[發(fā)明專利]溝槽式功率半導(dǎo)體元件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710358757.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108962972B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許修文;葉俊瑩;倪君偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 帥群微電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/40;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 北京律和信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11446
• 代理人: 項(xiàng)榮;康寧寧

本發(fā)明公開(kāi)一種溝槽式功率半導(dǎo)體元件及其制造方法。溝槽式功率半導(dǎo)體元件的溝槽柵極結(jié)構(gòu)位于一磊晶層的元件溝槽內(nèi)，并至少包括遮蔽電極、柵極、絕緣層、中間介電層以及一內(nèi)介電層。遮蔽電極設(shè)置于至少一元件溝槽的底部，柵極設(shè)置于遮蔽電極上并與遮蔽電極隔離。絕緣層覆蓋元件溝槽的內(nèi)壁面，而中間介電層位于絕緣層與遮蔽電極之間，并具有一底部開(kāi)口。內(nèi)介電層位于中間介電層與遮蔽電極之間，其中，構(gòu)成中間介電層的材料與構(gòu)成內(nèi)介電層的材料相異，且內(nèi)介電層填入底部開(kāi)口內(nèi)，以使溝槽柵極結(jié)構(gòu)在遮蔽電極正下方的材料相同。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體元件及其制造方法，特別是涉及一種具有遮蔽電極的溝槽式功率半導(dǎo)體元件及其制造方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的溝槽式功率金氧半場(chǎng)效晶體管(Power Metal Oxide SemiconductorField Transistor,Power MOSFET)的工作損失可分成切換損失(switching loss)及導(dǎo)通損失(conducting loss)兩大類，其中柵極/漏極的電容值(Cgd)是影響切換損失的重要參數(shù)。柵極/漏極電容值太高會(huì)造成切換損失增加，進(jìn)而限制功率型金氧半場(chǎng)效晶體管的切換速度，不利于應(yīng)用高頻電路中。

現(xiàn)有的溝槽式功率金氧半場(chǎng)效晶體管會(huì)具有一位于柵極溝槽下半部的遮蔽電極(shielding electrode)，以降低柵極/漏極電容值，并在不犧牲導(dǎo)通電阻(on-resistance)的情況下增加崩潰電壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一溝槽式功率半導(dǎo)體元件及其制造方法，其通過(guò)設(shè)置具有底部開(kāi)口的中間介電層以及填入底部開(kāi)口的內(nèi)介電層，以在對(duì)溝槽式功率半導(dǎo)體元件施加逆向偏壓時(shí)，舒緩元件溝槽底部的電場(chǎng)分布。

本發(fā)明所采用的其中一技術(shù)方案是，提供一種溝槽式功率半導(dǎo)體元件，包括基材、磊晶層以及溝槽柵極結(jié)構(gòu)。磊晶層位于基材上，并具有至少一元件溝槽形成于其中。溝槽柵極結(jié)構(gòu)位于元件溝槽中，且溝槽柵極結(jié)構(gòu)包括遮蔽電極、柵極、絕緣層、中間介電層以及內(nèi)介電層。遮蔽電極設(shè)置于元件溝槽的底部，柵極設(shè)置于遮蔽電極上并與遮蔽電極電性絕緣。絕緣層覆蓋至少一元件溝槽的內(nèi)壁面，中間介電層位于絕緣層與遮蔽電極之間，并具有一底部開(kāi)口。內(nèi)介電層位于中間介電層與遮蔽電極之間，其中，內(nèi)介電層的材料與中間介電層相異，且內(nèi)介電層填入底部開(kāi)口內(nèi)，以使溝槽柵極結(jié)構(gòu)中，位于遮蔽電極正下方的材料相同。

本發(fā)明所采用的其中一技術(shù)方案是，提供一種溝槽式功率半導(dǎo)體元件的制造方法，其包括：形成一磊晶層于一基材上；形成一元件溝槽于磊晶層內(nèi)；以及形成一溝槽柵極結(jié)構(gòu)于元件溝槽內(nèi)，其中，形成溝槽柵極結(jié)構(gòu)的步驟至少包括：形成一覆蓋元件溝槽的一內(nèi)壁面的絕緣層；形成一中間介電層及一內(nèi)介電層于元件溝槽內(nèi)，其中，中間介電層具有一底部開(kāi)口，初始內(nèi)介電層覆蓋中間介電層并填入底部開(kāi)口內(nèi)；形成一重?fù)诫s半導(dǎo)體材料于元件溝槽的下半部；施以一熱氧化處理，以氧化重?fù)诫s半導(dǎo)體材料的頂部，而形成一極間介電層，其中，重?fù)诫s半導(dǎo)體材料未被氧化的部分形成一遮蔽電極；以及形成一柵極于元件溝槽的上半部，其中，柵極通過(guò)極間介電層與遮蔽電極隔離。

本發(fā)明的有益效果在于，在本發(fā)明實(shí)施例所提供的溝槽式功率半導(dǎo)體元件中，由兩種相異材料所構(gòu)成的中間介電層與內(nèi)介電層圍繞遮蔽電極，而中間介電層位于內(nèi)介電層與絕緣層之間。中間介電層的底端具有底部開(kāi)口，而內(nèi)介電層填入底部開(kāi)口內(nèi)。如此，在對(duì)溝槽式功率半導(dǎo)體元件施加逆向偏壓時(shí)，由于溝槽柵極結(jié)構(gòu)填入元件溝槽底部且位于遮蔽電極正下方的材料較為單純，可以舒緩元件溝槽底部的電場(chǎng)分布，從而可在不犧牲導(dǎo)通電阻的條件下，進(jìn)一步提高元件的崩潰電壓。

為使能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，然而所提供的附圖僅提供參考與說(shuō)明用，并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制者。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的溝槽式功率半導(dǎo)體元件的局部剖面示意圖。

圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例的溝槽式功率半導(dǎo)體元件的局部剖面示意圖。