽104的寬度。圖IB所示為另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)所揭示的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該俯視圖進(jìn)一步包括一個(gè)包含金屬場(chǎng)板(metal field plate)的終端區(qū)。與圖IA相同， 圖IB中位于有源區(qū)的第一溝槽201、位于有源區(qū)邊緣的第二溝槽202以及用作柵指結(jié)構(gòu)的第三溝槽203具有相同的寬度，且都小于用于柵極連接的第四溝槽204的寬度。從圖IC所示的圖IB中沿A1-B1-C1-D1-E1的剖視圖可以更清楚看出這些溝槽之間的寬度關(guān)系(第三溝槽203未示出)。然而，經(jīng)過(guò)光刻曝光(photolithographic exposure)之后，圖IA和圖IB中所示的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致低成品率的危險(xiǎn)情況，即當(dāng)圖IB中的第三溝槽203(或圖IA中的第三溝槽10 與第一溝槽201(或圖IA中的第一溝槽101)的寬度相同時(shí)，圖IB中的第三溝槽203(或圖IA中的第三溝槽10 可能不會(huì)完全被打開(kāi)或根本沒(méi)有被打開(kāi)，如圖ID所示。這是由一種光學(xué)衍射效應(yīng)引發(fā)的鄰接特征使得溝槽寬度的變化與溝槽密度有關(guān)，這種現(xiàn)象即溝槽密度越低，溝槽的寬度越小。因此，在圖IB中，由于第三溝槽203(或圖IA中的第三溝槽10 靠近有源區(qū)的邊緣，其溝槽密度小于有源區(qū)中第一溝槽 201 (或圖IA中的第一溝槽101)的溝槽密度，因此，在經(jīng)過(guò)光刻曝光之后，第三溝槽203 (或圖IA中的第三溝槽103)的寬度會(huì)因?yàn)樘《鵁o(wú)法被打開(kāi)。圖2A所示為另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)所揭示的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該俯視圖進(jìn)一步包括一個(gè)包含多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)(trenchedfloating rings)的終端區(qū)，該溝槽環(huán)由多個(gè)第五溝槽305構(gòu)成。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所揭示，第五溝槽305的與第一溝槽 301、第二溝槽302和第三溝槽303的寬度相同，且小于第四溝槽304的寬度。從圖2B所示的圖2A中沿A2-B2-C2-D2-E2的剖視圖可以更清楚看出這些溝槽之間的寬度關(guān)系(第三溝槽 303未示出)。如圖2C所示，經(jīng)過(guò)光刻曝光之后，由于上述的光學(xué)衍射效應(yīng)，圖2A中位于終端區(qū)的第五溝槽305以及用作柵指結(jié)構(gòu)的第三溝槽303可能全部被損壞或無(wú)法被打開(kāi)，這意味著由于位于溝槽密度較低的終端區(qū)，第五溝槽305依然具有寬度過(guò)小的技術(shù)困難。因此，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域中，尤其是在溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域中，需要提出一種新穎的器件溝槽以解決上述的困難和設(shè)計(jì)局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供了一種改進(jìn)的半導(dǎo)體功率器件，從而有效地改善了器件中溝槽難以被打開(kāi)的問(wèn)題，有效地提高了器件的成品率。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)，包括(a)多個(gè)第一溝槽，位于有源區(qū)；(b) 一個(gè)第二溝槽，位于所述有源區(qū)的邊緣，所述第二溝槽的寬度大于或等于所述第一溝槽的寬度；(c)多個(gè)用作柵指結(jié)構(gòu)的第三溝槽，與所述第二溝槽相連，所述第三溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度；和(d)多個(gè)用于柵極連接的第四溝槽，與所述第三溝槽相連，所述第四溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第四溝槽的寬度大于或等于所述第三溝槽的寬度。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第一溝槽、所述第二溝槽、所述第三溝槽和所述第四溝槽的內(nèi)表面都襯有柵極氧化物層，并且在該柵極氧化物層上都填充以摻雜的多晶硅層。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)終端區(qū)。更優(yōu)選地，所述終端區(qū)包括金屬場(chǎng)板；或者包括金屬場(chǎng)板以及懸浮的保護(hù)環(huán)(trenched guard ring)；或者包括多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)，該懸浮的溝槽環(huán)進(jìn)一步包括多個(gè)第五溝槽，并且所述第五溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管具有帶狀的單元結(jié)構(gòu)(stripe cell)，在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管具有封閉的單元結(jié)構(gòu)(closed cell)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，針對(duì)由于溝槽密度低使得溝槽寬度小，導(dǎo)致溝槽無(wú)法被打開(kāi)的技術(shù)困難，增大了溝槽密度較低區(qū)域的溝槽寬度，本發(fā)明克服了上述困難，提高了器件的成品率。


本發(fā)明的這些和其它實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖IA為現(xiàn)有技術(shù)揭示的一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖。圖IB為現(xiàn)有技術(shù)揭示的另一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖。圖IC為圖IB所示俯視圖沿A1-B1-C1-D1-E1截面的剖視圖。圖ID為圖IA和圖IB所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后溝槽損壞情況的示意圖。圖2A為現(xiàn)有技術(shù)揭示的另一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖。圖2B為圖2A所示俯視圖沿A2-B2-C2-D2-E2截面的剖視圖。圖2C為圖2A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后溝槽損壞情況的示意圖。
圖3A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖。圖;3B為圖3A所示俯視圖沿A3-B3-F3截面的剖視圖。圖3C為圖3A所示俯視圖沿A3-B3-C3-D3-E3截面的一種剖視圖。圖3D為圖3A所示俯視圖沿A3-B3-C3-D3-E3截面的另一種剖視圖。圖3E為圖3A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后無(wú)溝槽損壞情況的示意圖。圖4A為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的剖視圖。圖4B為圖4A所示俯視圖沿A4-B4-C4-D4-E4截面的剖視圖。圖4C為圖4A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后無(wú)溝槽損壞情況的示意圖。圖5A為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的剖視圖。圖5B為圖5A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后無(wú)溝槽損壞情況的示意圖。圖6A為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的剖視圖。圖6B為圖6A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后無(wú)溝槽損壞情況的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖3A揭示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的具有封閉單元結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管包括位于有源區(qū)的多個(gè)第一溝槽401 ；位于所述有源區(qū)邊緣的第二溝槽402 ；多個(gè)第三溝槽403，用作柵指結(jié)構(gòu)， 且與所述第二溝槽402相連；和多個(gè)第四溝槽404，用于柵極連接，與所述第三溝槽403相連，且所述第四溝槽404的寬度大于其它的溝槽。根據(jù)這個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，為了避免現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)衍射效應(yīng)造成的危害，所述第三溝槽403和所述第四溝槽404的寬度都大于所述第一溝槽401的寬度，同時(shí)，所述第二溝槽402的寬度大于或者等于所述第一溝槽401的寬度。請(qǐng)參考圖3B所示的圖3A中俯視圖沿A3-B3-F3截面的剖視圖，可以清楚看出所述第一溝槽401、所述第二溝槽402和所述第三溝槽403之間的寬度關(guān)系。此外，所有溝槽內(nèi)表面都襯有柵極氧化物層并在該柵極氧化物層之上都填充以摻雜的多晶硅層。圖3C為圖3A所示俯視圖沿A3-B3-C3-D3-E3截面一個(gè)優(yōu)選的剖視圖，其中，柵極金屬同時(shí)被用作終端區(qū)的金屬場(chǎng)板。圖3D為圖3A所示俯視圖沿A3-B3-C3-D3I3截面的另一個(gè)優(yōu)選的剖視圖，其中，柵極金屬同時(shí)被用作終端區(qū)的金屬場(chǎng)板，在該金屬場(chǎng)板之下，所述終端區(qū)還包括保護(hù)環(huán)(GR， 如圖3D所示)。從圖3E所示圖3A中溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后的示意圖可以看出，所述第三溝槽403都被充分打開(kāi)，由此解決了圖ID所示的現(xiàn)有技術(shù)中存在的困
圖4A揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的具有封閉單元結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管與圖3A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管相似，除了在圖4A中，終端區(qū)包括多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)，該溝槽環(huán)由多個(gè)第五溝槽505構(gòu)成。根據(jù)該優(yōu)選的實(shí)施例，所述第五溝槽505的寬度大于位于有源區(qū)的第一溝槽501的寬度，以此保證每個(gè)所述第五溝槽505在光刻曝光之后都可以被充分打開(kāi)。請(qǐng)參考圖4B所示的圖4A中俯視圖沿A4-B4-C4-D4I4截面的剖視圖，可以清楚看出第一溝槽501、第二溝槽502、第四溝槽504之間和所述第五溝槽505之間的寬度關(guān)系。此外， 所有溝槽內(nèi)表面都襯有柵極氧化物層并在該柵極氧化物層之上都填充以摻雜的多晶硅層。從圖4E所示圖4A中溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后的示意圖可以看出，所述第三溝槽503和所述第五溝槽505都被充分打開(kāi)，由此解決了圖2C所示的現(xiàn)有技術(shù)中存在的困難。圖5A揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的具有帶狀單元結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管包括位于有源區(qū)的多個(gè)第一溝槽601 ；位于所述有源區(qū)邊緣的第二溝槽602 ；多個(gè)第三溝槽603，用作柵指結(jié)構(gòu)，且與所述第二溝槽602相連；和多個(gè)第四溝槽604，用于柵極連接，與所述第三溝槽403 相連，且所述第四溝槽604的寬度大于其它的溝槽。根據(jù)這個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，為了避免現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)衍射效應(yīng)造成的危害，所述第三溝槽603寬度大于所述第一溝槽601的寬度， 同時(shí)，所述第二溝槽602的寬度大于或者等于所述第一溝槽601的寬度。此外，柵極金屬同時(shí)被用作終端區(qū)的金屬場(chǎng)板。從圖5B所示圖5A中溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后的示意圖可以看出，所述第三溝槽603都被充分打開(kāi)。圖6A揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的具有帶狀單元結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的俯視圖，該溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管與圖5A所示溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管相似，除了在圖6A中，終端區(qū)包括多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)，該溝槽環(huán)由多個(gè)第五溝槽705構(gòu)成。根據(jù)該優(yōu)選的實(shí)施例，所述第五溝槽705的寬度大于位于有源區(qū)的第一溝槽701的寬度，以此保證每個(gè)所述第五溝槽705在光刻曝光之后都可以被充分打開(kāi)。從圖6B所示圖6A中溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管經(jīng)過(guò)光刻曝光之后的示意圖可以看出，所述第五溝槽705都被充分打開(kāi)。盡管在此說(shuō)明了各種實(shí)施例，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改。例如，可以用本發(fā)明的方法形成其導(dǎo)電類型與文中所描述的相反的導(dǎo)電類型的各種半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但所作出的修改應(yīng)包涵在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括多個(gè)第一溝槽，位于有源區(qū)；一個(gè)第二溝槽，位于所述有源區(qū)的邊緣，所述第二溝槽的寬度大于或等于所述第一溝槽的寬度；多個(gè)用作柵指結(jié)構(gòu)的第三溝槽，與所述第二溝槽相連，所述第三溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度；和多個(gè)用于柵極連接的第四溝槽，與所述第三溝槽相連，所述第四溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述第四溝槽的寬度大于或等于所述第三溝槽的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述第一溝槽、所述第二溝槽、所述第三溝槽和所述第四溝槽的內(nèi)表面都襯有柵極氧化物層，并且在該柵極氧化物層上方都填充以摻雜的多晶硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中還包括一個(gè)終端區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述終端區(qū)包括金屬場(chǎng)板。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述終端區(qū)包括金屬場(chǎng)板以及懸浮的保護(hù)環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述終端區(qū)包括多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)，該懸浮的溝槽環(huán)包括多個(gè)第五溝槽，并且所述第五溝槽的寬度大于所述第一溝槽的寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管具有帶狀的單元結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管具有封閉的單元結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改進(jìn)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明有效地避免了現(xiàn)有技術(shù)中存在的經(jīng)過(guò)光刻曝光之后，溝槽不能被充分打開(kāi)的技術(shù)困難，提高了溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的成品率。
文檔編號(hào)H01L21/8232GK102222618SQ20101016397
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2010年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者謝福淵 申請(qǐng)人:力士科技股份有限公司