帶有保護(hù)屏蔽氧化物的分裂柵溝槽功率mosfet的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明的各個(gè)方面主要是關(guān)于半導(dǎo)體功率器件，更確切地說，是關(guān)于分裂柵晶體管器件及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)因其低柵極驅(qū)動(dòng)功率、快速切換速度以及出色的并聯(lián)性能等特性，常被用于功率器件。大多數(shù)的功率MOSFET都具有垂直結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，源極和漏極區(qū)在柵極溝槽的對(duì)邊上，柵極溝槽用多晶硅填充，作為柵極電極。在這種結(jié)構(gòu)中，M0S通道沿溝槽的垂直側(cè)壁形成。
[0003]分裂柵溝槽結(jié)構(gòu)因其良好的高頻性能和低導(dǎo)通狀態(tài)電阻，近年來已超越傳統(tǒng)的溝槽MOSFET，在特定應(yīng)用中受到普遍歡迎。分裂柵溝槽功率MOSFET包括在柵極溝槽中的兩個(gè)電極。第一電極作為柵極電極，控制MOSFET的通道形成，第二電極作為屏蔽電極，降低漏極電極和柵極電極之間的電容Cgd。分裂柵溝槽MOSFET現(xiàn)有的制備技術(shù)通常復(fù)雜且昂貴，處理時(shí)通常需要8個(gè)或8個(gè)以上的掩膜。
[0004]正是在這樣的背景下，提出了本發(fā)明的實(shí)施例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的一個(gè)方面在于提出一種新型改良的帶有多晶硅保護(hù)的屏蔽氧化物的功率MOSFET。
[0006]簡(jiǎn)單地說，本發(fā)明的各個(gè)方面包括具有多個(gè)柵極溝槽的半導(dǎo)體器件，形成在有源晶胞區(qū)中的半導(dǎo)體襯底中，以及一個(gè)或多個(gè)溝槽，形成在有源晶胞區(qū)之外的區(qū)域中的半導(dǎo)體襯底中。每個(gè)柵極溝槽都有一個(gè)在柵極溝槽底部的第一導(dǎo)電材料，以及一個(gè)在柵極溝槽頂部的第二導(dǎo)電材料。柵極溝槽中第一導(dǎo)電材料與半導(dǎo)體襯底被第一絕緣層隔開。柵極溝槽中第二導(dǎo)電材料與半導(dǎo)體襯底被第二絕緣層隔開，與柵極溝槽中第一導(dǎo)電材料被第三絕緣層隔開。一個(gè)或多個(gè)其他溝槽都含有一部分第一導(dǎo)電材料，呈半U(xiǎn)型，在其他溝槽底部，以及第二導(dǎo)電材料在其他溝槽頂部。一個(gè)或多個(gè)其他溝槽中的第一導(dǎo)電材料和第二導(dǎo)電材料，被第三絕緣層隔開。第一絕緣層比第三絕緣層更厚，第三絕緣層比第二絕緣層更厚。
[0007]在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件包括一個(gè)或多個(gè)拾起溝槽，形成在拾起區(qū)中的半導(dǎo)體襯底中。拾起溝槽包括至少一部分第一導(dǎo)電材料，第一絕緣層將一個(gè)或多個(gè)拾起溝槽中的一部分第一導(dǎo)電材料與半導(dǎo)體襯底隔開。
[0008]在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)其他溝槽都具有一部分第一絕緣層，沿底部和溝槽的至少一個(gè)側(cè)壁內(nèi)襯。
[0009]在一些實(shí)施例中，形成在有源晶胞區(qū)之外區(qū)域中半導(dǎo)體襯底中的一個(gè)或多個(gè)溝槽，包括在周邊區(qū)域的周邊溝槽，其中周邊區(qū)域在有源晶胞區(qū)和器件的邊緣之間。在一些實(shí)施例中，周邊溝槽中的第二導(dǎo)電材料與半導(dǎo)體襯底被第二絕緣材料隔開。在一些實(shí)施例中，每個(gè)周邊溝槽都有不對(duì)稱的側(cè)壁絕緣物，其中第一絕緣層在器件邊緣附近的一側(cè)，第二絕緣層在有源晶胞區(qū)附近的一側(cè)。
[0010]在一些實(shí)施例中，形成在有源晶胞區(qū)之外區(qū)域中半導(dǎo)體襯底中的一個(gè)或多個(gè)其他溝槽，包括在拾起區(qū)中的過渡溝槽，其中過渡溝槽在多個(gè)柵極溝槽和拾起溝槽之間。在一些實(shí)施例中，在過渡溝槽底部的那部分第一導(dǎo)電材料呈U型。在一些實(shí)施例中，過渡溝槽中的那部分第三絕緣層呈U型。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)方面是關(guān)于一種半導(dǎo)體器件的制備方法。該方法包括:a)利用第一個(gè)掩膜，制備多個(gè)溝槽，多個(gè)溝槽包括位于有源晶胞區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)柵極溝槽，以及一個(gè)或多個(gè)過渡溝槽，一個(gè)或多個(gè)位于拾起區(qū)的拾起溝槽;b)利用第二個(gè)掩膜，在多個(gè)溝槽中制備帶有第一導(dǎo)電材料的第一導(dǎo)電區(qū)，其中柵極溝槽在其底部具有第一導(dǎo)電區(qū)，一個(gè)或多個(gè)過渡溝槽都有一個(gè)U-型第一導(dǎo)電區(qū)，一個(gè)或多個(gè)拾起溝槽都用第一導(dǎo)電材料填充;c)為多個(gè)溝槽中的至少一部分溝槽，制備一個(gè)中間電介質(zhì)區(qū)，其中為一個(gè)或多個(gè)過渡溝槽制備的中間電介質(zhì)區(qū)呈U型;d)在多個(gè)溝槽中的至少一部分溝槽中，制備一個(gè)帶有第二導(dǎo)電材料的第二導(dǎo)電區(qū)；e)在有源晶胞區(qū)中制備一個(gè)或多個(gè)本體區(qū)；f)利用第三個(gè)掩膜，在有源晶胞區(qū)中制備源極區(qū);g)利用第四個(gè)掩膜，在一個(gè)或多個(gè)過渡溝槽中，形成到第二導(dǎo)電區(qū)的第一電接觸，在一個(gè)或多個(gè)拾起溝槽中，形成到第一導(dǎo)電區(qū)的第一電接觸;h)利用第五個(gè)掩膜，在柵極溝槽中，形成到第二導(dǎo)電區(qū)的第二電接觸;i)沉積一個(gè)金屬層；以及j)利用第六個(gè)掩膜，制成由金屬層構(gòu)成的源極金屬區(qū)和柵極金屬區(qū)。
[0012]閱讀實(shí)施例的以下詳細(xì)說明并參照各種附圖，本發(fā)明的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，無(wú)疑將顯而易見。
【附圖說明】
[0013]圖1表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種分裂柵晶體管器件的俯視示意圖。
[0014]圖2表示沿圖1所示的線1、II和III的剖面示意圖。
[0015]圖3A-3H表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，沿圖1所示的線1、II和III的剖面示意圖，用于說明分裂柵晶體管器件的制備過程。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一部分分裂柵晶體管器件的俯視圖。圖1所示的分裂柵晶體管器件100包括在有源晶胞區(qū)101中的多個(gè)陣列分布的分裂柵溝槽110，在周邊區(qū)102的一個(gè)周邊溝槽，以及在拾起區(qū)103的一個(gè)過渡陣列溝槽以及一個(gè)拾起溝槽。圖2表示沿圖1所示的線Ι、Π和III的剖面示意圖。確切地說，在有源晶胞區(qū)101中，每個(gè)分裂柵溝槽110都有一個(gè)底部電極113(即屏蔽電極)以及一個(gè)頂部電極115(即柵極電極)。形成在溝槽底部的底部電極113，通過一個(gè)內(nèi)襯絕緣材料112 (即內(nèi)襯氧化物或屏蔽氧化物)，例如氧化物或氮化物，與半導(dǎo)體襯底電絕緣，內(nèi)襯絕緣材料可以覆蓋分裂柵溝槽110的側(cè)壁，底部電極113就形成在分裂柵溝槽110中。頂部電極115形成在底部電極和襯底104表面之間的分裂柵溝槽的頂部。頂部電極115通過絕緣材料116(即柵極氧化物)，例如氧化物或氮化物，與半導(dǎo)體襯底104隔開，并通過中間多晶娃電介質(zhì)層114，與底部電極113隔開。在一些實(shí)施例中，柵極氧化物116的厚度小于中間多晶硅電介質(zhì)層114的厚度，中間多晶硅電介質(zhì)層114的厚度小于內(nèi)襯絕緣材料112的厚度。
[0017]周邊溝槽120形成在周邊區(qū)102中。周邊溝槽在底部、器件邊緣附近的側(cè)壁和柵極溝槽110附近的底部側(cè)壁上內(nèi)襯氧化物112，沿柵極溝槽110附近的頂部側(cè)壁，內(nèi)襯柵極氧化物116。周邊溝槽120中的柵極電極115位于靠近柵極溝槽110的頂角中，屏蔽電極113在柵極電極115下方呈半U(xiǎn)型，半U(xiǎn)型的中間電介質(zhì)層114將柵極電極115和屏蔽電極113分開。
[0018]過渡溝槽130和拾起溝槽140形成在拾起區(qū)103中。過渡溝槽130沿溝槽的側(cè)壁和底部，具有內(nèi)襯絕緣物112，例如氧化物。過渡溝槽130中的柵極電極115位于溝槽的中上部，屏蔽電極113呈U型，柵極電極115嵌入在U型的開口中。U型的中間電介質(zhì)層114將柵極電極115和屏蔽電極113分開。拾起溝槽140包括一個(gè)屏蔽電極113，內(nèi)襯絕緣物112沿溝槽的側(cè)壁和底部。
[0019]圖3A-3H表示依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，沿圖1所示的線1、II和III的剖面示意圖，用于說明柵極晶體管器件的制備過程。采用一個(gè)N-型器件用于解釋說明。要注意的是，使用導(dǎo)電類