專利名稱：溝槽柵場效應(yīng)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件，更確切地說，涉及改良的溝槽柵功率器件和其制造方法。
背景技術(shù)：
圖I為傳統(tǒng)溝槽柵金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 100的橫截面圖，該傳統(tǒng)MOSFET具有已知的物理和執(zhí)行特性以及，例如單元間距(cell pitch)、擊穿電壓能力、導(dǎo)通電阻(Rdson)、晶體管耐用度的局限。溝槽柵105延伸穿過P型阱106并且在n型外延層區(qū)104中終止。溝槽柵105包括溝槽側(cè)壁和底部內(nèi)襯的柵電介質(zhì)114，以及凹進的柵極112。電介質(zhì)層116和118將柵極112與相互連接的重疊源極隔離開。圖2為傳統(tǒng)雙柵溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 200 (也被稱為保護溝槽柵金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的橫截面圖，其改進了圖I的溝槽-柵溝槽MOSFET的某些特性。溝槽205包括通過保護電介質(zhì)層222與漂移區(qū)204隔離開的保護電極220。溝槽205還包括在保護電極220之上并且通過多晶娃層間電介質(zhì)層(inter-polydielectric layer) 224與保護電極220隔離開的柵極212。保護電極220降低柵-源電容(Cgd)并且提高擊穿電壓。但是，單柵晶體管100和雙柵晶體管200的一個缺點是漂移區(qū)占到總導(dǎo)通電阻(Rdson)的大約40%，嚴(yán)重限制了導(dǎo)通電阻的改進。對于雙柵溝槽結(jié)構(gòu)，更深的溝槽需要甚至更厚的漂移區(qū)從而使這個問題更加嚴(yán)重。溝槽柵晶體管100和200的另一個缺點是溝槽底部的高電場由于底部溝槽的彎曲限制了幾種性能參數(shù)的改進，例如擊穿電壓和晶體管耐用度。一些應(yīng)用要求將肖特基二極管與功率MOSFET進行集成。但是，這樣的集成通常需要復(fù)雜的、具有多個程序和掩模步驟的工藝技術(shù)。因此，存在著對節(jié)省成本的結(jié)構(gòu)和制造溝槽柵FET、單片集成二極管和MOSFET結(jié)構(gòu)，以及消除或最小化與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的缺點的終端結(jié)構(gòu)的方法的需要，這樣就可以實質(zhì)上改進溝槽柵FET的物理和執(zhí)行特性。

發(fā)明內(nèi)容
場效應(yīng)晶體管包括在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)之上的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)。柵溝槽延伸穿過該主體區(qū)并且在半導(dǎo)體區(qū)中終止。至少一個導(dǎo)電保護電極被置于柵溝槽中。柵極被置于至少一個導(dǎo)電保護電極之上的并且與其隔離開的柵溝槽中。保護電介質(zhì)層將該至少一個導(dǎo)電保護電極與該半導(dǎo)體區(qū)隔離開。柵極電介質(zhì)層將柵極與主體區(qū)隔離開。形成保護電介質(zhì)層，以使其向外張開并且在主體區(qū)之下直接延伸。在一個具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括襯底區(qū)和該襯底區(qū)之上的漂移區(qū)。主體區(qū)在漂移區(qū)之上延伸，并且具有比襯底區(qū)低的摻雜濃度。柵溝槽延伸穿過該漂移區(qū)并且在該襯底區(qū)內(nèi)終止。根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
，場效應(yīng)晶體管的形成如下所述。形成延伸到半導(dǎo)體內(nèi)的第一深度的上溝槽部分。上溝槽部分的側(cè)壁內(nèi)襯以保護層材料，以使沿著至少上溝槽部分的部分底部壁的半導(dǎo)體區(qū)保持暴露。下溝槽部分延伸穿過上溝槽部分的暴露的底部壁形成，同時具有保護上溝槽部分的側(cè)壁的保護層材料。上溝槽部分的寬度比下溝槽部分的寬度大。 在一個具體實施方式
中，保護電介質(zhì)層沿著下溝槽部分的側(cè)壁和底部壁形成。保護層材料被去除。沿著上溝槽部分的側(cè)壁形成第二隔離層(絕緣層)，第一隔離層的厚度比第二隔離層的厚度大。在另外一個具體實施方式
中，第一隔離層通過硅局部氧化(LOCOS)形成。在另外一個具體實施方式
中，導(dǎo)電保護電極形成在下溝槽部分中。多晶硅層間介質(zhì)體(interpoly dielectric)形成在導(dǎo)電保護電極之上,并且柵極形成在多晶娃層間介質(zhì)體之上。根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
，場效應(yīng)晶體管包括在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)。柵溝槽延伸穿過該主體區(qū)并且在該半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)終止。第二傳導(dǎo)類型的源極區(qū)在鄰近柵溝槽的主體區(qū)內(nèi)，以使該源極區(qū)以及主體區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)之間的分界面限定了沿著柵溝槽側(cè)壁延伸的通道區(qū)。第二傳導(dǎo)類型的通道增強區(qū)鄰近該柵溝槽。通道增強區(qū)部分延伸進入通道區(qū)的下部，從而降低通道區(qū)的電阻。在一個具體實施方式
中，柵極置于柵溝槽中，并且通道增強區(qū)與沿著該溝槽柵側(cè)壁的柵極重疊。在另外一個具體實施方式
中，至少一個導(dǎo)電保護電極安置于柵溝槽中。柵極安置于在至少一個的導(dǎo)電保護電極之上但是與其隔離開的柵溝槽中。保護電介質(zhì)層將至少一個導(dǎo)電保護電極與半導(dǎo)體區(qū)隔離開。柵電介質(zhì)層將柵極與主體區(qū)隔離開。根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
，場效應(yīng)晶體管的形成如以下所述。在半導(dǎo)體區(qū)中形成溝槽。在溝槽中形成保護電極。進行第一傳導(dǎo)類型的雜質(zhì)的成角側(cè)壁注入，以形成鄰近溝槽的通道增強區(qū)。在半導(dǎo)體區(qū)中形成第二傳導(dǎo)類型的主體區(qū)。第一傳導(dǎo)類型的源極區(qū)在主體區(qū)中這樣形成，以使源極區(qū)以及主體區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了沿著柵溝槽側(cè)壁延伸的通道區(qū)。通道增強區(qū)部分延伸入該通道區(qū)的下部，從而降低該通道區(qū)的電阻。在一個具體實施方式
中，柵極在保護電極之上形成但是與該保護電極隔離開。在另外一個具體實施方式
中，通道增強區(qū)自對準(zhǔn)保護電極。根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
，場效應(yīng)晶體管包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽。該柵溝槽具有置于其內(nèi)的凹進(凹陷)的柵極。半導(dǎo)體區(qū)中的源極區(qū)與該柵溝槽的每側(cè)相接。用導(dǎo)電材料填充該柵溝槽的上部使得與該源極區(qū)沿著每個源極區(qū)的至少一個側(cè)壁電性接觸，導(dǎo)電材料與凹進的柵極隔離開。根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
，場效應(yīng)晶體管按以下所述形成。在半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)形成溝槽。在該溝槽內(nèi)形成凹進的柵極。雙通道成角注入雜質(zhì)，以在溝槽的每一側(cè)上形成源極區(qū)。電介質(zhì)層在凹進的柵極之上形成。用導(dǎo)電材料填充溝槽，以使導(dǎo)電材料與該源極區(qū)電性接觸。在一個具體實施方式
中，導(dǎo)電材料包含摻雜質(zhì)的多晶硅。本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，包括柵溝槽，延伸進入外延層；柵極，置于柵溝槽中；源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近柵溝槽的側(cè)壁；導(dǎo)電材料，置于柵極上方的柵溝槽中并通過柵溝槽的側(cè)壁與源極區(qū)電性接觸；以及隔離層，置于柵極和導(dǎo)電材料之間。在一種具體實施方式
中，隔離層是包括壓差式填充的電介質(zhì)層。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括置于外延層中的主體區(qū)，主體區(qū)摻雜有與源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物； 至少一個導(dǎo)電保護電極，置于柵極之下的柵溝槽中；多晶硅層間介質(zhì)體，置于柵極與至少一個導(dǎo)電保護電極之間；以及柵電介質(zhì)層，將柵極與主體區(qū)隔離開。在一種具體實施方式
中，導(dǎo)電材料包括多晶硅，場效應(yīng)晶體管進一步包括在襯底之上的漂移區(qū)，漂移區(qū)摻雜有與源極區(qū)的摻雜物具有相同傳導(dǎo)類型的摻雜物。在一種具體實施方式
中，導(dǎo)電材料具有與源極區(qū)的頂部表面基本共平面的頂部表面。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括襯底，置于外延層之下；以及漂移區(qū)，包括在外延層中并置于襯底之上，柵溝槽延伸穿過漂移區(qū)并在襯底內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括襯底，置于外延層之下；以及漂移區(qū)，包括在外延層中并置于襯底之上，柵溝槽延伸進入漂移區(qū)并在漂移區(qū)內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括漂移區(qū)，置于襯底之上；以及保護電極，置于柵溝槽中在柵極之下，并且與漂移區(qū)和襯底豎直重疊。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括漂移區(qū)，置于襯底之上；以及保護電極，置于柵溝槽中在柵極之下，并且與沿著漂移區(qū)和襯底之間的界面對齊的平面相交。在一種具體實施方式
中，柵極是凹陷的柵極。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括頂部金屬，與源極區(qū)和導(dǎo)電材料接觸。在一種具體實施方式
中，源極區(qū)具有沿柵溝槽的側(cè)壁延伸的豎直長度和與豎直長度垂直延伸的側(cè)向?qū)挾?，豎直長度大于側(cè)向?qū)挾取Ｔ谝环N具體實施方式
中，柵極是凹陷的柵極，具有與沿柵溝槽的側(cè)壁的源極區(qū)的豎直長度對應(yīng)的頂部表面。 在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括通道增強區(qū)，與柵溝槽的側(cè)壁接觸。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括通道增強區(qū)，構(gòu)造成降低沿著柵溝槽側(cè)壁的通道區(qū)的電阻。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括通道增強區(qū)，與柵溝槽的側(cè)壁接觸；主體區(qū)，置于外延層中，主體區(qū)摻雜有與源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物；保護電極，置于柵極之下；以及保護電介質(zhì)層，具有在主體區(qū)之下延伸的向外張開部分。在一種具體實施方式
中，本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，包括柵溝槽，延伸進入外延層；柵極，置于柵溝槽中；源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近柵溝槽的側(cè)壁；第一隔離層，置于柵極的頂部上；第二隔離層，置于柵極與柵溝槽的側(cè)壁之間；以及導(dǎo)電材料，置于柵溝槽中并通過柵溝槽的側(cè)壁與源極區(qū)電性接觸，導(dǎo)電材料與第一隔離層和第二隔離層接觸。在一種具體實施方式
中,第一隔離層置于柵極與導(dǎo)電材料之間。在一種具體實施方式
中，源極區(qū)具有沿柵溝槽的側(cè)壁延伸的豎直長度和與豎直長度垂直延伸的側(cè)向?qū)挾?，豎直長度大于側(cè)向?qū)挾取Ｔ谝环N具體實施方式
中，導(dǎo)電材料具有與源極區(qū)的頂部表面基本共平面的頂部表面。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括置于外延層中的主體區(qū)，主體區(qū)摻雜有與源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物；保護電極，置于柵極之下；以及保護電介質(zhì)層，具有在主體區(qū)之下延伸的向外張開部分。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括通道增強區(qū)，與柵溝槽的側(cè)壁接觸。本發(fā)明涉及一種形成場效應(yīng)晶體管的方法，包括
在半導(dǎo)體區(qū)中形成柵溝槽；在柵溝槽中形成凹陷的柵極；形成多個源極區(qū)使得多個源極區(qū)的至少一個源極區(qū)置于柵溝槽的每個邊上；在凹陷的柵極之上形成電介質(zhì)層；以及用導(dǎo)電材料填充柵溝槽的至少部分，以使導(dǎo)電材料與多個源極區(qū)的源極區(qū)電性接觸。在一種具體實施方式
中，多個源極區(qū)使用雙通道成角注入至少一種雜質(zhì)而形成。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括
在形成凹陷的柵極之前，沿著柵溝槽的下側(cè)壁或柵溝槽的底部中的至少一個形成保護電介質(zhì)層；在柵溝槽中形成導(dǎo)電保護電極，導(dǎo)電保護電極通過保護電介質(zhì)層與半導(dǎo)體區(qū)隔離開；在導(dǎo)電保護電極之上形成多晶硅層間介質(zhì)體，用于將凹陷的柵極和導(dǎo)電保護電極彼此隔離開；以及沿著柵溝槽的上側(cè)壁形成柵電介質(zhì)層，柵電介質(zhì)層將凹陷的柵極與半導(dǎo)體區(qū)隔離開。在一種具體實施方式
中，電介質(zhì)層是第一電介質(zhì)層，進一步包括在柵溝槽的上部上形成電介質(zhì)層；以及在用導(dǎo)電材料填充柵溝槽的至少部分之前，蝕刻柵溝槽的上部上的電介質(zhì)層的至少部分。在一種具體實施方式
中，導(dǎo)電材料包括摻雜的多晶硅。在一種具體實施方式
中，電介質(zhì)層包括壓差式填充，方法進一步包括在進行填充之前均勻蝕刻電介質(zhì)層。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括在形成多個源極區(qū)之前，在半導(dǎo)體區(qū)中形成主體區(qū)，主體區(qū)具有與多個源極區(qū)相反的傳導(dǎo)類型。在一種具體實施方式
中，在雙通道成角注入期間，形成多個源極區(qū)包括穿過沿柵溝槽的上側(cè)壁延伸的電介質(zhì)層將摻雜物注入柵溝槽的上側(cè)壁。在一種具體實施方式
中，導(dǎo)電材料具有與多個源極區(qū)基本共平面的頂部表面。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的漂移區(qū)，漂移區(qū)具有與源極區(qū)相同傳導(dǎo)類型，柵溝槽延伸穿過漂移區(qū)并在襯底內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的漂移區(qū)，漂移區(qū)具有與源極區(qū)相同傳導(dǎo)類型，柵溝槽延伸進入漂移區(qū)并在漂移區(qū)內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的漂移區(qū)，方法進一步包括在柵溝槽中并豎直重疊漂移區(qū)和襯底形成保護電極。在一種具體實施方式
中，該進一步包括形成與多個源極區(qū)和導(dǎo)電材料接觸的源極互連。在一種具體實施方式
中，多個源極區(qū)的至少一個源極區(qū)具有沿柵溝槽的側(cè)壁延伸的豎直長度和與豎直長度垂直延伸的側(cè)向?qū)挾?，豎直長度大于側(cè)向?qū)挾?。本發(fā)明涉及一種形成保護柵場效應(yīng)晶體管的方法，包括在硅區(qū)上方形成硬掩模，硬掩模包括保護層；圖案化硬掩模以限定其中的開口 ；通過在硬掩模中的開口來蝕刻硅區(qū)，從而形成延伸進入硅區(qū)的溝槽；內(nèi)襯于每個溝槽的側(cè)壁和底部形成保護電介質(zhì)層；在每個溝槽的底部形成保護電極，保護電極通過保護電介質(zhì)層與硅區(qū)隔離開；沿每個溝槽的上側(cè)壁形成保護間隙壁；在每個溝槽中保護電極之上形成電極間電介質(zhì)，保護間隙壁和硬掩膜的保護層防止電極間電介質(zhì)沿每個溝槽的上側(cè)壁和鄰近每個溝槽的臺面表面之上形成；在每個溝槽中并在電極間電介質(zhì)之上形成柵極。在一種具體實施方式
中，硬掩模的保護層、或保護間隙壁中的至少一個包括氮化 物。在一種具體實施方式
中，硬掩模包含氧化物-氮化物-氧化物復(fù)合層。在一種具體實施方式
中，形成電極間電介質(zhì)包括進行熱氧化。在一種具體實施方式
中，形成保護間隙壁包括形成內(nèi)襯于每個溝槽的上側(cè)壁并在溝槽之間的臺面區(qū)之上延伸的氮化物層，以及各向異性蝕刻氮化物層從而去除氮化物層的水平延伸部分。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括在形成柵極之前，去除保護間隙壁；以及用柵電介質(zhì)層內(nèi)襯每個溝槽的上側(cè)壁。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括在硅區(qū)中形成主體區(qū)，主體區(qū)和硅區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型；以及在主體區(qū)中形成源極區(qū)，源極區(qū)和主體區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。 在一種具體實施方式
中，在形成溝槽之前形成主體區(qū)。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括在硅區(qū)中形成主體區(qū)，主體區(qū)和硅區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型；在各個柵極之上形成電介質(zhì)帽，使得在每兩個相鄰溝槽上方的電介質(zhì)帽限定其間的主體區(qū)的暴露表面；使在每兩個相鄰電介質(zhì)帽之間的主體區(qū)的暴露表面凹陷；以及進行重主體注入以形成沿主體區(qū)的各個凹陷表面的重主體區(qū)，重主體區(qū)和硅區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括在硅區(qū)形成主體區(qū)，主體區(qū)和硅區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型；進行源極注入以形成在每兩個相鄰溝槽之間的主體區(qū)中延伸的高摻雜區(qū)，高摻雜區(qū)和主體區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型；在各個柵極之上形成電介質(zhì)帽，使得在每兩個相鄰溝槽上方的電介質(zhì)帽限定其間的高摻雜區(qū)的暴露表面；使在每兩個相鄰電介質(zhì)帽之間的高摻雜區(qū)的暴露表面凹陷到低于高摻雜區(qū)的深度，使得各個高摻雜區(qū)的剩余部分形成源極區(qū)；以及進行重主體注入以形成沿主體區(qū)的各個凹陷表面的重主體區(qū)，重主體區(qū)和硅區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。在一種具體實施方式
中，保護電極和柵極包括多晶硅。本發(fā)明涉及一種形成保護柵場效應(yīng)晶體管的方法，包括在硅區(qū)上方形成硬掩模，硬掩模包括氧化物-氮化物-氧化物復(fù)合層；圖案化硬掩模以限定其中的開口 ；通過在硬掩模中的開口來蝕刻硅區(qū)，從而形成延伸進入硅區(qū)的溝槽；內(nèi)襯于每個溝槽的側(cè)壁和底部形成保護電介質(zhì)層； 在每個溝槽的底部形成保護電極，保護電極通過保護電介質(zhì)層與硅區(qū)隔離開；沿每個溝槽的上側(cè)壁形成氮化物間隙壁； 在每個溝槽中保護電極之上進行熱氧化以形成熱氧化物層，氮化物間隙壁和硬掩模防止熱氧化物層沿每個溝槽的上側(cè)壁和鄰近每個溝槽的臺面表面之上形成；以及在每個溝槽中并在熱氧化物層之上形成柵極。在一種具體實施方式
中，娃區(qū)包括襯底和在襯底之上的外延層,外延層和襯底具有相同的傳導(dǎo)類型，外延層具有比襯底低的摻雜濃度，方法進一步包括在外延層中形成主體區(qū)，主體區(qū)和外延層具有相反的傳導(dǎo)類型；以及在主體區(qū)中形成源極區(qū)，源極區(qū)和主體區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。本發(fā)明涉及一種形成場效應(yīng)晶體管的方法，包括在半導(dǎo)體區(qū)中形成包括溝槽側(cè)壁的溝槽；在溝槽中形成保護電極；進行第一傳導(dǎo)類型的雜質(zhì)的成角側(cè)壁注入以形成鄰近溝槽的通道增強區(qū)；在半導(dǎo)體區(qū)中形成第二傳導(dǎo)類型的主體區(qū)；以及在主體區(qū)中形成第一傳導(dǎo)類型的源極區(qū)，源極區(qū)以及主體區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，通道區(qū)沿著溝槽側(cè)壁延伸，通道增強區(qū)部分延伸進入通道區(qū)的下部從而降低通道區(qū)的電阻。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括形成在保護電極之上但是與其隔離開的柵極。在一種具體實施方式
中，通道增強區(qū)與沿著溝槽側(cè)壁的柵極重疊。在一種具體實施方式
中，通道增強區(qū)自對準(zhǔn)保護電極。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的第二傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)。在一種具體實施方式
中，溝槽延伸穿過漂移區(qū)并在襯底內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，通道增強區(qū)部分延伸進入主體區(qū)并部分延伸進入漂移區(qū)。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的第二傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)，并且保護電極與漂移區(qū)和襯底豎直重疊。在一種具體實施方式
中，該方法進一步包括
在進行成角側(cè)壁注入之前，沿溝槽側(cè)壁的上部形成氧化物層。在一種具體實施方式
中，各個源極區(qū)以及在主體區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，通道區(qū)沿相應(yīng)的溝槽側(cè)壁延伸。本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，包括第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)形成PN結(jié)；柵溝槽，延伸穿過主體區(qū)并且在半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)終止；、
鄰近柵溝槽的第二傳導(dǎo)類型的源極區(qū)，源極區(qū)以及主體區(qū)與半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，通道區(qū)沿著柵溝槽的溝槽側(cè)壁延伸；以及鄰近柵溝槽的第二傳導(dǎo)類型的通道增強區(qū)，通道增強區(qū)部分延伸進入通道區(qū)的下部從而降低通道區(qū)的電阻。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管還包括置于柵溝槽中的柵極，通道增強區(qū)與沿著溝槽側(cè)壁的柵極重疊。在一種具體實施方式
中，該場效應(yīng)晶體管進一步包括置于柵溝槽中的至少一個導(dǎo)電保護電極； 置于在至少一個導(dǎo)電保護電極之上但是與至少一個導(dǎo)電保護電極隔離開的柵溝槽中的柵極；將至少一個導(dǎo)電保護電極與半導(dǎo)體區(qū)隔離開的保護電介質(zhì)層；以及將柵極與主體區(qū)隔離開的柵極電介質(zhì)層。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的第二傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)。在一種具體實施方式
中，柵溝槽延伸穿過漂移區(qū)并在襯底內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，通道增強區(qū)部分延伸進入主體區(qū)并部分延伸進入漂移區(qū)。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括在襯底之上延伸的第二傳導(dǎo)類型的漂移區(qū)，并且保護電極與漂移區(qū)和襯底豎直重疊。本發(fā)明涉及一種保護柵場效應(yīng)晶體管，包括在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)中延伸的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)；被主體區(qū)分隔開的柵溝槽；置于各個柵溝槽中的至少一個導(dǎo)電保護電極；置于至少一個導(dǎo)電保護電極之上但是與至少一個導(dǎo)電保護電極隔離開的各個柵溝槽中的柵極；將至少一個導(dǎo)電保護電極與半導(dǎo)體區(qū)隔離開的保護電介質(zhì)層；使各個柵極與鄰近主體區(qū)隔離開的柵電介質(zhì)層；在鄰近柵溝槽的主體區(qū)中延伸的第二傳導(dǎo)類型的源極區(qū)，各個源極區(qū)以及相應(yīng)主體區(qū)與半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，各個通道區(qū)沿著相應(yīng)柵溝槽的側(cè)壁延伸；以及鄰近各個柵溝槽的第二傳導(dǎo)類型的通道增強區(qū)，通道增強區(qū)部分延伸進入相應(yīng)通道區(qū)的下部從而降低通道區(qū)的電阻。在一種具體實施方式
中，通道增強區(qū)與沿著相應(yīng)溝槽柵側(cè)壁的相應(yīng)柵極重疊。
本發(fā)明涉及一種雙柵溝槽場效應(yīng)晶體管，包括有源區(qū)和終端區(qū)，有源區(qū)包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽，終端區(qū)包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的終端溝槽，柵溝槽包括與終端溝槽側(cè)向隔開的最外側(cè)柵溝槽；保護電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的下側(cè)壁以及終端溝槽的下側(cè)壁和上側(cè)壁；
保護電極，置于各個柵溝槽中和終端溝槽中，在各個柵溝槽中的保護電極在柵溝槽的下部延伸，在終端溝槽中的保護電極延伸穿過終端溝槽的上部和下部；柵電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的上側(cè)壁；柵極，置于各個柵溝槽中，各個柵極通過側(cè)向延伸的電介質(zhì)層與下方的保護電極隔離；以及主體區(qū)，在⑴之間以及(ii)之間延伸并鄰接⑴、(ii)的側(cè)壁⑴至少兩個相鄰的柵溝槽；以及(ii)最外側(cè)柵溝槽和終端溝槽，在兩個相鄰柵溝槽之間延伸的各個主體 區(qū)包括鄰近相應(yīng)柵溝槽側(cè)壁的源極區(qū)，在最外側(cè)柵溝槽和終端溝槽之間延伸的主體區(qū)包括鄰近最外側(cè)柵溝槽的側(cè)壁的源極區(qū)，其中主體區(qū)和源極區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。在一種具體實施方式
中，柵溝槽和終端溝槽具有基本上相同的深度和寬度。在一種具體實施方式
中，在終端溝槽中的保護電極基本上填滿終端溝槽。在一種具體實施方式
中，保護電介質(zhì)層比柵電介質(zhì)層厚。在一種具體實施方式
中，半導(dǎo)體區(qū)包括襯底區(qū)，以及在襯底區(qū)之上的漂移區(qū)，主體區(qū)在漂移區(qū)之上延伸，漂移區(qū)比襯底低的摻雜濃度。在一種具體實施方式
中，柵溝槽和終端溝槽延伸進入襯底并在襯底內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，每兩個相鄰柵溝槽延伸的各個主體區(qū)以及在最外側(cè)柵溝槽和終端溝槽之間延伸的主體區(qū)包括比主體區(qū)更高濃度的重主體區(qū)。在一種具體實施方式
中，該雙柵溝槽場效應(yīng)晶體管進一步包括與源極區(qū)和主體區(qū)電性接觸的源極互連。在一種具體實施方式
中，沒有主體區(qū)鄰接終端溝槽外側(cè)壁。在一種具體實施方式
中，各個柵極凹陷在相應(yīng)柵溝槽中，在終端溝槽中的保護電極沒有凹陷在終端溝槽中。本發(fā)明涉及一種雙柵溝槽場效應(yīng)晶體管，包括有源區(qū)和終端區(qū)，有源區(qū)包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽，終端區(qū)包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的終端溝槽，柵溝槽包括與終端溝槽側(cè)向隔開的最外側(cè)柵溝槽，其中柵溝槽和終端溝槽具有基本上相同的深度和寬度；保護電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的下側(cè)壁以及終端溝槽的下側(cè)壁和上側(cè)壁；保護電極，置于各個柵溝槽中和終端溝槽中，在各個柵溝槽中的保護電極在柵溝槽的下部延伸，在終端溝槽中的保護電極延伸穿過終端溝槽的上部和下部；柵電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的上側(cè)壁；其中保護電介質(zhì)層比柵電介質(zhì)層厚；柵極，置于各個柵溝槽中而不是終端溝槽，各個柵極通過側(cè)向延伸的電介質(zhì)層與下方的保護電極隔離；以及主體區(qū)，在⑴之間以及(ii)之間延伸并鄰接⑴、(ii)的側(cè)壁⑴每兩個相鄰柵溝槽；以及(ii)最外側(cè)柵溝槽和終端溝槽，在兩個相鄰柵溝槽之間延伸的各個主體區(qū)包括鄰近相應(yīng)柵溝槽側(cè)壁的源極區(qū)，在最外側(cè)柵溝槽和終端溝槽之間延伸的主體區(qū)包括鄰近最外側(cè)柵溝槽的側(cè)壁的源極區(qū)，其中主體區(qū)和源極區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。本發(fā)明涉及一種裝置，包括雙柵溝槽MOSFET，包括柵溝槽，延伸進入外延層；柵極，置于柵溝槽中；以及源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近柵溝槽的側(cè)壁；以及溝槽MOS肖特基勢壘(TMBS) 二極管，與雙柵溝槽MOSFET單片集成。
在一種具體實施方式
中，TMBS 二極管包括柵極或保護電極中的至少一個以及多個溝槽。在一種具體實施方式
中，TMBS 二極管包括與柵溝槽的結(jié)構(gòu)具有基本相同結(jié)構(gòu)的溝槽。在一種具體實施方式
中，TMBS 二極管包括包括肖特基勢壘金屬的源極互連，肖特基勢壘金屬接觸源極區(qū)、重主體區(qū)或鄰近TMBS 二極管的溝槽的輕度摻雜區(qū)中的至少一個。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括導(dǎo)電材料，置于柵極上方的柵溝槽中并通過柵溝槽的側(cè)壁與源極區(qū)電性接觸；以及隔離層，置于柵極和導(dǎo)電材料之間。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括置于外延層中的主體區(qū)，主體區(qū)摻雜有與源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物；至少一個導(dǎo)電保護電極，置于柵極之下的柵溝槽中；多晶硅層間介質(zhì)體，置于柵極與至少一個導(dǎo)電保護電極之間；以及柵電介質(zhì)層，將柵極與主體區(qū)隔離開。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括襯底，置于外延層之下；以及漂移區(qū)，包括在外延層中并置于襯底之上，柵溝槽延伸穿過漂移區(qū)并在襯底內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括襯底，置于外延層之下；以及漂移區(qū)，包括在外延層中并置于襯底之上，柵溝槽延伸進入漂移區(qū)并在漂移區(qū)內(nèi)終止。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括漂移區(qū)，置于襯底之上；以及保護電極，置于柵溝槽中在柵極之下，并且與漂移區(qū)和襯底豎直重疊。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括漂移區(qū)，置于襯底之上；以及保護電極，置于柵溝槽中在柵極之下，并且與沿著漂移區(qū)和襯底之間的界面對齊的平面相交。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET的源極區(qū)具有沿柵溝槽的側(cè)壁延伸的豎直長度和與豎直長度垂直延伸的側(cè)向?qū)挾龋Q直長度大于側(cè)向?qū)挾?。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括通道增強區(qū)，與柵溝槽的側(cè)壁接觸。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括
通道增強區(qū)，構(gòu)造成降低沿著柵溝槽的側(cè)壁的通道區(qū)的電阻。在一種具體實施方式
中，雙柵溝槽MOSFET進一步包括通道增強區(qū)，與柵溝槽的側(cè)壁接觸；主體區(qū)，置于外延層中，主體區(qū)摻雜有與源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物；保護電極，置于柵極之下；以及保護電介質(zhì)層，具有在主體區(qū)之下延伸的向外張開部分。通過以下的詳細(xì)描述和附圖可以更好地理解本發(fā)明的特性和優(yōu)勢。


圖I是傳統(tǒng)單柵溝槽MOSFET的橫截面圖。圖2是傳統(tǒng)雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
的具有延伸入襯底的柵溝槽保護電極的雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的其中使用LOCOS方法形成保護電介質(zhì)雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖，；圖5是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的具有側(cè)壁增強型通道區(qū)的雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的具有源極插件區(qū)(source plugregion)的雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的具有側(cè)壁通道增強區(qū)、源極插件區(qū)和LOCOS保護電介質(zhì)的雙柵溝槽的橫截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的與肖特基二極管單片集成的雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的與雙柵溝槽MOSFET集成的緊密邊緣終端結(jié)構(gòu)；圖10A-10E是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的用于形成圖4的M0SFET400的處理模塊的不同工藝步驟的橫截面圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的對應(yīng)于用于形成圖5的M0SFET500的處理模塊的橫截面圖；圖12A-12D是根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的用于形成圖6的M0SFET600的處理模塊的不同工藝步驟的橫截面圖；和圖13A-13L是根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
的形成雙柵溝槽MOSFET的示例性制造過程的不同步驟的橫截面圖。
具體實施例方式通過圖13A-13L中的橫截面圖描述的工藝次序是形成本發(fā)明的一個具體實施方式
的雙柵溝槽MOSFET的示例性程序。這個加工次序會被用作基礎(chǔ)程序，其會被進行修改以包括形成以下所披露的不同的單元結(jié)構(gòu)的各種處理模塊。請注意，這里所披露的處理模塊也可以集成其它基礎(chǔ)程序，并不限于圖13A-13L所描述的程序。接下來會披露圖13A-13L的加工次序。圖13A中，n型外延層1302在n型重?fù)诫s襯底(未示出)之上形成。注入P型導(dǎo)電摻雜物以在外延層1302中形成主體區(qū)1304。硬掩模1306，例如包含氧化物-氮化物-氧化物(ONO)復(fù)合層，用于限定并且蝕刻延伸穿過主體區(qū)1304并且進入外延層1302的溝槽1308。
圖13B中，使用傳統(tǒng)技術(shù)，保護電介質(zhì)層1310(例如包含氧化物)形成了溝槽側(cè)壁和底部的內(nèi)襯并且延伸到硬掩模1306之上。在圖13C中，保護電極1312的通過沉積多晶硅層以填充溝槽1308，然后回蝕多晶硅使多晶硅深凹入溝槽1308中形成。然后，保護電介質(zhì)1310凹陷，在溝槽側(cè)壁上留下電介質(zhì)薄層1313。保護電極1312進一步凹陷使它的頂部表面與凹陷保護電介質(zhì)的頂部表面在一個水平上。圖13D中，氮化物層沉積，然后被各向異性蝕刻，使得只有沿著溝槽側(cè)壁延伸的氮化物層的部分1314保留。在圖13E中，多晶硅層間介質(zhì)體(IPD) 1316通過進行熱氧化形成。氧化物層只在保護電極1312之上形成，因為所有的其它硅表面都被氮化物或氧化物所覆蓋。在一個可替換的具體實施方式
中，工藝次序進行了修改以適于使用雙氧化層形成IPD層。首先，在保護電極之上形成熱氧化物層，然后使用SACVD沉積氧化物保形層以便獲得均一的IPD層。在圖13F中，進行氧化蝕刻以除去ONO復(fù)合層1306的頂部氧化物層以及沿著溝槽側(cè)壁的氮化物層之上形成的任何氧化物。然后，剝?nèi)ゴ藭r所暴露的ONO復(fù)合層的氮化物層以及沿著溝槽側(cè)壁的氮化物層1314。再進行另外一氧化蝕刻以沿著溝槽側(cè)壁以及ONO復(fù)合層1306的底部氧化層除去電介質(zhì)層1313，使得沿著溝槽側(cè)壁和圖13F中所示的鄰近溝槽的臺面區(qū)的硅被暴露出來。在圖13G中，使用已知的技術(shù)形成沿著溝槽側(cè)壁延伸、經(jīng)過多晶硅層間介質(zhì)體并且在鄰近溝槽的臺面區(qū)之上的柵電介質(zhì)層1318。在圖13H中，沉積填充溝槽的多晶硅層，然后多晶硅層被回蝕以在溝槽中形成凹陷的柵極1320。在圖131中，在臺面之上的柵極電介質(zhì)被回蝕到合適于源極注入(sourceimplant)的厚度。進行在作用區(qū)中的覆蓋源極注入(blanketsource implant)以形成在臺面區(qū)中的鄰近溝槽之間延伸的n型區(qū)1322。在圖13J中，使用傳統(tǒng)方法在溝槽和臺面之上形成BPSG層1324A。在圖13K中，使用掩模層(未示出)，除去除了在溝槽和n型區(qū)1322a之上的1324B部分的BPSG層1324A。這樣，鄰近BPSG部分1324的硅臺面表面被暴露。然后進行硅蝕刻使暴露的硅表面凹陷到低于n型區(qū)1322a的深度，這樣就形成接觸開口 1326。硅的凹陷除去了每個n型區(qū)1322a的一部分，留下了后面的自對準(zhǔn)源極區(qū)1322b。在圖13L中，進行重主體注入(heavy body implant)以在主體區(qū)1304中形成p型傳導(dǎo)的自對準(zhǔn)重主體區(qū)1329。進行BPSG回流以獲得接觸窗口的更好的縱橫比以及隨后形成對于源極互連層1330的更好的階梯覆蓋。源極互連(source interconnect) 1330電性接觸重主體區(qū)1329和源極區(qū)1322。各種單元結(jié)構(gòu)，它們相對應(yīng)的處理模塊以及這些處理模塊與圖13A-13L所描述的工藝流程相結(jié)合的方式會隨后進行披露。圖3顯示了雙柵溝槽MOSFET 300的橫截面圖，其除了柵305和保護電極320延伸進入襯底302中，與圖13L中的雙柵MOSFET結(jié)構(gòu)相似。這有利地可使漂移區(qū)的厚度大體上被降低從而提高Rdsom。另外，襯底的高摻雜濃度將電位降轉(zhuǎn)移到保護氧化物中，這樣就消除了與傳統(tǒng)溝槽結(jié)構(gòu)相關(guān)的曲率極限擊穿(curvature-limited breakdown)問題。這也改進了裝置的耐用度，因為雪崩點(即最大碰撞電離率)轉(zhuǎn)移到晶體管臺面的中心并且遠離與引起耐用度喪失相關(guān)的寄生雙極性元件(parasitic bipolar elements)。圖13A-13L中的工藝次序唯一需要進行的修改是圖13A中需要在襯底之上形成薄外延層使得溝槽延伸到襯底中。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式
的使用L0C0S工藝形成保護電介質(zhì)422的雙柵溝槽M0SFET400的橫截面圖。虛線表示溝槽605的輪廓。在形成保護電介質(zhì)422中，L0C0S工藝導(dǎo)致鄰近溝槽605的硅的消耗從而造成保護電介質(zhì)433向外張開并且直接 在主體區(qū)406之下延伸。L0C0S工藝是形成保護電介質(zhì)422并且還產(chǎn)生均勻薄膜的有利的、節(jié)省成本的方法。MOSFET 400的上部與圖3中的MOSFET 300的上部相似。當(dāng)溝槽605和保護電極420被顯示延伸到襯底402中時，它們可以類似于圖2的M0SFET200中示出的二者選一地在N-區(qū)404中終止。在一個具體實施方式
中，通過將圖10A-10E的橫截面圖所描述的處理模塊與隨后的圖13A-13L的工藝流程結(jié)合來形成MOSFET 400。對應(yīng)于圖13A-13L的工序被對應(yīng)于圖10A-10E的工序所代替。除了在圖10A中形成正好經(jīng)過主體區(qū)1004延伸的較淺的溝槽1008，對應(yīng)于圖10A的工序與對應(yīng)于圖13A的工序相同。在圖10B中，氮化物間隙壁(隔離層，spacer) 1010沿著溝槽側(cè)壁形成。在圖10C中，進行硅蝕刻(自對準(zhǔn)氮化物間隙壁1010)從而將溝槽1008更深入延伸到硅區(qū)1002中。這樣，柵溝槽具有了更寬的上部1008和更窄的下部1012。在圖10D中，進行L0C0S工藝，從而使保護電極1014的自對準(zhǔn)層沿著暴露的硅表面，即在下溝槽部1012中形成。L0C0S工藝消耗部分所示(虛線表示下溝槽部1012的輪廓)的硅區(qū)1002。在圖10E中，通過沉積多晶硅層在溝槽中形成保護電極1016，然后回蝕多晶硅使多晶硅深凹進溝槽中。接下來進行對應(yīng)于圖13E-13L的工序來完成單元結(jié)構(gòu)。圖中的不同的層和區(qū)的厚度和尺寸可能是不按規(guī)定比例的。例如，在圖10D中，氮化物間隙壁1010在實際中可以是比它們看起來薄的，以使L0C0S保護電介質(zhì)1014的部分向外張開并且直接在主體區(qū)1004之下延伸。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的雙柵溝槽MOSFET 500的橫截面圖，其除了在MOSFET 500中結(jié)成一體的側(cè)壁通道增強區(qū)526，與圖3中的MOSFET 300相似。通道增強區(qū)526沿著MOSFET 500的每個通道區(qū)的底部形成以校正通道區(qū)中的摻雜濃度分布曲線的尾部。從而，溝道長度和溝道電阻被有利地降低。因為通道區(qū)中的摻雜濃度峰值正好出現(xiàn)在源極區(qū)510之下(即遠離通道區(qū)的底部)，附加通道增強區(qū)526不會反向影響晶體管的閾值電壓。假設(shè)MOSFET 500為n-溝道，通道增強區(qū)526則為n型。正如前面的具體實施方式
中，MOSFET 500可以進行修改，使得溝槽505終止在漂移區(qū)504中而不是在襯底502中。在一個具體實施方式
中，通過將圖11的橫截面圖所描述的處理模塊與隨后的圖13A-13L的工藝流程結(jié)合來形成MOSFET 500。
對應(yīng)于圖11的處理模塊需要在圖13F之后但是在圖13G之前進行。也就是，在進行完對應(yīng)于圖13A-13F的步驟之后，如圖11所示沿著溝槽側(cè)壁形成氧化物層(screenoxide) 1112。氧化物層1112的厚度要適合于穿過其注入摻雜物。在圖11中，以預(yù)先確定的角度進行n型摻雜物的通道增強注入1113以形成沿著一個溝槽側(cè)壁的通道增強區(qū)，并且以圖11所示的相對的角度進行第二通道增強注入以形成沿著相對的溝道側(cè)壁的通道增強區(qū)。通道增強區(qū)可以是自對準(zhǔn)在前面步驟中形成的IPD 1124。然后進行對應(yīng)于圖13G-13L的工序以完成單元結(jié)構(gòu)。在一個具體實施方式
中，主體區(qū)在通道增強注入1113之前形成，在可替換的具體實施方式
中，主體區(qū)是在通道增強注入1113之后形成。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另外一個具體實施方式
的具有源極插件區(qū)630的雙柵溝槽MOSFET 600的橫截面圖。取代形成如圖3中所完成的在柵極614之上的電介質(zhì)圓頂，在柵極614之上形成薄電介質(zhì)層628并且電介質(zhì)層628之上的溝槽605的其余部分被源極插件630(例如，包含多晶硅)填充。源極插件630電性連接?xùn)艤喜?05側(cè)面的源極區(qū)610。MOSFET 600具有提供用于形成頂部金屬的平坦表面的優(yōu)點。另外，源極插件能夠在溝槽側(cè)面的非常狹窄的源極區(qū)形成，從而降低單元間距(cell pitch)而不會反向影響源極電阻。通過在形成源極插件630之前進行雙通道成角注入形成狹窄的源極區(qū)610。MOSFET 600可以進行修改，使得溝槽605在漂移區(qū)604中終止而不是在襯底602中。源極插件630可以以相似的方式結(jié)合到例如圖I中的傳統(tǒng)溝槽柵FET中。在一個具體實施方式
中，通過將圖12A-12D的橫截面圖所描述的處理模塊與隨后的圖13A-13L的工藝流程結(jié)合來形成MOSFET600。對應(yīng)于圖13H-13L的工序被對應(yīng)于圖12A-12D的工序所取代。也就是，在進行對應(yīng)的13A-13G的步驟之后，除了如圖12A所示的沉積的柵極多晶硅深凹進溝槽中，柵極以與圖13H中相似的方式形成。在圖12A中，進行n型摻雜物的雙通道成角注入以形成沿著溝槽1205的暴露的上側(cè)壁的源極區(qū)1210。接下來，如圖12B所示，電介質(zhì)層1216a(例如，包含氧化物)利用壓差式填充(differential fill)來沉積，使得在溝槽中的柵極1212之上形成比在鄰近的臺面之上更厚的氧化物。在圖12C中，均勻地蝕刻電介質(zhì)層1216a，從而電 介質(zhì)薄層1216b留在了柵極1212之上的溝槽中。在圖12C中，溝槽1205被填充摻雜的多晶硅1217。然后，可以用傳統(tǒng)技術(shù)來形成重主體區(qū)(未示出)、源極互連(未示出)、其它區(qū)和層以完成單元結(jié)構(gòu)。源極插件1217可以通過將圖12A-12D表示的處理模塊結(jié)合到傳統(tǒng)的形成溝槽柵FET 100的工藝次序中，以相似的方式被結(jié)合到圖I中的溝槽柵FET 100中。圖7示出了復(fù)合雙柵溝槽MOSFET 700的橫截面圖，其中結(jié)合了圖4_6中的結(jié)構(gòu)的有利部件。如圖所示，n型通道增強區(qū)726、源極插件730和LOCOS保護電介質(zhì)722被結(jié)合到M0SFEI700中。請注意，根據(jù)設(shè)計的目的和性能要求，這3個部件中的任意兩個可以結(jié)合，而不是三個都結(jié)合。以上所討論的每一個MOSFET 400、500和600的可替代具體實施方式
也可以應(yīng)用于MOSFET 700。由于本公開，需要在圖13A-13L中的工藝流程進行以形成M0SFET700的修改對于所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員是顯而易見的。圖8示出了單片集成肖特基二極管以獲得集成MOSFET-肖特基二極管結(jié)構(gòu)800的雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖。正如所看到的，雖然圖4-7中的任何MOSFET都可以代替使用，該MOSFET結(jié)構(gòu)與圖3中的相似。在圖8中，源極互連(未示出)包括肖特基勢壘金屬，其不僅接觸源極區(qū)810和重主體區(qū)808，而且在肖特基二極管區(qū)之上延伸并且與N-區(qū)804b電性接觸。與輕度摻雜區(qū)804b接觸的肖特基勢壘金屬形成肖特基二極管。肖特基二極管區(qū)中的溝槽的結(jié)構(gòu)與MOSFET區(qū)中的溝槽結(jié)構(gòu)相同。必須將肖特基二極管結(jié)構(gòu)頻繁地結(jié)合到作用區(qū)中以達到理想的MOSFET與肖特基面積的比率。 圖9示出了與雙柵溝槽MOSFET集成的緊密邊緣終端結(jié)構(gòu)。正如所看到的，作用區(qū)終止在終端溝槽905b中，該終端溝槽包括作為溝槽側(cè)壁和底部內(nèi)襯的保護電介質(zhì)以及填充溝槽的保護電極920。正如所看到的，雖然圖4-7中的任何MOSFET都可以代替使用，作用區(qū)中的MOSFET結(jié)構(gòu)與圖3中的相似。這里所披露的本發(fā)明的各種具體實施方式
，可以與以上所引用的、共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請第11/026,276中所披露的一個或多個具體實施方式
(尤其是保護柵溝槽結(jié)構(gòu)和方法)進行結(jié)合以獲得具有出眾特性的功率器件。雖然以上提供了本發(fā)明各種具體實施方式
的詳細(xì)披露，多種代替、修改和等同替換是可以的。例如，以上的工藝次序和處理模塊是在雙柵(保護柵)溝槽結(jié)構(gòu)的環(huán)境進行披露的，但是這里所公開的各種具體實施方式
的有利特性也可以在如圖I中所示的傳統(tǒng)溝 槽柵TEF的環(huán)境中實現(xiàn)。另外，應(yīng)理解這里所提供的所有材料都只是基于說明的目的。而且，這里所披露的具體實施方式
中的一種或多種不同的電介質(zhì)層可以包含低介電常數(shù)或高介電常數(shù)的介電材料。例如，在第一次多晶硅沉積之前形成的一個或多個電介質(zhì)層可以包含高介電常數(shù)的介電材料，而在最后的多晶硅沉積之后形成的一個或多個電介質(zhì)層可以包含低介電常數(shù)的介電材料?；谶@種和其它原因，因此，以上的披露不能被認(rèn)為限定了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求進行限定。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管,包括 柵溝槽，延伸進入外延層； 柵極，置于所述柵溝槽中； 源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近所述柵溝槽的側(cè)壁； 導(dǎo)電材料，置于所述柵極上方的所述柵溝槽中并通過所述柵溝槽的所述側(cè)壁與所述源極區(qū)電性接觸；以及 隔離層，置于所述柵極和所述導(dǎo)電材料之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述隔離層是包括壓差式填充的電介質(zhì)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 置于所述外延層中的主體區(qū)，所述主體區(qū)摻雜有與所述源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物； 至少一個導(dǎo)電保護電極，置于所述柵極之下的所述柵溝槽中； 多晶硅層間介質(zhì)體，置于所述柵極與所述至少一個導(dǎo)電保護電極之間；以及 柵電介質(zhì)層，將所述柵極與所述主體區(qū)隔離開。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述導(dǎo)電材料包括多晶硅， 所述場效應(yīng)晶體管進一步包括 在襯底之上的漂移區(qū)，所述漂移區(qū)摻雜有與所述源極區(qū)的摻雜物具有相同傳導(dǎo)類型的慘雜物。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述導(dǎo)電材料具有與所述源極區(qū)的頂部表面基本共平面的頂部表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 襯底，置于所述外延層之下；以及 漂移區(qū)，包括在所述外延層中并置于所述襯底之上，所述柵溝槽延伸穿過所述漂移區(qū)并在所述襯底內(nèi)終止。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 襯底，置于所述外延層之下；以及 漂移區(qū)，包括在所述外延層中并置于所述襯底之上，所述柵溝槽延伸進入所述漂移區(qū)并在所述漂移區(qū)內(nèi)終止。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 漂移區(qū)，置于襯底之上；以及 保護電極，置于柵溝槽中在所述柵極之下，并且與所述漂移區(qū)和所述襯底豎直重疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 漂移區(qū)，置于襯底之上；以及 保護電極，置于柵溝槽中在所述柵極之下，并且與沿著所述漂移區(qū)和所述襯底之間的界面對齊的平面相交。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述柵極是凹陷的柵極。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 頂部金屬，與所述源極區(qū)和所述導(dǎo)電材料接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述源極區(qū)具有沿所述柵溝槽的所述側(cè)壁延伸的豎直長度和與所述豎直長度垂直延伸的側(cè)向?qū)挾龋鲐Q直長度大于所述側(cè)向覽度。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述柵極是凹陷的柵極，具有與沿所述柵溝槽的所述側(cè)壁的所述源極區(qū)的豎直長度對應(yīng)的頂部表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 通道增強區(qū)，與所述柵溝槽的所述側(cè)壁接觸。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 通道增強區(qū)，構(gòu)造成降低沿著所述柵溝槽側(cè)壁的通道區(qū)的電阻。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 通道增強區(qū)，與所述柵溝槽的所述側(cè)壁接觸； 主體區(qū)，置于所述外延層中，所述主體區(qū)摻雜有與所述源極區(qū)的所述摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物； 保護電極，置于所述柵極之下；以及 保護電介質(zhì)層，具有在所述主體區(qū)之下延伸的向外張開部分。
17.—種場效應(yīng)晶體管,包括 柵溝槽，延伸進入外延層； 柵極，置于所述柵溝槽中； 源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近所述柵溝槽的側(cè)壁； 第一隔離層，置于所述柵極的頂部上； 第二隔離層，置于所述柵極與所述柵溝槽的所述側(cè)壁之間；以及導(dǎo)電材料，置于所述柵溝槽中并通過所述柵溝槽的所述側(cè)壁與所述源極區(qū)電性接觸，所述導(dǎo)電材料與所述第一隔離層和所述第二隔離層接觸。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述第一隔離層置于所述柵極與所述導(dǎo)電材料之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述源極區(qū)具有沿所述柵溝槽的所述側(cè)壁延伸的豎直長度和與所述豎直長度垂直延伸的側(cè)向?qū)挾?，所述豎直長度大于所述側(cè)向覽度。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的場效應(yīng)晶體管，其中所述導(dǎo)電材料具有與所述源極區(qū)的頂部表面基本共平面的頂部表面。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 置于所述外延層中的主體區(qū)，所述主體區(qū)摻雜有與所述源極區(qū)的摻雜物具有相反傳導(dǎo)類型的摻雜物； 保護電極，置于所述柵極之下；以及 保護電介質(zhì)層，具有在所述主體區(qū)之下延伸的向外張開部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的場效應(yīng)晶體管，進一步包括 通道增強區(qū)，與所述柵溝槽的所述側(cè)壁接觸。
23.一種形成場效應(yīng)晶體管的方法，包括 在半導(dǎo)體區(qū)中形成柵溝槽；在所述柵溝槽中形成凹陷的柵極； 形成多個源極區(qū)使得所述多個源極區(qū)的至少一個源極區(qū)置于所述柵溝槽的每個邊上； 在所述凹陷的柵極之上形成電介質(zhì)層；以及 用導(dǎo)電材料填充所述柵溝槽的至少部分，以使所述導(dǎo)電材料與所述多個源極區(qū)的源極區(qū)電性接觸。
24.一種形成保護柵場效應(yīng)晶體管的方法，包括 在硅區(qū)上方形成硬掩模，所述硬掩模包括保護層； 圖案化所述硬掩模以限定其中的開口； 通過在所述硬掩模中的所述開口來蝕刻所述硅區(qū)，從而形成延伸進入所述硅區(qū)的溝槽； 內(nèi)襯于每個所述溝槽的側(cè)壁和底部形成保護電介質(zhì)層； 在每個所述溝槽的底部形成保護電極，所述保護電極通過所述保護電介質(zhì)層與所述硅區(qū)隔離開； 沿每個所述溝槽的上側(cè)壁形成保護間隙壁； 在每個所述溝槽中所述保護電極之上形成電極間電介質(zhì)，所述保護間隙壁和所述硬掩膜的保護層防止電極間電介質(zhì)沿每個所述溝槽的所述上側(cè)壁和鄰近每個所述溝槽的臺面表面之上形成； 在每個所述溝槽中并在所述電極間電介質(zhì)之上形成柵極。
25.一種形成保護柵場效應(yīng)晶體管的方法，包括 在硅區(qū)上方形成硬掩模，所述硬掩模包括氧化物-氮化物-氧化物復(fù)合層； 圖案化所述硬掩模以限定其中的開口； 通過在所述硬掩模中的所述開口來蝕刻所述硅區(qū)，從而形成延伸進入所述硅區(qū)的溝槽； 內(nèi)襯于每個所述溝槽的側(cè)壁和底部形成保護電介質(zhì)層； 在每個所述溝槽的底部形成保護電極，所述保護電極通過所述保護電介質(zhì)層與所述硅區(qū)隔離開； 沿每個所述溝槽的上側(cè)壁形成氮化物間隙壁； 在每個所述溝槽中所述保護電極之上進行熱氧化以形成熱氧化物層，所述氮化物間隙壁和所述硬掩模防止熱氧化物層沿每個所述溝槽的所述上側(cè)壁和鄰近每個所述溝槽的臺面表面之上形成；以及 在每個所述溝槽中并在所述熱氧化物層之上形成柵極。
26.一種形成場效應(yīng)晶體管的方法，包括 在半導(dǎo)體區(qū)中形成包括溝槽側(cè)壁的溝槽； 在所述溝槽中形成保護電極； 進行第一傳導(dǎo)類型的雜質(zhì)的成角側(cè)壁注入以形成鄰近所述溝槽的通道增強區(qū)； 在所述半導(dǎo)體區(qū)中形成第二傳導(dǎo)類型的主體區(qū)；以及 在所述主體區(qū)中形成第一傳導(dǎo)類型的源極區(qū)，所述源極區(qū)以及所述主體區(qū)和所述半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，所述通道區(qū)沿著所述溝槽側(cè)壁延伸，所述通道增強區(qū)部分延伸進入所述通道區(qū)的下部從而降低所述通道區(qū)的電阻。
27.—種場效應(yīng)晶體管,包括 第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)，與第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)形成PN結(jié)； 柵溝槽，延伸穿過所述主體區(qū)并且在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)終止； 鄰近所述柵溝槽的所述第二傳導(dǎo)類型的 源極區(qū)，所述源極區(qū)以及所述主體區(qū)與所述半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，所述通道區(qū)沿著所述柵溝槽的溝槽側(cè)壁延伸；以及 鄰近所述柵溝槽的所述第二傳導(dǎo)類型的通道增強區(qū)，所述通道增強區(qū)部分延伸進入所述通道區(qū)的下部從而降低所述通道區(qū)的電阻。
28.一種保護柵場效應(yīng)晶體管，包括 在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)中延伸的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)； 被所述主體區(qū)分隔開的柵溝槽； 置于各個柵溝槽中的至少一個導(dǎo)電保護電極； 置于所述至少一個導(dǎo)電保護電極之上但是與所述至少一個導(dǎo)電保護電極隔離開的各個柵溝槽中的柵極； 將所述至少一個導(dǎo)電保護電極與所述半導(dǎo)體區(qū)隔離開的保護電介質(zhì)層； 使各個柵極與鄰近主體區(qū)隔離開的柵電介質(zhì)層； 在鄰近所述柵溝槽的所述主體區(qū)中延伸的所述第二傳導(dǎo)類型的源極區(qū)，各個源極區(qū)以及相應(yīng)主體區(qū)與所述半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它們之間的通道區(qū)，各個通道區(qū)沿著相應(yīng)柵溝槽的側(cè)壁延伸；以及 鄰近各個柵溝槽的所述第二傳導(dǎo)類型的通道增強區(qū)，所述通道增強區(qū)部分延伸進入相應(yīng)通道區(qū)的下部從而降低所述通道區(qū)的電阻。
29.—種雙柵溝槽場效應(yīng)晶體管，包括 有源區(qū)和終端區(qū)，所述有源區(qū)包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽，所述終端區(qū)包括延伸進入所述半導(dǎo)體區(qū)的終端溝槽，所述柵溝槽包括與所述終端溝槽側(cè)向隔開的最外側(cè)柵溝槽； 保護電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的下側(cè)壁以及所述終端溝槽的下側(cè)壁和上側(cè)壁；保護電極，置于各個柵溝槽中和所述終端溝槽中，在各個柵溝槽中的所述保護電極在所述柵溝槽的下部延伸，在所述終端溝槽中的所述保護電極延伸穿過所述終端溝槽的上部和下部； 柵電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的上側(cè)壁； 柵極，置于各個柵溝槽中，各個柵極通過側(cè)向延伸的電介質(zhì)層與下方的保護電極隔離；以及 主體區(qū)，在⑴之間以及(ii)之間延伸并鄰接的側(cè)壁(i)至少兩個相鄰的柵溝槽；以及(ii)最外側(cè)柵溝槽和所述終端溝槽，在兩個相鄰柵溝槽之間延伸的各個所述主體區(qū)包括鄰近相應(yīng)柵溝槽側(cè)壁的源極區(qū)，在所述最外側(cè)柵溝槽和所述終端溝槽之間延伸的所述主體區(qū)包括鄰近所述最外側(cè)柵溝槽的側(cè)壁的源極區(qū)，其中所述主體區(qū)和源極區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。
30.一種雙柵溝槽場效應(yīng)晶體管，包括有源區(qū)和終端區(qū)，所述有源區(qū)包括延伸進入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽，所述終端區(qū)包括延伸進入所述半導(dǎo)體區(qū)的終端溝槽，所述柵溝槽包括與所述終端溝槽側(cè)向隔開的最外側(cè)柵溝槽，其中所述柵溝槽和所述終端溝槽具有基本上相同的深度和寬度； 保護電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的下側(cè)壁以及所述終端溝槽的下側(cè)壁和上側(cè)壁；保護電極，置于各個柵溝槽中和所述終端溝槽中，在各個柵溝槽中的所述保護電極在所述柵溝槽的下部延伸，在所述終端溝槽中的所述保護電極延伸穿過所述終端溝槽的上部和下部； 柵電介質(zhì)層，內(nèi)襯于各個柵溝槽的上側(cè)壁；其中所述保護電介質(zhì)層比所述柵電介質(zhì)層厚; 柵極，置于各個柵溝槽中而不是所述終端溝槽，各個柵極通過側(cè)向延伸的電介質(zhì)層與下方的保護電極隔離；以及 主體區(qū)，在⑴之間以及(ii)之間延伸并鄰接的側(cè)壁(i)每兩個相鄰柵溝槽；以及(ii)最外側(cè)柵溝槽和所述終端溝槽，在兩個相鄰柵溝槽之間延伸的各個所述主體區(qū)包括鄰近相應(yīng)柵溝槽側(cè)壁的源極區(qū)，在所述最外側(cè)柵溝槽和所述終端溝槽之間延伸的所述主體區(qū)包括鄰近所述最外側(cè)柵溝槽的側(cè)壁的源極區(qū)，其中所述主體區(qū)和源極區(qū)具有相反的傳導(dǎo)類型。
31.一種裝置，包括 雙柵溝槽MOSFET，包括 柵溝槽，延伸進入外延層； 柵極，置于所述柵溝槽中；以及 源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近所述柵溝槽的側(cè)壁；以及 溝槽MOS肖特基勢壘(TMBS) 二極管，與所述雙柵溝槽MOSFET單片集成。
全文摘要
本發(fā)明涉及溝槽柵效應(yīng)晶體管及其制造方法。本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，包括柵溝槽，延伸進入外延層；柵極，置于柵溝槽中；源極區(qū)，摻雜有摻雜物并鄰近柵溝槽的側(cè)壁；導(dǎo)電材料，置于柵極上方的柵溝槽中并通過柵溝槽的側(cè)壁與源極區(qū)電性接觸；以及隔離層，置于柵極和導(dǎo)電材料之間。本發(fā)明改進了溝槽柵FET的物理和執(zhí)行特性。
文檔編號H01L29/78GK102738239SQ20121015807
公開日2012年10月17日 申請日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者丹尼爾·卡拉菲特, 克里斯托弗·博古斯瓦·科考恩, 內(nèi)森·L·克拉夫特, 加里·M·多爾尼, 史蒂文·P·薩普, 哈姆扎·耶爾馬茲, 布魯斯·D·馬錢特, 托馬斯·E·格雷布斯, 約瑟夫·A·葉季納科, 羅德尼·S·里德利, 迪安·E·普羅布斯特 申請人:飛兆半導(dǎo)體公司