功率mosfet和制造功率mosfet的方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]通常用于汽車和工業(yè)電子器件的功率晶體管需要低的面比導通電阻(area-specific on-resistance) (RonXA)而同時確保高的電壓阻斷能力。例如，M0S(“金屬氧化物半導體”)功率晶體管應該取決于應用需求而能夠阻斷數(shù)十至數(shù)百或數(shù)千伏特的漏至源電壓Vds。M0S功率晶體管通常傳導非常大的電流，其在約2至20V的典型柵-源電壓下可以一直到數(shù)百安培。
[0002]對使用隔離場板或場電極而具有電荷補償?shù)墓β蔒OSFET ( “金屬氧化物半導體場效應晶體管”)的使用提供了減小該器件的面比導通電阻的機會。
[0003]通常，研究了導致改進的器件性能的功率MOSFET的新穎概念。
[0004]特別地，目標是提供一種基于使用場電極的電荷補償?shù)母倪M的功率M0SFET，其可以被縮短至更小的柵極溝槽寬度。
[0005]如以下將討論的，通過根據(jù)獨立權利要求的請求保護的主題而實現(xiàn)以上目標。優(yōu)選實施例被限定在從屬權利要求中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)實施例，功率金屬氧化物半導體場效應晶體管包括在半導體襯底的主表面中柵極溝槽中的柵極電極，柵極溝槽平行于主表面而延伸，以及在主表面中場板溝槽中的場電極。場板溝槽具有在第一方向上的延伸長度，延伸長度小于在垂直于第一方向的第二方向上的延伸長度的兩倍，在第一方向上的延伸長度大于在第二方向上的延伸長度的一半，其中第一和第二方向平行于主表面。柵極電極包括柵極電極材料，柵極電極材料包括金屬。
[0007]根據(jù)另一實施例，功率金屬氧化物半導體場效應晶體管包括在半導體襯底的主表面中柵極溝槽中的柵極電極，柵極溝槽平行于主表面延伸，以及在主表面中場板溝槽中的場電極，場板溝槽具有平行于主表面的延伸長度，延伸長度小于場板溝槽的深度。柵極電極包括柵極電極材料，柵極電極材料包括金屬。
[0008]根據(jù)實施例，制造功率金屬氧化物半導體場效應晶體管的方法包括，在半導體襯底的主表面中場板溝槽中形成場電極，在主表面中形成柵極溝槽，柵極溝槽在平行于主表面的第一方向上延伸，以及在柵極溝槽中形成柵極電極，其中形成場板溝槽以具有在第一方向上的延伸長度，延伸長度小于在垂直于第一方向的第二方向上的延伸長度的兩倍。柵極電極由柵極電極材料制成，柵極電極材料包括金屬。
[0009]本領域技術人員一旦閱讀了以下詳細說明書并且查看了附圖將認識到附加的特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010]包括附圖以提供對本發(fā)明實施例的進一步理解，并且附圖被合并在該說明書中以及構成了其一部分。附圖圖示了本發(fā)明的實施例，并且與說明書一起用于解釋原理。本發(fā)明的其他實施例以及許多意圖的優(yōu)點將是易于意識到的，因為通過參考以下詳細描述它們變得更好理解。附圖的元件不必相對于彼此按比率縮放。類似的附圖標記指明了對應的相似部件。
[0011]圖1A示出了根據(jù)實施例的半導體器件的平視圖。
[0012]圖1B示出了圖1A中所示半導體器件的橫截面視圖。
[0013]圖2A至圖2E圖示了根據(jù)實施例的制造半導體器件的方法的步驟。
[0014]圖2F示出了根據(jù)實施例的半導體器件的部件的橫截面視圖。
[0015]圖3A至圖3D圖示了制造半導體器件的方法的另一實施例的步驟。
[0016]圖4概述了根據(jù)實施例的制造半導體器件的方法。
[0017]圖5A至圖5C圖示了制造半導體器件的不同方法。
[0018]圖6A示出了根據(jù)實施例的功率1C的示意圖。
[0019]圖6B示出了根據(jù)實施例的電源及其部件的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]在以下詳細描述中，參考了形成說明書一部分并且借由其中可以實踐本發(fā)明的例證特定實施例而圖示的附圖。在這點上，諸如“頂部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前部”、“尾部”等的方向性術語參照正被描述的所述附圖的取向被使用。因為本發(fā)明實施例的部件可以被定位在大量不同取向上，方向性術語用于例證的目的并且絕非是限制性的。應該理解的是，可以利用其他實施例，并且可以不脫離由權利要求所限定的范圍而做出結構上或邏輯上的改變。
[0021]如在此所使用的，術語“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是指示了所述元件或特征存在的開放式術語，但是并未排除附加的元件或特征。冠詞“一”、“一個”和“該”意在包括復數(shù)以及單數(shù)形式，除非上下文另有清楚指示。
[0022]附圖和描述通過緊接于摻雜類型“η”或“p”指示或“ + ”而圖示了相對摻雜濃度。例如，“η_”意味著低于“η”摻雜區(qū)域的摻雜濃度的摻雜濃度，而“η+”摻雜區(qū)域具有比“η”摻雜區(qū)域更高的摻雜濃度。相同的相對摻雜濃度的摻雜區(qū)域不必具有相同的絕對摻雜濃度。例如，兩個不同的“η”摻雜區(qū)域可以具有相同或不同的絕對摻雜濃度。在附圖和描述中，為了更好理解，摻雜部分通常被指明為“Ρ”或“η”摻雜。如清晰以被理解的，該指明絕非意在為限制性的。摻雜類型可以是任意的，只要實現(xiàn)了所述功能。此外，在所有實施例中，摻雜類型可以反轉(zhuǎn)。
[0023]如在該說明書中所采用的，術語“耦合”和/或“電耦合”并非意味著元件必須直接耦合在一起，在“耦合”或“電耦合”的元件之間可以提供插入元件。術語“電連接”意在描述電連接在一起的元件之間的低歐姆電連接。
[0024]本說明書提及半導體部分被摻雜有的摻雜劑的“第一”和“第二”導電類型。第一導電類型可以是Ρ型并且第二導電類型可以是η型，或者反之亦然。如通常已知的，這取決于源極和漏極區(qū)域的摻雜類型或極性，MOSFET可以是η溝道或ρ溝道MOSFET。例如，在η溝道MOSFET中，采用η型摻雜劑對源極和漏極區(qū)域摻雜，并且電流方向是從漏極區(qū)域至源極區(qū)域。在ρ溝道MOSFET中，采用ρ型摻雜劑對源極和漏極區(qū)域摻雜，并且電流方向是從源極區(qū)域至漏極區(qū)域。如將被清楚理解的，在本說明書的上下文內(nèi)，摻雜類型可以反轉(zhuǎn)。如果使用方向性語言描述特定電流路徑，該描述將被僅理解為指示了路徑而并非電流流動的極性，也即晶體管是P溝道還是η溝道晶體管。附圖可以包括極性敏感的部件，例如二極管。如將被清楚理解的，給定這些極性敏感部件的特定布置作為示例，并且所述特定布置可以反轉(zhuǎn)以便于實現(xiàn)所述功能，這取決于第一導電類型是意味著η型還是意味著ρ型。
[0025]如在該說明書中使用的術語“橫向”和“水平”意在描述平行于半導體襯底或半導體本體的第一表面的取向。這可以例如是晶片或管芯的表面。
[0026]如在該說明書中使用的術語“垂直”意在描述垂直于半導體襯底或半導體本體的第一表面布置的取向。
[0027]在以下描述中使用的術語“晶片”、“襯底”或“半導體襯底”可以包括具有半導體表面的任何基于半導體的結構。晶片和結構將被理解為包括硅、絕緣體上硅(SOI)、藍寶石上硅(S0S)、摻雜和未摻雜半導體、由基底半導體基座所支撐的硅的外延層、以及其他半導體結構。半導體不必須是硅基的。半導體也可以是硅鍺、鍺或砷化鎵。根據(jù)其他實施例，碳化硅(SiC)或氮化鎵(GaN)可以形成半導體襯底材料。
[0028]圖1A示出了根據(jù)實施例的半導體器件的示例的平視圖。半導體器件包括在半導體襯底的主表面中柵極溝槽130中的柵極電極132。半導體器件進一步包括在半導體襯底的主表面中