专利名称：保护栅极沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种功率半导体组件，更特别的是，本发明涉及一种改良且
新颖的应用在高频功率开关组件的保护栅极沟槽式(SGT)金属氧化物半导 体场效晶体管组件的结构与制造方法。
先前技术
传统上用来降低功率半导体组件的栅极-漏极电容Cgd的方法，目前仍旧 面临到许多技术上的限制与困难。当高频功率开关组件的需求日益成长，尤 其迫切地需要提供有效的解决方法以达到解决这些技术上的困难与限制。而 对于包含金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)与绝缘栅双极晶体管 (IGBT)的功率晶体管，更需要一种新的组件结构与制造方法来减低在这些
功率开关组件的栅极与漏极间的限速电容。
如图1A所示，Baliga于美国专利第5,998,833号公开了一种双扩散金属 氧化物半导体场效应晶体管(DMOS)单元。其源极设置于沟槽栅极的底下， 用以减少栅极-漏极电容，且此双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管单元的 栅极是分开为两个区段。由于将来自栅极与漏极重叠区域所贡献的电容消除 了，从而减少了栅极-漏极电容Cgd。
美国专利第6,690,062号则公开了一种金属氧化物半导体场效晶体管，如 图1B所示，其藉由在边缘区域中提供一个保护电极来改善晶体管结构的开 关行为。保护电极将主动单元数组中的至少几个部分围绕起来，在边缘栅极 结构与漏极区域之间会产生电容，而设置在边缘区域的保护电极则会将边缘 栅极结构和漏极区域之间的电容縮小，从而縮小晶体管的栅极-漏极电容 Cgd。
在美国专利第6,891,223号中，Krumrey等发明人公开了一种包含数个晶 体管单元的晶体管，这些晶体管单元沿着半导体衬底的数个沟槽设置，且半
导体衬底具有两个或更多的电极结构设置在前述沟槽中。再者，金属化结构
设置在衬底的表面之上，如图1C所示。沟槽延伸进晶体管的非主动边缘区
域，而在边缘区域建立了电极结构与对应的金属化结构之间的电性连结。
然而，以上专利案所公开的晶体管构造仍然具有共同的困难点。设置在 沟槽底部的源极是透过功率半导体组件的边缘区域连接到源极电压，必然会 增加源极的电阻。所以需要额外的掩模创造这样的连接，当然也提高了生产成本。
因此，在功率半导体组件设计与制造等相关技术中，仍旧需要提供新的 制造方法与组件结构来制作功率组件，将以上所讨论的问题与限制予以解决。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一种新颖且改良的保护栅极沟槽式(SGT) 结构的半导体功率组件，其具有底部保护电极，直接地改善了对于源极电压 的连接。特别的是，本发明提供了一种宏单元布局。在此宏单元中，充填有 例如是掺杂多晶硅的传导性材料的沟槽，会将保护栅极沟槽结构的底部保护 电极与源极金属直接作电性连接。藉此将得以解决前述传统结构透过组件的 周围部位连接到源极电压的问题与困难。
特别的是，本发明的另一目的是提供一种改善的保护栅极沟槽组件及其 制造方法，以縮小栅极-漏极电容。本发明提供一种新的功率半导体组件的制 造方法，此方法包含在衬底上开设一沟槽，其围绕数个功率晶体管单元，并
以栅极材料填充于此沟槽中的步骤。此方法更包含步骤通过时序蚀刻对该
沟漕的选择部位上的栅极材料进行反刻蚀，随后以一保护绝缘层覆盖在沟槽 的一选择部位上的栅极材料的底部，形成一底部保护电极，同时保留该沟槽 中剩余部位上的栅极材料，以维持其可直接电性连接到该底部保护电极。此 功率半导体组件的制造方法提供保护栅极沟槽结构可以通过数个沟槽的"源 极连接电极"能直接电性连接到源极金属，此保护栅极沟槽结构设置在沟槽 栅极底下，且这些源极连接沟槽填充有栅极材料，例如栅极多晶硅，来作为 保护栅极沟槽到源极金属的内连接。此种直接电性连接是由随后的步骤，即 在沟槽上剩余部位的栅极材料到源极金属间形成电性连接来提供的。进一步 而言，此方法包含以栅极材料填充于沟槽的选择部位，并形成沟槽栅极与栅
极衬垫之间的电性连接的步骤。在制造过程中，进一步还包含步骤通过控 制时序蚀刻从沟槽的选择部位顶部将栅极材料移除，用以控制功率半导体组 件的沟槽栅极的深度。另外，本方法更包含步骤形成一绝缘层覆盖于功率 半导体组件的上表面，并在沟槽的剩余部位的上表面开设数个源极接触孔， 以形成源极接触从而直接接触沟槽上剩余部位的栅极材料，用以电性连接底 部保护电极。进一步，本方法更包含步骤形成一绝缘层覆盖于功率半导体 组件的上表面，并开设至少一个栅极接触开孔，以提供栅极衬垫可电性连接 到沟槽上选择部位的沟槽栅极中的栅极材料。
简而言之，本发明的一较佳实施例中，提供了一种沟槽式功率半导体组 件，此沟槽式功率半导体组件包含数个内连接沟槽，其形成在半导体衬底上。 而至少一个内连接沟槽构成了功率半导体组件的保护栅极沟槽(SGT)。此保 护栅极沟槽包含一沟槽栅极与一底部保护电极，该沟槽栅极设置在保护栅极 沟槽的顶部，该底部保护电极则设置在保护栅极沟槽的底部并和沟槽栅极绝 缘。至少一个内连接沟槽构成一填充有导电沟槽填充材料的源极连接沟槽， 并电性连接至保护栅极沟槽的底部保护电极，以电性连接至设置于源极连接 沟槽上方的源极金属。
对于本领域普通技术人员而言，在阅读了以下通过不同附图描述说明的 具体优选实施例的详细说明后，本发明的这些和其他的目的和优点将毫无疑 问的被突显。
图1A 图1C是已公开专利中所揭露的用以縮小栅极-漏极电容的沟槽 式金属氧化物半导体场效晶体管组件的剖面示意图2A是本发明的具有改良结构的沟槽式金属氧化物半导体场效晶体管 组件的俯视图，而图2B 图2D为其三个剖面的示意图3A 图3L显示如图2A 图2D所示的沟槽式金属氧化物半导体场效
晶体管组件的制造过程的一系列剖面示意图3M 图30显示如图2A 图2D所示的沟槽式金属氧化物半导体场
效晶体管组件的另一制造过程的一系列剖面示意图4显示本发明的另一实施例中具有特别结构的终止区域的金属氧化物
半导体场效晶体管组件的侧剖面示意图；及
图5显示本发明的另一实施例中的金属氧化物半导体场效晶体管组件具 有进一步縮小的栅极-漏极电容的特别结构的保护栅极沟槽的沟槽栅极的示 意图。
具体实施例方式
请参阅图2A 图2D，分别为本发明的具有改良结构的沟槽式金属氧化 物半导体场效晶体管组件100的俯视图及其三个剖面的示意图。如图2B所 示，此沟槽式金属氧化物半导体场效晶体管组件100是由一衬底105所支撑， 且衬底105上形成有磊晶层110。沟槽式金属氧化物半导体场效晶体管组件 100包含了保护栅极沟槽(SGT)结构。而保护栅极沟槽结构包含底部保护 电极130与沟槽栅极150，底部保护电极130设置在沟槽栅极150上方并与 沟槽栅极150绝缘，且底部保护电极130内填充有多晶硅，以提供保护沟槽 栅极150和设置于沟槽底部下方的漏极绝缘。另外，介电层113将底部保护 电极130与漏极区域隔开，绝缘层120则将底部保护电极130和沟槽栅极150 隔开。沟槽栅极150包含有多晶硅，多晶硅填充在沟槽中，该沟槽被覆盖在 沟槽壁面的栅极绝缘层155所围绕。此外，主体区域160掺杂有第二传导类 型的掺杂物，如P型掺杂物，并延伸在每个沟槽栅极150之间。此P型主体 区域160包含有源极区域170，源极区域170掺杂有第一传导类型的掺杂物， 如N型掺杂物。源极区域170形成在围绕着沟槽栅极150的磊晶层110上表 面的附近。在半导体衬底105的上表面上还有一绝缘层180，接触孔185和 195则开设于绝缘层180上并穿透过绝缘层180以接触源极金属层190。如图 2C 图2D所示，底部保护电极130通过沟槽源极连接电极140以电性连接 源极金属层190，沟槽源极连接电极140则藉由延伸于数个金属氧化物半导 体场效晶体管单元的内连接沟槽以电性连接到底部保护电极130。沟槽源极 连接电极140可以突出超过主体区域160与源极区域170的上表面，以增加 接触区域，如图2C所示。
图2A显示此组件的宏单元布局，其中每个主动单元具有成正方形的布 局，是由其围绕的沟槽所定义出来，每个沟槽中形成有沟槽栅极150与作为 保护栅极沟槽结构的底部保护电极130。在区域195上，两条沟槽交叉，并
形成一沟槽源极连接电极140以电性连接至底部保护电极130。区域195可 以延伸超过内连接区域以至于沟槽源极连接电极140会延伸到一部分沟槽 内。或者，也可能形成沟槽源极连接电极140在区域195上，其沟槽没有呈 现交叉。根据在图2A中所显示的正方形，实际上也可以实施其它种类的多 边形，如三角形、长方形与六角形。如图2A所示的每个宏单元包含数个主 动单元115与至少一个区域125，主动单元115是由数个沟槽栅极150所围 绕并定义出来，且沟槽栅极150在区域125内侧，沟槽140内填充有栅极填 充材料以电性连接底部保护电极130与源极接触金属。图2C中显示的区域 125的边界线与数个主动单元115，并且，其显示了保护栅极沟槽结构的底部 保护电极130是通过内连接沟槽(在主动单元115区域上)以及沟槽(在源 极接触沟槽区域125上)连接到沟槽源极连接电极140。这些沟槽的内连接 是通过三维空间所架构而成，并藉由在图2D所示的剖面图之后与之前的数 个沟槽所提供。
根据图2A 图2D与前述说明内容，本发明公开一种沟槽式功率半导体 组件。此功率半导体组件包含形成在半导体衬底上的数个内连接沟槽，其中 至少一个内连接沟槽构成此功率半导体组件的保护栅极沟槽(SGT)。此保护 栅极沟槽包含沟槽栅极与底部保护电极，该沟槽栅极设置在保护栅极沟槽的 顶部，该底部保护电极设置在保护栅极沟槽的底部并和沟槽栅极绝缘。至少 一部分的内连接沟槽构成源极连接沟槽，源极连接沟槽填充有传导性沟槽填 充材料，以电性连接到保护栅极沟槽的底部保护电极，用以电性连接到设置 在源极连接沟槽顶部上的源极金属。
请参照图3A 图3L，说明图2A 图2D所显示的沟槽式金属氧化物半 导体场效晶体管组件的制造过程的一系列剖面示意图。在图3A中，使用沟 槽掩模208作为第一掩模，以建立一氧化硬质掩模206，然后移除。请参照 图3B，进行一沟槽蚀刻程序，在由衬底205所支撑的磊晶层210中开设数个 沟槽209。所要求的电极与目标氧化物厚度的最终深度会决定沟槽深度。在 图3C中，先生成牺牲氧化层，跟着进行氧化物蚀刻来蚀刻牺牲氧化层，以 移除沟槽侧壁上的受损表面而使侧壁平滑。然后，进行栅极氧化，以生成栅 极氧化层215。生成的厚栅极氧化层215的厚度是基于低的漏极-源极电阻Rds 与高击穿电压的最佳化的情况为依据。在此，较厚的栅极氧化层215会减小
硅表面电场，允许使用较高的掺杂，并且在相同的击穿速率下导致较低的漏
极-源极电阻Rds。
在图3D中，将源极多晶硅层220沉积到多个沟槽209中。在图3E中， 执行全面的多晶硅反蚀刻，以反蚀刻源极多晶硅层220。此源极多晶硅层220 是在不需要掩模的情况下进行反蚀刻的，直到刚好位于氧化物的上表面下方。 在图3F中，使用第二个掩模，也就是指，使用源极多晶硅掩模222覆盖在 位于指定的源极接触沟槽内侧的部分源极多晶硅层220上。然后，反蚀刻源 极多晶硅层220，以移除指定为沟槽栅极的沟槽内侧之上的部位。使用时序 反蚀刻过程，将源极多晶硅层220蚀刻到目标深度。并将源极多晶硅掩模222 移除，使用湿蚀刻剥除此厚的氧化物，直到在没有被源极多晶硅所封装的区 域中的上表面与侧壁都被清除干净。注意在沟槽的下部位内不要过度地蚀刻 此氧化物。在图3G中，形成薄的氧化层225覆盖在沟槽侧壁的上部与剩下 的源极多晶硅层220的上表面，以形成底部保护电极。在栅极沟槽侧壁的薄 氧化物提供了縮小栅极临界电压的优点。栅极氧化层的过程是，根据在掺杂 多晶硅中已知的强化氧化量，在所有露出的多晶硅区域上生成较厚的氧化物。 围绕在底部保护栅极沟槽结构的较厚的氧化物将具有改善击穿电压的优点。 在图3H中，将栅极多晶硅层230沉积到栅极沟槽内并反蚀刻以形成沟槽栅 极，没有使用掩模，而是简单地进行反蚀刻此栅极多晶硅层230，直到它刚 好位于上表面氧化物的表面的下方。
在图3I中，藉由使用主体掩模(图中未示)进行主体掺杂，以形成数个 主体掺杂区域235。此主体掩模不包括来自在终止区域的特定位置的主体区 域，导致形成防护环类型的终止结构。此终止区域结构将允许组件可以阻挡 高电压。在图3J中，将主体掩模移除，接着，藉由主体扩散以形成主体掺杂 区域235。主体驱动扩散掺杂物到期望的深度，而不深于上面的栅极电极。 然后，使用第四个掩模，也就是指，作为源极掩模的光阻层237来进行源极 掺杂植入，以形成数个源极掺杂区域240。在植入源极之前，将区域氧化物 变薄。在图3K中，将光阻层237移除，接着，藉由提高温度去扩散源极掺 杂区域240。在植入源极区域之后，再沉积LTO(低温氧化物)层245与BPSG (硼磷氧化物)层250。然后，执行BPSG流体化程序。
在图3L中，使用接触掩模(图中未示)，穿透前述的BPSG层250与
LTO层245开设多个接触孔，接着，再将接触掩模(图中未示)移除，之后， 则沉积金属层260。如图2C所示的源极多晶硅层220为一简单的结构，通过 连续的底部保护电极作直接接触，可以提供在包含数个主动单元与源极连接 沟槽区域的宏单元结构，如图2A与图2C所示。根据此宏单元结构，如图所 示，底部保护电极220是通过内连接的沟槽源极连接电极220连接到源极金 属260。然后，晶圆是跟着余下的标准的沟槽式金属氧化物半导体场效晶体 管的制作步骤完成整个制程。
图3M 图30则显示了另一较佳实施例，金属氧化物半导体场效应晶体 管组件具有栅极运行沟槽，用以连接沟槽栅极到栅极衬垫以进行外部连接。 如图3M所示的栅极运行沟槽209-G可具有相同的保护栅极沟槽结构，并如 同其它的保护栅极沟槽一样，通过相同的制程来形成，除了这部分，栅极运 行沟槽209-G可以比其它保护栅极沟槽更宽且更深，且栅极运行沟槽209-G 也可以位于终止区域。跟着，在图3A 图3L所显示的制作过程中，使用金 属掩模(图中未示)将图案化的金属层刻到栅极金属260-G与源极金属260-S。 在图3N中，进行电浆强化氧化物与氮化物沉积，以形成氧化层270与氮化 层280作为钝化层。然后，在图30中，在蚀刻钝化层中使用钝化掩模(图 中未示)，从而覆盖栅极金属以保护栅极金属260-G，并避免栅极金属260-G 与源极金属260-S之间的短路。晶圆会变薄，并且背面金属沉积以形成漏极。
根据以上的附图与说明，本发明更提供一种具有宏单元布局的功率金属 氧化物半导体场效晶体管组件，其中每个宏单元包含数个多边形主动单元， 其中每个多边形主动单元包含有源极区域并由数个内连接沟槽所分开，其内 连接沟槽具有底部保护电极，底部保护电极设置于沟槽栅极下方并与沟槽栅 极绝缘，其中底部保护电极电性连接到形成在作为源极连接沟槽的部分沟槽 内的至少一沟槽源极连接电极，以连接底部保护电极到源极金属。在一较佳 实施例中，源极连接沟槽突出于沟槽之上，以和源极金属建立安全的与可靠 的电性连接。在另一较佳实施例中，功率金属氧化物半导体场效晶体管组件 更包含有绝缘保护层，绝缘保护层设置在功率金属氧化物半导体场效晶体管 组件的顶部，并在源极区域与源极连接沟槽的顶部具有数个源极开孔，以提 供源极金属的电性连接。在另一较佳实施例中，功率金属氧化物半导体场效 晶体管组件更包含绝缘保护层，绝缘保护层设置在功率金属氧化物半导体场 效晶体管组件的顶部，并具有栅极开孔以提供栅极衬垫与沟槽栅极的电性连 接。在另一较佳实施例中，栅极开孔直接设置在功率金属氧化物半导体场效 晶体管组件的终止区域中的栅极运行沟槽的上方。在另一较佳实施例中，栅 极运行沟槽是比沟漕宽而且深的，以提供沟槽栅极形成于栅极运行沟槽中。 在另一较佳实施例中，栅极运行沟槽更包含具有底部保护电极的保护栅极沟 槽结构。在另一较佳实施例中，功率金属氧化物半导体场效晶体管组件更包 含在终止区域内的深的主体掺杂区域，以作为防护环或接合-终止扩大类型的 终止点。在另一较佳实施例中，深的主体掺杂区域是比在终止区域的栅极运 行沟槽深且围绕着栅极运行沟槽。
图4显示了一种具有特别结构的终止区域的金属氧化物半导体场效晶体 管组件，用以让组件以较高的电压效率来执行。对于高电压执行，终止区域 的形成通常需要去良好控制数个填充有源极多晶硅的沟槽与厚的氧化物的配 置。图4显示本方法的一种可选择的实施例。制作过程的开端是对于深处的 P型区域198作植入与扩散，以形成防护环或接合-终止扩大类型的终止点。 防护环或接合-终止扩大类型的终止点会随着P型区域198的形成，围绕住沟 槽栅极150并电性接触栅极金属195-G。
图5显示本发明的一种可选择的沟槽栅极构造，它是以更复杂的制作过 程形成的，在设置在沟槽栅极150下方的保护栅极沟槽(SGT)的底部保护 电极130'中具有渐縮的氧化物结构。以最大预期厚度来形成第一层氧化层。 在多晶硅沉积与将多晶硅蚀刻到预期深度之后，执行湿蚀刻，沿着沟槽侧壁 蚀刻氧化物直至形成较薄的氧化层厚度。第二层多晶硅沉积，并执行反蚀刻 到预期深度。以上程序进行数次，以提供如图5所示的渐縮的多晶硅保护栅 极沟槽结构130'。在进行倒数第二层多晶硅蚀刻步骤时，使用掩模留下多 晶硅平面与上表面在源极接触处的中心。之后，程序如同以上所示的程序进 行。另外，形成这样一个成渐次变化的氧化物在沟槽侧壁的方法，是去建立 一个来自中性粒子(如，氧)的植入损伤的渐次变化。以不同角度执行多个 植入程序于侧壁中，来提供植入损伤的渐次变化。垂直的植入具有最高的植 入剂量，会造成最大的损伤。而当角度增加后，植入剂量会减少，从而减少 损伤。接着，进行单个湿式氧化会产生渐縮的氧化物轮廓。植入轮廓是较容 易的去控制达到相同的漏极-源极电阻Rds效能。
虽然本发明的具体实施例描述如上，然其并非用以限定本发明。在不脱 离本发明的精神和范围内，所做的修改和润饰，均属本发明的保护范围之内。 举例来说，可以使用其它传导性材料替代多晶硅来充填沟槽。关于本发明所 界定的保护范围请根据权利要求书所限定的范围来界定。
权利要求
1.一种功率半导体组件，其特征在于，包含数个功率晶体管单元，其被一开设在半导体衬底上的沟槽所环绕，其中至少一个该功率晶体管单元构成一个主动单元，该主动单元具有一源极区域，该源极区域设置于一沟槽栅极附近，该沟槽栅极电性连接至一栅极衬垫，并环绕该主动单元，其中该沟槽栅极更具有一底部保护电极，该底部保护电极充填有一栅极材料，并设置在该沟槽栅极下方，且与该沟槽栅极绝缘；及至少一个该功率晶体管单元构成一个源极接触单元，该源极接触单元被具有一部分作为源极连接沟槽的该沟槽所围绕，且该沟槽填充有栅极材料以电性连接该底部保护电极与一源极金属，该源极金属直接设置于该源极连接沟槽的顶部上。
2. 如权利要求1所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含 一绝缘保护 层，其设置在该功率半导体组件的顶部上，并在该源极区域的顶部上设有 数个源极开孔，提供该源极连接沟槽与该源极金属间的电性连接。
3. 如权利要求1所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含 一绝缘保护 层，其设置在该功率半导体组件的顶部上，并具有一栅极开孔，提供该闸 极衬垫与该沟槽栅极之间的电性连接。
4. 如权利要求3所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的栅极开孔是直 接设置在该功率半导体组件的一终止区域中的一栅极运行沟槽的上方。
5. 如权利要求4所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的栅极运行沟槽 是比用来在其内部形成所述的沟槽栅极的沟槽要宽且深。
6. 如权利要求4所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的栅极运行沟槽 更包含一具有底部保护电极的保护栅极沟槽结构。 200780003645.9权利要求书第2/9页
7. 如权利要求1所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含 一深的主体 掺杂区域，其在一终止区域作为防护环或接合-终止扩大型的终止点。
8. 如权利要求7所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的深的主体掺杂区域是比在所述终止区域的栅极运行沟槽深且围绕着该栅极运行沟槽的。
9. 如权利要求1所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的底部保护电极 填充有栅极材料，具有朝向该沟槽的一底部阶梯式渐縮的轮廓，该沟槽具 有一围绕栅极材料的内衬层，其具有对应地阶梯式渐增的厚度。
10. 如权利要求1所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的底部保护电极 填充有栅极材料，具有朝向该沟槽的一底部渐縮的轮廓，该沟槽具有一围 绕栅极材料的内衬层，其具有对应地逐步增加的厚度。
11. 如权利要求l所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的功率晶体管单 元更包含数个沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)单元。
12. —种功率半导体组件，其特征在于，包含数个功率晶体管单元，其被一开 设在半导体衬底上的沟槽所环绕，其中， 至少一个该功率晶体管单元构成一主动单元，该主动单元具有一源极 区域，该源极区域设置于一沟槽栅极附近，该沟槽栅极电性连接至一栅极 衬垫并环绕所述的主动单元，其中该沟槽栅极更具有一底部保护电极，该 底部保护电极充填有一栅极材料，该栅极材料设置在沟槽栅极下方，且与 沟槽栅极绝缘;其中该充填栅极材料的底部保护电极具有朝向该沟槽的一 底部渐縮的轮廓，该沟槽具有一围绕该栅极材料的内衬层，其具有对应地 逐步增加的厚度。
13. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的至少一个该 功率晶体管单元构成一源极接触单元，该源极接触单元由具有一部分作为源极连接沟槽的沟槽所围绕，且该沟槽填充有栅极材料，用以电性连接该 底部保护电极与源极金属，该源极金属直接设置于该源极连接沟槽的顶部 之上。
14. 如权利要求13所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含 一绝缘保 护层，设置于该功率半导体组件的顶部上，其在源极区域的顶部上具有数 个源极开孔，提供该源极连接沟槽与源极金属间的电性连接。
15. 如权利要求13所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含 一绝缘保 护层，设置于该功率半导体组件的顶部上，其具有一栅极开孔，提供该栅 极衬垫和沟槽栅极间的电性连接。
16. 如权利要求15所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的栅极开孔是直接设置在功率半导体组件的一终止区域中的一栅极运行沟槽的上方。
17. 如权利要求16所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的栅极运行沟 槽是宽于并且深于沟槽的，以提供形成该沟槽栅极于该栅极运行沟槽中。
18. 如权利要求16所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的栅极运行沟 槽更包含一具有底部保护电极的保护栅极沟槽结构。
19. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含 一个深的 主体掺杂区域，其在一终止区域作为防护环或接合-终止扩大型的终止点。
20. 如权利要求19所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的深的主体掺 杂区域比在该终止区域的栅极运行沟槽深，且围绕着该栅极运行沟槽。
21. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，更包含一漏极，其 设置在该半导体衬底的一底面上。
22. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，每一个所述的功率 晶体管单元更包含一主体区域，设置在围绕该些功率晶体管单元的沟槽之 间。
23. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，每一个所述的功率 晶体管单元更包含一主体区域，设置在围绕该些功率晶体管单元的沟槽之 间，其中，所述的主动单元中的主体区域围绕于设置在沟槽栅极附近的源 极区域。
24. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，在所述的底部保护 电极的上方设置有一氧化层，以保护该底部保护电极，并使该底部保护电 极与所述的沟槽栅极绝缘。
25. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，在所述的底部保护 电极的上方设置有一氧化层，以保护该底部保护电极，并使该底部保护电 极与所述的沟槽栅极绝缘；其中在该底部保护电极上方的氧化层是通过由 时序蚀刻工艺所控制的预先定义的深度设置在所述沟槽中的。
26. 如权利要求25所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的功率半导体 组件具有一减小的栅极-漏极电容Cgd，且该栅极-漏极电容Cgd和底部保 护电极上方的氧化层的深度有关。
27. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的底部保护电 极填充有栅极材料，具有朝向该沟槽的一底部阶梯式渐縮的轮廓，该沟槽 具有一围绕栅极材料的内衬层，其具有对应地阶梯式渐增的厚度。
28. 如权利要求12所述的功率半导体组件，其特征在于，所述的该些功率晶 体管单元更包含数个沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET) 单元。
29. —种功率半导体组件，其特征在于，包含 一具有底部保护电极的沟槽栅 极，该底部保护电极充填有栅极材料，该栅极材料设置在沟槽栅极下方， 且与沟槽栅极绝缘；其中该充填栅极材料的底部保护电极具有朝向该沟槽 的一底部渐縮的轮廓，该沟槽具有一围绕该栅极材料的内衬层，其具有对 应地逐步增加的厚度。
30. —种功率半导体组件的制造方法，其特征在于，步骤包含-在衬底上开设一沟槽，用于围绕数个功率晶体管单元，并在该沟槽中 填充栅极材料；及通过时序蚀刻对该沟漕的选择部位上的栅极材料进行反刻蚀，随后以 一保护绝缘层覆盖在沟槽的一选择部位上的栅极材料的底部，形成一底部 保护电极，同时保留该沟槽中剩余部位上的栅极材料，以维持其可直接电 性连接到该底部保护电极。
31. 如权利要求30所述的功率半导体组件的制造方法，其特征在于，更包含 步骤在沟槽的剩余部位的栅极材料和源极金属之间形成电性连接。
32. 如权利要求30所述的功率半导体组件的制造方法，其特征在于，更包含 步骤在所述的沟槽的选择部位填充栅极材料，并和栅极衬垫形成电性连 接。
33. 如权利要求30所述的功率半导体组件的制造方法，其特征在于，更包含 步骤控制该时序蚀刻，以移除所述沟槽的选择部位顶部的栅极材料，以 控制该功率半导体组件的沟槽栅极的深度。
34. 如权利要求30所述的功率半导体组件的制造方法，其特征在于，更包含 步骤形成一绝缘层，覆盖在所述的功率半导体组件的上表面，并在该沟槽的剩余部位的顶部开设数个源极接触孔，形成源极接触，并直接接触该 沟槽的该剩余部位中的栅极材料，以电性连接该底部保护电极。
35. 如权利要求30所述的功率半导体组件的制造方法，其特征在于，更包含 步骤形成一绝缘层，覆盖在所述的功率半导体组f^的上表面，并开设至 少一个栅极接触孔，以提供栅极衬垫和位于沟槽的选择部分的沟槽栅极中 的栅极材料之间的电性连接。
36. —种功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，具有一宏单元布局，其特征在于，每一宏单元包含数个多边形主动单元，其中每一多边形主动单元包含一源极区域，该 源极区域由数个内连接沟槽所分开，该内连接沟槽具有一底部保护电极， 该底部保护电极和一沟槽栅极绝缘并位于该沟槽栅极下方，其中该底部保 护电极电性连接至少一个沟槽源极连接电极，该些沟槽源极连接电极形成 于该些沟漕的一部分内，作为一源极连接沟槽以连接该底部保护电极和源 极金属。
37. 如权利要求36所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的源极连接沟槽突出于该些沟槽之上，以和该源极金属建立一 安全且可靠的电性连接。
38. 如权利要求36所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，更包含 一绝缘保护层，设置在该功率金属氧化物半导体场效应晶 体管组件的顶部上，其在源极区域和源极连接沟槽的顶部设有数个源极开 孑L提供和源极金属的电性连接。
39. 如权利要求36所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的源极连接电极是突出超过作为源极连接沟槽的该些沟槽，超 过的高度高于该源极区域的上表面。
40. 如权利要求36所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，更包含 一绝缘保护层，设置于该功率金属氧化物半导体场效应晶 体管组件的顶部，并具有一栅极开孔，提供栅极衬垫与沟槽栅极间的电性 连接。
41. 如权利要求40所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的栅极开孔是直接设置在该功率金属氧化物半导体场效应晶体 管组件的一终止区域中的栅极运行沟槽的上方。
42. 如权利要求41所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的栅极运行沟槽是宽于且深于沟槽的，以用来在该栅极运行沟 槽中形成沟槽栅极。
43. 如权利要求41所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的栅极运行沟槽更包含一保护栅极沟槽结构，该保护栅极沟槽 结构具有底部保护电极。
44. 如权利要求36所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，更包含 一深的主体掺杂区域，其在一终止区域作为防护环或接合 -终止扩大型的终止点。
45. 如权利要求44所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的深的主体惨杂区域比在该终止区域中的栅极运行沟槽深，且 围绕该栅极运行沟槽。
46. —种功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征在于，具有一宏单 元布局，每一宏单元包含数个多边形主动单元，其中每一多边形主动单元包含一源极区域，该 源极区域由数个内连接沟槽所分开，该内连接沟槽具有一底部保护电极， 该底部保护电极和沟槽栅极绝缘并位于该沟槽栅极下方，其中该底部保护 电极电性连接至少一个沟槽源极连接电极，该些沟槽源极连接电极形成于 该些沟漕的一部分内，作为一源极连接沟槽以连接该底部保护电极和源极 金属，其中该底部保护电极填充有栅极材料，并具有朝向该沟槽的一底部 渐縮的轮廓，该沟槽具有一围绕该栅极材料的内衬层，其具有对应地逐步 增加的厚度。
47. 如权利要求46所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的底部保护电极填充有栅极材料，并具有朝向该沟槽的一底部 阶梯式渐縮的轮廓，该沟槽具有一围绕该栅极材料的内衬层，其具有对应 地阶梯式逐渐增加的厚度。
48. 如权利要求36所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的源极连接沟槽突出于该些沟槽之上，以和该源极金属建立一 安全且可靠的电性连接。
49. 如权利要求46所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，更包含 一绝缘保护层，设置在该功率金属氧化物半导体场效应晶 体管组件的顶部上，其在源极区域和源极连接沟槽的顶部设有数个源极开 孑L，提供和源极金属的电性连接。
50. 如权利要求46所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，更包含 一绝缘保护层，设置在该功率金属氧化物半导体场效应晶 体管组件的顶部，并具有一栅极开孔，提供栅极衬垫与沟槽栅极间的电性 连接。
51. 如权利要求50所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的栅极开孔是直接设置在该功率金属氧化物半导体场效应晶体 管组件的一终止区域中的栅极运行沟槽上方。
52. 如权利要求51所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的栅极运行沟槽是宽于且深于该沟槽的，以用来在该栅极运行 沟槽中形成沟槽栅极。
53. 如权利要求51所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的栅极运行沟槽更包含一保护栅极沟槽结构，该保护栅极沟槽 结构具有底部保护电极。
54. 如权利要求51所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，更包含 一深的主体掺杂区域，其在一终止区域作为防护环或接合 -终止扩大型的终止点。
55. 如权利要求54所述的功率金属氧化物半导体场效应晶体管组件，其特征 在于，所述的深的主体掺杂区域比在该终止区域的栅极运行沟槽深，且围 绕该栅极运行沟槽。
全文摘要
本发明公开了一种功率半导体组件，其包括数个功率晶体管单元，其被开设于半导体衬底上的沟槽所环绕。至少一功率晶体管单元构成一主动单元，该主动单元具有一源极区域，该源极区域设置于沟槽栅极附近，该沟槽栅极电性连接至栅极衬垫并环绕主动单元。该沟槽栅极更具有底部保护电极，其中充填有栅极材料并设置于沟槽栅极下方并与沟槽栅极绝缘。至少一功率晶体管单元构成一源极接触单元，该源极接触单元由具有一部分作为源极连接沟槽的沟槽所围绕，且沟槽填充有栅极材料以电性连接底部保护电极与源极金属，源极金属直接设置于源极连接沟槽的顶部上。此功率半导体组件更包含一绝缘保护层，设置于功率半导体组件的顶部上，并在源极区域与源极连接沟槽的顶部上设有数个源极开孔，以提供与源极金属的电性连接，该绝缘保护层并具有一栅极开孔，以提供栅极衬垫和沟槽栅极间的电性连接。
文档编号H01L29/76GK101375400SQ200780003645
公开日2009年2月25日 申请日期2007年2月17日 优先权日2006年2月17日
发明者安纳帕·叭哈剌, 斯科·K·雷 申请人:万国半导体股份有限公司