專利名稱：一種溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及功率半導(dǎo)體器件的單元結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)和制造過程。更具體地，本發(fā)明涉及在終端區(qū)具有懸浮的溝槽柵的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET)的新型改良的單元結(jié)構(gòu)，器件結(jié)構(gòu)及其改良的制造過程，其具有較高的擊穿電壓、較低的柵漏電荷Qgd和較低的制造成本。本申請案要求對于2011年06月27日提交的美國專利申請第13/169，314號的優(yōu)先權(quán)，該專利申請披露的內(nèi)容通過全文引用而結(jié)合與本文中。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中在終端區(qū)具有懸浮的溝槽柵的典型溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET，下同)結(jié)構(gòu)中存在一些技術(shù)問題。例如，在美國專利6，462，376中，如圖IA所示，公開了一種溝槽式M0SFET，其在終端區(qū)具有多個(gè)懸浮的溝槽柵和η+源區(qū)。在終端區(qū)，該多個(gè)η+源區(qū)120位于兩個(gè)相鄰的懸浮的溝槽柵111之間。這種結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致在漏區(qū)和源區(qū)之間產(chǎn)生大的泄漏電流，因?yàn)樵诮K端區(qū)的溝道區(qū)很容易被開啟，由于在漏/源反向偏置的情況下多個(gè)具有懸浮電壓的P體區(qū)108和懸浮的溝槽柵111沒有和η+源區(qū)短接在一起。電流會(huì)從漏區(qū)通過終端區(qū)中兩個(gè)相鄰的懸浮的溝槽式111之間的溝道區(qū)流至有源區(qū)中的η+源區(qū)120。如圖IB所示，另一現(xiàn)有技術(shù)美國專利7，511，339公開了另一種溝槽式MOSFET結(jié)構(gòu)，其在終端區(qū)不具有源區(qū)，但其懸浮的溝槽柵Iio的深度(TFd)小于懸浮的深P體區(qū)130的深度(Pd)。然而，從圖2中擊穿電壓(BV)和TFd與Pd差值的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，可以看出，當(dāng)TFd < Pd時(shí)隨著差值(TFd-Pd)逐漸變小擊穿電壓明顯下降，因而導(dǎo)致在終端區(qū)低擊穿電壓由于漏區(qū)和源區(qū)之間由懸浮的溝槽柵110在終端區(qū)具有較淺深度引起的不良的絕緣。當(dāng)漏/源反向偏置時(shí)，懸浮的深P體區(qū)130被懸浮的深體區(qū)130的電荷消耗連接在一起，因?yàn)閼腋〉臏喜蹡?10淺于懸浮的深P體區(qū)130。因此，電流會(huì)直接從終端區(qū)得邊緣流向有源區(qū)中的源區(qū)131而不被終端區(qū)中的懸浮的溝槽柵110阻擋。此外，為了保證器件邊緣的電勢在切割后具有相同的電勢而具有均勻的擊穿電壓，在溝槽式MOSFET的終端區(qū)形成了一個(gè)等勢環(huán)(EPR，下同)，其圍繞溝槽式MOSFET的源金屬焊盤和柵金屬焊盤的外圍。因此，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域中，特別是對于溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的設(shè)計(jì)和制造，仍需要提供一種新型的器件結(jié)構(gòu)和制造方法可以解決這些困難和設(shè)計(jì)限制。特別地，需要能在溝槽式MOSFET的終端區(qū)維持高擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種溝槽式M0SFET，其包括位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管單元和位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵，特別的是，該多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽深度等于或大于圍繞該懸浮的溝槽柵的體區(qū)的結(jié)深，由此來維持高擊穿電壓。一些優(yōu)選的實(shí)施例更是顯示出具有較低的柵漏電荷(Qgd)的性能。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種超級結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管單元和位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵，還包括(a)第一導(dǎo)電類型的襯底；(b)第一導(dǎo)電類型的外延層，其位于所述襯底之上，且所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；(C)第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，位于有源區(qū)，且靠近所述外延層的上表面，所述源區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于所述外延層；(d)第二導(dǎo)電類型的第一體區(qū)，位于有源區(qū)中所述外延層中，且位于所述源區(qū)下方；
(e)第二導(dǎo)電類型的第二體區(qū)，位于所述外延層中，且包圍所述有源區(qū)的外圍，所述第二體區(qū)上方不存在所述源區(qū)；(f)第一溝槽柵，位于所述有源區(qū)，被所述源區(qū)和所述第一體區(qū)包圍；(g)至少一個(gè)第二溝槽柵，用于柵極連接，其被所述第二體區(qū)包圍且延伸至所述第一溝槽柵，其中所述至少一個(gè)第二溝槽柵連接至一個(gè)柵極金屬焊盤(gate metal pad)；(h)所述多個(gè)懸浮的溝槽柵，其平行形成于所述終端區(qū)中，并且圍繞所述有源區(qū)的外圍，所述多個(gè)懸浮的溝槽柵各自具有懸浮的電壓并被所述第二體區(qū)包圍，并且所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽深度等于或大于所述第二體區(qū)的結(jié)深；(i) 一個(gè)等勢環(huán)，位于所述終端區(qū)并且圍繞所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的外圍，所述等勢環(huán)包括第三溝槽柵，其通過一個(gè)等勢環(huán)金屬連接至第二導(dǎo)電類型的第三體區(qū)，其中所述第三溝槽柵具有懸浮的電壓；其中(i)所述第二體區(qū)和所述第三體區(qū)都具有懸浮的電壓。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管單元具有封閉的單元結(jié)構(gòu)。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管單元具有帶狀的單元結(jié)構(gòu)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的至少一個(gè)第二溝槽柵只存在于所述柵極金屬焊盤的下方。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的溝槽式MOSFET還包括一個(gè)柵極金屬燒道(gatemetal runner),其包圍所述有源區(qū)的外圍并延伸至所述柵極金屬焊盤,其中所述的至少一個(gè)第二溝槽柵不僅存在于所述柵極金屬焊盤的下方，還存在于所述柵極金屬澆道的下方。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵具有與所述第一溝槽柵相同的溝槽寬度和相同的溝槽深度。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵具有比所述第一溝槽柵更大的溝槽寬度和更大的溝槽深度。更優(yōu)選地，有一些實(shí)施例中，所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽寬度沿向所述終端區(qū)邊緣處逐漸增大。在另一些實(shí)施例中，所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽寬度沿向所述終端區(qū)邊緣處逐漸減小。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第三體區(qū)上方不存在所述源區(qū)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述等勢環(huán)金屬通過一個(gè)等勢環(huán)金屬插塞連接至所述第三溝槽柵，同時(shí)所述等勢環(huán)金屬通過另一個(gè)等勢環(huán)金屬插塞連接至所述第三體區(qū)。更優(yōu)選地，在一些實(shí)施例中，所述第三體區(qū)上方存在所述源區(qū)。更優(yōu)選地，在一些實(shí)施例中，所述源區(qū)具有相同的結(jié)深。在另一些實(shí)施例中，所述源區(qū)在靠近所述等勢環(huán)金屬插塞處比靠近溝道區(qū)處具有更大的結(jié)深和更大的多數(shù)載流子摻雜濃度。
在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽式MOSFET還包括第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)，其包圍所述第一、第二和第三溝槽柵的底部以及包圍所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的底部，該第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述外延層。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述第三溝槽柵的溝槽寬度大于所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽寬度。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不會(huì)在漏區(qū)和源區(qū)之間產(chǎn)生大的泄漏電流。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以實(shí)現(xiàn)在終端區(qū)維持高的擊穿電壓。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，一些優(yōu)選地實(shí)施例表現(xiàn)出具有較低的柵漏電荷(Qgd)的性能。



本發(fā)明的這些和其他實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明和所附權(quán)利要求書，使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明了，其中圖IA示出了現(xiàn)有技術(shù)所揭示的一種溝槽式溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的剖面圖。圖IB示出了現(xiàn)有技術(shù)所揭示的另一種溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管的剖面圖。圖2示出了擊穿電壓(BV)和懸浮的溝槽柵的溝槽深度與體區(qū)的結(jié)深差值關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一些在終端區(qū)具有封閉的單元結(jié)構(gòu)的多個(gè)懸浮的溝槽柵的優(yōu)選實(shí)施例的俯視圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一些在終端區(qū)具有帶狀的單元結(jié)構(gòu)的多個(gè)懸浮的溝槽柵的優(yōu)選實(shí)施例的俯視圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖7示出了有源區(qū)中擊穿電壓(BV)和第一溝槽柵的溝槽深度與有源區(qū)中第一體區(qū)的結(jié)深差值(Td-Pd)關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線。圖8示出了溝槽臨界尺寸(⑶，Critical Dimension)和溝槽深度關(guān)系的實(shí)驗(yàn)曲線。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖11示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的一些具有封閉的單元結(jié)構(gòu)不具有溝槽式體接觸區(qū)的優(yōu)選實(shí)施例的俯視圖。圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的一些具有帶狀的單元結(jié)構(gòu)不具有溝槽式體接觸區(qū)的優(yōu)選實(shí)施例的俯視圖。圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的具有柵金屬焊盤的溝槽式MOSFET的俯視圖。圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的具有EPR和柵金屬焊盤的溝槽式MOSFET的俯視圖。
圖17示出了圖16優(yōu)選的A-B橫截面的剖面圖。圖18不出了圖16另一優(yōu)選的A-B橫截面的剖面圖。圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的不具有柵金屬焊盤溝槽式MOSFET的俯視圖。圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖21示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖22示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明可以，但是以不同的方式體現(xiàn)，但是不應(yīng)該局限于在此所述的實(shí)施例。例如，這里的說明更多 地引用N溝道的半導(dǎo)體集成電路，但是很明顯其他器件也是可能的。下文是通過參考各個(gè)附圖來對實(shí)踐本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。一些方向術(shù)語，例如“頂部”、“底部”、“前”、“后”、“上方”、“下方”等，是參考各個(gè)附圖的方向進(jìn)行描述的。由于實(shí)施例中的元件可以被放置在許多不同的方向，因此，本發(fā)明中的方向術(shù)語只是用于描述而不能被視為對本發(fā)明的限制。應(yīng)該理解的是，實(shí)施例中各種結(jié)構(gòu)或者邏輯上的替代和修改都應(yīng)該被涵蓋在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)。因此，以下的詳細(xì)描述不能被視為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的涵蓋范圍由附后的權(quán)利要求界定。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明中所描述的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)明特征可以相互結(jié)合，有特別說明的除外。圖3所示的是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中N溝道溝槽式MOSFET 200’形成于一個(gè)N外延層202中，該N外延層位于一個(gè)N+襯底200之上，其中該N+襯底200的底部覆蓋有金屬層作為漏極金屬層290。在N外延層202中，多個(gè)第一柵溝槽210位于有源區(qū)，至少一個(gè)第二溝槽柵212具有比第一溝槽柵210較大的溝槽寬度和溝槽深度，鄰近有源區(qū)并延伸入第一溝槽柵210用作柵極連接，多個(gè)(至少三個(gè))懸浮的溝槽柵211形成在終端區(qū)。在N外延層202的上部分，多個(gè)上方包括η+源區(qū)206的第一 P體區(qū)204在有源區(qū)延伸于每兩個(gè)相鄰的第一溝槽柵210之間；和多個(gè)上方不包括源區(qū)的第二 P體區(qū)205圍繞在有源區(qū)外圍。所有的溝槽柵每個(gè)都在柵溝槽中填充以襯有柵氧化層208的摻雜的多晶硅層。此夕卜，多個(gè)懸浮的溝槽柵211與在有源區(qū)中的第一溝槽柵210具有相同溝槽寬度和相同溝槽深度，同時(shí)，終端區(qū)中每兩個(gè)懸浮的溝槽柵211之間的溝槽間隔是相等的或者沿向終端區(qū)邊緣的方向逐漸增加。特別地，多個(gè)懸浮的溝槽柵211的溝槽深度(TFdl，TFd2，TFd3，...，如圖3所示)相等或者大于第二 P體區(qū)205 (Pd，如圖3所示)的結(jié)深，第二 P體區(qū)圍繞多個(gè)懸浮的溝槽柵211且其上方不包括源區(qū)，可以維持高擊穿電壓同時(shí)阻止大泄露電流，第一溝槽柵210的溝槽深度深于第一 P體區(qū)204的結(jié)深。該N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管200’還包括多個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)213其每個(gè)填充以接觸金屬插塞223，穿過接觸絕緣層216，η+源區(qū)206并延伸入第一 P體區(qū)204 ;—個(gè)溝槽式體接觸區(qū)214，其填充以接觸金屬插塞223，穿過接觸具有層216并延伸入鄰近有源區(qū)的第二 P體區(qū)205 ;和至少一個(gè)溝槽式柵接觸區(qū)215，其填充以接觸金屬插塞223，穿過接觸絕緣層216并延伸入至少一個(gè)第二溝槽柵212。一個(gè)ρ+體接觸區(qū)217，其至少包圍每個(gè)所述溝槽式源體接觸區(qū)213和溝槽式體接觸區(qū)214的底部，以減少所述體區(qū)和所述接觸金屬插塞223之間的接觸電阻。該N溝道溝槽式MOSFET還包括一個(gè)柵極金屬焊盤220和一個(gè)柵極金屬222 (其為柵極金屬澆道)，源極金屬焊盤220通過填充在溝槽式源體接觸區(qū)213和溝槽式體接觸區(qū)214中的接觸金屬插塞223連接η+源區(qū)206，第一 P體區(qū)204和鄰近有源區(qū)的第二 P體區(qū)205，柵極金屬222通過填充在溝槽式柵接觸區(qū)中的接觸金屬插塞連接到至少一個(gè)第二溝槽柵212作為柵極連接，其中接觸金屬插塞為鎢金屬層，其襯有一層勢壘金屬層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN0因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)中另個(gè)相鄰的懸浮的溝槽柵211之間沒有源區(qū)，所以即使懸浮的溝槽柵開啟也沒有電流從漏區(qū)流經(jīng)溝道區(qū)到達(dá)有源區(qū)中的源區(qū)206。該N溝道溝槽式MOSFET 200’還包括多個(gè)封閉的晶體管單元結(jié)構(gòu)，如圖4所示或多個(gè)帶狀的晶體管單元，如圖5所示。圖6所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選的實(shí)施例，其為圖4中Y1-Y2橫截面，其中N溝道溝槽式MOSFET 300’與圖3中具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖6中，終端區(qū)中多個(gè)懸浮的溝槽柵311具有相同的溝槽寬度(TFwl，T Fw2，TFw3，...，如圖3所示)和相同的溝槽深度，其大于有源區(qū)中第一溝槽柵310的溝槽寬度和溝槽深度。同時(shí)，第一溝槽柵310的溝槽深度(Td,如圖6所示)小于第一 P體區(qū)304和第二 P體區(qū)305的體區(qū)結(jié)深，以保持在有源區(qū)足夠的擊穿電壓和較低的柵漏電荷Qgd，因?yàn)椋鐖D7所示，當(dāng)Td越大，有源區(qū)中的擊穿電壓越低因此Qgd越高。如圖8所示為柵溝槽的溝槽深度與溝槽寬度之間的關(guān)系，該結(jié)構(gòu)可以通過單溝槽刻蝕實(shí)現(xiàn)因?yàn)槎鄠€(gè)懸浮的溝槽柵311具有比第一溝槽柵310更大的溝槽寬度，導(dǎo)致多個(gè)懸浮的溝槽柵311的溝槽深度大于第一溝槽柵310。該優(yōu)選實(shí)施例具有低柵電荷由于淺溝槽深度而終端區(qū)的擊穿電壓可以得到維持并且沒有額外的溝槽刻蝕。圖9所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中N溝道溝槽式MOSFET 400’與圖6中具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖9中，η*摻雜區(qū)418包圍每個(gè)第一溝槽柵410，第二溝槽柵412和多個(gè)懸浮的溝槽柵411的底部，以進(jìn)一步減小漏源電阻Rds。圖10所示的是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中N溝道溝槽式MOSFET 500’與圖6具有相似似的結(jié)構(gòu)，除了在圖10中，有源區(qū)中第一溝槽柵510的溝槽深度(Td，如圖10所示)大于第一 P體區(qū)504和第二 P體區(qū)505的體區(qū)結(jié)深。圖11所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中N溝道溝槽式MOSFET 600’與圖10具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖11中的終端區(qū)，多個(gè)懸浮的溝槽柵611具有不同的溝槽深度和溝槽寬度，且都分別大于有源區(qū)中的第一溝槽柵610的溝槽深度和溝槽寬度。更具體的，多個(gè)懸浮的溝槽柵611的溝槽寬度沿向著終端區(qū)邊緣的方向增加(TFw1 < TFw2< TFw3. 意味著，多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽深度611也沿向著終端區(qū)邊緣的方向增加(TFd1 < TFd2 < TFd3...)，如圖8所示?；蛘?，多個(gè)懸浮的溝槽柵611的溝槽深度也可以沿向著終端區(qū)器件邊緣的方向逐漸減小(TFw1 > TFw2 > TFw3...)。圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，同時(shí)也是圖13中X1-X2的剖面圖，其中N溝道溝槽式MOSFET 700’具有與圖11相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖12中，不存在溝槽式體接觸區(qū)，這意味著位于有源區(qū)和相鄰的第二溝槽柵712之間的第二 P體區(qū)705沒有連接至η+源區(qū)706而是具有懸浮的電壓。該N溝道溝槽式MOSFET 700’可以包括如圖13所示的多個(gè)封閉的晶體管單元結(jié)構(gòu)，或者包括如圖14所示的多個(gè)帶狀的晶體管單元結(jié)構(gòu)。圖15示出了用于柵極連接的第二溝槽柵不僅位于一個(gè)柵極金屬焊盤下方，同時(shí)位于一個(gè)柵極金屬澆道下方，并且該柵極金屬澆道圍繞所述源極金屬焊盤的外圍并延伸至所述柵極金屬焊盤，其中所述柵極金屬澆道還圍繞位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵的外圍。
圖16示出了一個(gè)等壓環(huán)結(jié)構(gòu)，其位于終端區(qū)并且圍繞多個(gè)懸浮的溝槽柵的外圍。圖17是圖16的一個(gè)優(yōu)選的A-B剖面圖，其與圖10具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖17中，終端區(qū)還包括一個(gè)等勢環(huán)金屬插塞830，其穿過接觸絕緣層816并延伸入一個(gè)靠近器件邊緣的第三P體區(qū)805，其中所述等勢環(huán)金屬插塞830是襯有一層勢壘層Ti/TiN或Co/TiN的鎢插塞，并且該等勢環(huán)金屬插塞與填充于溝槽式源體接觸區(qū)中的接觸金屬插塞同時(shí)形成。在所述等勢環(huán)金屬插塞830下方,還包括一個(gè)ρ+體接觸區(qū)817,其至少包圍所述等勢環(huán)金屬插塞830的底部。同時(shí)，該實(shí)施例還包括一個(gè)等勢環(huán)金屬820，其可以為Al合金，并且該等勢環(huán)金屬位于所述接觸絕緣層816上方并覆蓋所述等勢環(huán)金屬插塞830。圖18是圖16的另一個(gè)優(yōu)選的A-B剖面圖，其與圖17具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖18中，在等勢環(huán)金屬插塞830’上方不存在等勢環(huán)金屬。圖19是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的溝槽式MOSFET的俯視圖，該優(yōu)選的溝槽式MOSFET不包括等勢環(huán)并且不具有柵極金屬澆道。
圖20是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的剖面圖，其中N溝道溝槽MOSFET900’具有與圖17相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖20中，等勢環(huán)還包括一個(gè)第三溝槽柵914，其在器件邊緣處通過位于其上方的等勢環(huán)金屬915連接至第三P體區(qū)913。其中，所述第三溝槽柵914具有懸浮的電壓和比懸浮的溝槽柵909更大的溝槽寬度。所述等勢環(huán)金屬915通過一個(gè)等勢環(huán)金屬插塞910連接至所述第三溝槽柵914,其中所述等勢環(huán)金屬插塞910穿過接觸絕緣層912并延伸入所述第三溝槽柵914中；同時(shí)，所述等勢環(huán)金屬915通過另一個(gè)等勢環(huán)金屬插塞911連接至所述第三P體區(qū)913,其中所述另一個(gè)等勢環(huán)金屬插塞911穿過所述接觸絕緣層912并延伸入靠近器件邊緣的所述第三P體區(qū)913。所述等勢環(huán)金屬915為位于所述接觸絕緣層912上方的Al合金層。圖21是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的剖面圖，其中N溝道溝槽MOSFET920’具有與圖20相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖21中，第三P體區(qū)921上方存在η+源區(qū)922，并且等勢環(huán)金屬插塞923穿過所述η+源區(qū)922并延伸入第三P體區(qū)921.該實(shí)施例的制造過程需要4層掩模板用于第一、第二和第三溝槽的溝槽掩模板、用于定義源區(qū)的源區(qū)掩模板、用于定義溝槽式源體接觸區(qū)、溝槽式柵接觸區(qū)和等勢環(huán)金屬插塞的接觸區(qū)掩模板和用于定義源極金屬、柵極金屬和等勢環(huán)金屬的金屬掩模板。其中，η+源區(qū)922是在由所述源區(qū)掩模板定義的源區(qū)離子注入后經(jīng)過垂直擴(kuò)散形成，因此具有相同的結(jié)深。圖22是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的剖面圖，其中N溝道溝槽式MOSFET940’具有與圖21相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖22中，每個(gè)η+源區(qū)941在靠近溝槽式源體接觸區(qū)942或靠近等勢環(huán)金屬插塞943處比靠近一個(gè)溝道區(qū)處具有更大的多數(shù)載流子摻雜濃度和更大的結(jié)深。這是因?yàn)樵谠搶?shí)施例中，η+源區(qū)941是在由一個(gè)接觸區(qū)掩模板定義的源區(qū)離子注入后經(jīng)過橫向擴(kuò)散形成，因此在該實(shí)施例的制造過程中只需要三層掩模板溝槽掩模板、接觸區(qū)掩模板和金屬掩模板。盡管在此說明了各種實(shí)施例，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，通過所述的指導(dǎo)，可以對本發(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)。
權(quán)利要求
1.一種溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，包括位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管単元和位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵，還包括 第一導(dǎo)電類型的襯底； 第一導(dǎo)電類型的外延層，其位于所述襯底之上，且所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底； 第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，位于有源區(qū)，且靠近所述外延層的上表面，所述源區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于所述外延層； 第二導(dǎo)電類型的第一體區(qū)，位于有源區(qū)中所述外延層中，且位于所述源區(qū)下方； 第二導(dǎo)電類型的第二體區(qū)，位于所述外延層中，且包圍所述有源區(qū)的外圍，所述第二體區(qū)上方不存在所述源區(qū)； 第一溝槽柵，位于所述有源區(qū)，被所述源區(qū)和所述第一體區(qū)包圍； 至少ー個(gè)第二溝槽柵，用于柵極連接，其被所述第二體區(qū)包圍且延伸至所述第一溝槽柵，其中所述至少ー個(gè)第二溝槽柵連接至一個(gè)柵極金屬焊盤； 所述多個(gè)懸浮的溝槽柵，其平行形成于所述終端區(qū)中，并且圍繞所述有源區(qū)的外圍，所述多個(gè)懸浮的溝槽柵各自具有懸浮的電壓并被所述第二體區(qū)包圍，并且所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽深度等于或大于所述第二體區(qū)的結(jié)深； ー個(gè)等勢環(huán)，位于所述終端區(qū)并且圍繞所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的外圍，所述等勢環(huán)包括第三溝槽柵，其通過ー個(gè)等勢環(huán)金屬連接至第二導(dǎo)電類型的第三體區(qū)，其中所述第三溝槽柵具有懸浮的電壓；其中 所述第二體區(qū)和所述第三體區(qū)都具有懸浮的電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述等勢環(huán)金屬通過ー個(gè)等勢環(huán)金屬插塞連接至所述第三溝槽柵，同時(shí)所述等勢環(huán)金屬通過另ー個(gè)等勢環(huán)金屬插塞連接至所述第三體區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述的位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管単元具有封閉的單元結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述的位于有源區(qū)的多個(gè)晶體管単元具有帯狀的単元結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述的至少ー個(gè)第ニ溝槽柵只存在于所述柵極金屬焊盤的下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，還包括一個(gè)柵極金屬澆道，其包圍所述有源區(qū)的外圍并延伸至所述柵極金屬焊盤，其中所述的至少ー個(gè)第二溝槽柵不僅存在于所述柵極金屬焊盤的下方，還存在于所述柵極金屬澆道的下方。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，還包括第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)，其包圍所述第一、第二和第三溝槽柵的底部以及包圍所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的底部，該第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述外延層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵具有與所述第一溝槽柵相同的溝槽寬度和相同的溝槽深度。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述位于終端區(qū)的多個(gè)懸浮的溝槽柵具有比所述第一溝槽柵更大的溝槽寬度和更大的溝槽深度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽寬度沿向所述終端區(qū)邊緣處逐漸増大。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽寬度沿向所述終端區(qū)邊緣處逐漸減小。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述第三溝槽柵的溝槽寬度大于所述多個(gè)懸浮的溝槽柵的溝槽寬度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述第三體區(qū)上方不存在所述源區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述第三體區(qū)上方存在所述源區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述源區(qū)具有相同的結(jié)深。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管，其中所述源區(qū)在靠近所述等勢環(huán)金屬插塞處比靠近溝道區(qū)處具有更大的結(jié)深和更大的多數(shù)載流子摻雜濃度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種包括具有多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)的終端區(qū)的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管。根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)的深度等于或大于位于有源區(qū)的體區(qū)的結(jié)深。根據(jù)本發(fā)明的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管還包括一個(gè)等勢環(huán)，其位于終端區(qū)且包圍所述的多個(gè)懸浮的溝槽環(huán)。
文檔編號H01L29/78GK102856380SQ201210215629
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者謝福淵 申請人:力士科技股份有限公司