溝槽型功率器件及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及溝槽型功率器件，尤其涉及具有T型柵極的溝槽型功率器件，以及該溝槽型功率器件的形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溝槽型功率器件在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中廣泛使用。但是為了提高晶體管的開(kāi)關(guān)切換速度，使其具有更高的工作頻率并減少因開(kāi)關(guān)動(dòng)作而導(dǎo)致的切換損失，需要盡可能在不大幅增加導(dǎo)通電阻的情況下，降低功率器件中的柵極的充放電容的電荷量(Qg)。對(duì)于溝槽型功率器件(例如，晶體管)，期望在保持功率器件的導(dǎo)通電阻(Rdson)處于相對(duì)較低水平的同時(shí)，在不增加作為柵極絕緣層的溝槽側(cè)壁氧化物層的厚度的情況下，增加溝槽底部氧化物層的厚度，由此實(shí)現(xiàn)減少柵極充放電容，達(dá)到減少充放電容電荷量的目的。
[0003]但是傳統(tǒng)的溝槽型功率器件僅在溝槽的底部具有第一氧化物層、在溝槽的側(cè)壁上的作為溝道的第二氧化物層、以及在第二氧化物層上的用于填充溝槽的剩余部分的柵極層，其不能達(dá)到在減少充放電容電荷量的同時(shí)保持功率器件的Rdson處于相對(duì)較低水平的目的。
[0004]因此，需要一種溝槽型功率器件，其能夠在保持功率器件的Rdson處于相對(duì)較低水平的同時(shí)實(shí)現(xiàn)減少充放電容電荷量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明構(gòu)思的方面提供一種溝槽型功率器件，該溝槽型功率器件可以具有改善的充放電容和導(dǎo)通電阻二者。
[0006]本發(fā)明構(gòu)思的方面還提供一種制造溝槽型功率器件的方法，該溝槽型功率器件具有改善的充放電容和導(dǎo)通電阻二者。
[0007]然而，本發(fā)明構(gòu)思的方面不限于在此闡述的。對(duì)于本發(fā)明構(gòu)思所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，通過(guò)參考以下給出的本發(fā)明構(gòu)思的詳細(xì)描述，本發(fā)明構(gòu)思的以上和其它方面將變得更明顯。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種溝槽型功率器件，該溝槽型功率器件包括:溝槽，形成在襯底中；第一氧化物層，在溝槽的底部以及側(cè)壁的一部分上且與溝槽共形；第一柵電極層，在溝槽中以部分地填充溝槽；第二柵電極層，在第一柵電極層上以填充溝槽的剩余部分；電介質(zhì)層，夾置在第一柵電極層與第二柵電極層之間且在溝槽的部分側(cè)壁上；以及接觸件，用于連接第一和第二多晶硅層。
[0009]在一不例中，第一柵電極層可以高于第一氧化物層的頂表面。
[0010]在一示例中，電介質(zhì)層可以與第一氧化物層的頂表面和溝槽的側(cè)壁共形地形成，且還可以形成在襯底的頂表面上。
[0011]在一示例中，第一氧化物層可以具有在從0.Ιμ??到0.7μπ?范圍內(nèi)的厚度。
[0012]在一示例中，電介質(zhì)層可以具有在從0.01 μ m至0.07 μ m范圍內(nèi)的厚度。
[0013]在一示例中，第一柵電極層和第二柵電極層的總高度可以在從2.0 μ m到3.0 μ m范圍內(nèi)。
[0014]在一示例中，第二多晶硅層的高度可以在從I μπι到2.0μπι范圍內(nèi)。
[0015]在一示例中，溝槽可以是孔形或凹槽形。
[0016]在一示例中，接觸件可以是柱形。
[0017]在一示例中，第一氧化物層可以在第一摻雜區(qū)域中。
[0018]在一示例中，電介質(zhì)層可以在第二摻雜區(qū)域中，其中該第二摻雜區(qū)域與第一摻雜區(qū)域的摻雜類型不同。
[0019]本發(fā)明的另一方面提供一種形成溝槽型功率器件的方法，該方法包括在襯底中形成溝槽；在溝槽的底部和側(cè)壁上且與溝槽共形地形成第一氧化物層；在溝槽的剩余部分中沉積導(dǎo)電材料，并蝕刻該導(dǎo)電材料從而形成部分地填充溝槽的第一柵電極層；蝕刻暴露的第一氧化物層；通過(guò)氧化暴露的側(cè)壁而形成電介質(zhì)層；沉積第二柵電極層；通過(guò)接觸件連接第一和第二多晶娃層。
[0020]在一示例中，在蝕刻暴露的第一氧化物層時(shí)，第一氧化物層可以被蝕刻為低于第一柵電極層的頂表面。
[0021]在一示例中，在形成電介質(zhì)層時(shí)，電介質(zhì)層還可以共形地形成在第一氧化物層和第一柵電極層的暴露表面上以及襯底的頂表面上。
[0022]在一示例中，第一氧化物層可以具有在從0.Ιμπι到0.7μπι范圍內(nèi)的厚度。
[0023]在一示例中，電介質(zhì)層可以具有在從0.01 μ m至0.07 μ m范圍內(nèi)的厚度。
[0024]在一示例中，第一柵電極層和第二柵電極層的總高度可以在從2.0 μ m到3.0 μ m范圍內(nèi)。
[0025]在一示例中，第二柵電極層的高度可以在從I μπι到2.0μπι范圍內(nèi)。
[0026]在一示例中，溝槽可以是孔形或凹槽形
[0027]在一示例中，接觸件可以是柱形。
【附圖說(shuō)明】
[0028]通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、特性、優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中:
[0029]圖1至圖10是示出形成溝槽型功率器件的制造方法的示范性實(shí)施例的截面圖；
[0030]圖11是多個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溝槽型功率晶體管的示意性平面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]現(xiàn)將參考其中顯示本發(fā)明的實(shí)施例的附圖在其后更加全面地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)且不應(yīng)解釋為限于這里闡述的實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例使得本公開(kāi)充分和完整，且向那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員全面地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。通篇相似的附圖標(biāo)記指示相似的元件。在附圖中，為了清晰夸大了層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。
[0032]圖10為根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溝槽型功率器件的截面圖。圖11是多個(gè)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溝槽型功率晶體管的示意性平面圖，其中圖1-圖10為沿圖11中線1-1截取的截面圖。在圖11中，接觸件170被示為狹槽形接觸件。
[0033]參考圖10和圖11，根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的溝槽型功率器件包括襯底110、第一溝槽120、第一氧化物層130、第一柵電極層140、電介質(zhì)層150、第二柵電極層160、接觸件170、以及源極/漏極區(qū)180。
[0034]襯底110可以是，硅襯底、砷化鎵襯底、硅鍺襯底、陶瓷襯底、石英襯底、用于顯示器的玻璃襯底或者絕緣體上娃(SOI)襯底。下文將娃襯底作為襯底110的一不例進(jìn)行描述。襯底110可以具有，但是不限于，第一導(dǎo)電類型(例如，N型)。
[0035]第一溝槽120形成在襯底110中。第一溝槽120可以具有不同的形狀。例如，第一溝槽120的底表面和側(cè)壁之間的連接部分可以是圓化的，如圖中所示。此外，操作可以是孔形或凹槽形。
[0036]第一氧化物層130可以沿著第一溝槽120的側(cè)壁和底表面形成。第一氧化物層130可以包括硅氧化物層、硅氮化物層、硅氮氧化物層和高k材料中的至少一種。高k材料可以包括11?)2、21<)2和Ta2O5中的至少一種。其中第一氧化物層130沒(méi)有形成在襯底110的頂表面上。第一氧化物層130可以用作溝槽型晶體管的柵極絕緣層，并且可以具有在從約0.1ym至0.7μηι范圍內(nèi)的厚度。
[0037]第一柵電極層140可以形成在第一溝槽120中，以填充第一溝槽120。第一柵電極層140的頂表面可以略高于第一氧化物層130的頂表面但是低于所述襯底110的頂表面。第一柵電極層140可以由，但是不限于，諸如金屬或多晶硅的導(dǎo)電材料制成。
[0038]電介質(zhì)層150可以形成在第一柵電極層140上，并沿著第一氧化物層120、第一柵電極層140和溝槽120的暴露表面共形地形成，并且電介質(zhì)層150還可以形成在襯底110的頂表面上。電介質(zhì)層150可以由與第一氧化物層120相同或不同的材料形成。例如，電介質(zhì)層150可以由Si02、Si0N、SiN或者高k材料諸如Hf02、Zr02等形成。電介質(zhì)層150可以用作溝槽型晶體管的溝道層，并且可以具有在從約0.01 μ m至0.07 μ m范圍內(nèi)的厚度。
[0039]第二柵電極層160可以形成電介質(zhì)層150上以填滿第一溝槽120的剩余部分。此夕卜，第二柵電極層160沒(méi)有形成在襯底110的頂表面上。第二柵電極層160可以由與第一柵電極層140相同的材料形成。例如，第一柵電極層140和第二柵電極層160可以均由多晶硅形成。該第二柵電極層160可以具有在從I μπι到2.Ομπι范圍內(nèi)的高度。
[0040]源極/漏極區(qū)180可以形成在第一溝槽120兩側(cè)的襯底110中。例如，源極/漏極區(qū)180可以摻雜有N+型雜質(zhì)。如圖中所示，源極/漏極區(qū)180可以形成為部分地交疊第二柵電極層160。
[0041 ] 接觸件170可以形成為穿過(guò)電介質(zhì)層150連接第一柵電極層140和第二柵電極層160并將其與外部器件連接，于是在根據(jù)本實(shí)施例的溝槽型功率器件中，其柵電極實(shí)質(zhì)上是由第一柵電極層140和第二柵電極層160組成的類似于T型的柵極，如圖10所示，且例如，所構(gòu)成的T型柵極的總高度可以在從2.0 μ m到3.0 μ m的范圍內(nèi)。此外，還可以形成連接源極/漏極區(qū)180與外部器件的接觸件170，如圖10所示，接觸件170可以是柱形。
[0042]以下將參考圖1-圖10詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的溝槽型功率晶體管的形成方法。圖1至圖10為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的