沟槽栅极式半导体装置及其形成方法与流程

本发明关于一种半导体技术，特别是关于一种沟槽栅极式半导体装置及其形成方法，其能够改善栅极对源极的击穿电压。

背景技术：

1、由于沟槽栅极式半导体装置(例如，遮蔽栅极沟槽式金属氧化物半导体场效晶体管(shielded gate trench mosfet,sgt-mosfet))具有较低的导通电阻(ron)，因此具有显著减少功率消耗的优点而广泛应用于高频低压功率元件。

2、在现行的sgt-mosfet中，通常依据设计需求而选择不同的导电材料作为栅极电极及遮蔽电极。举例来说，常见的电极材料包含金属、多晶硅、导电金属氧化物或相似物。然而，现行的sgt-mosfet中，形成于沟槽内的栅极电极的底部通常具有尖角，此尖角容易与同样形成于沟槽内的源极电极(亦即，遮蔽电极)产生强电场而发生尖端放电的问题。如此一来，sgt-mosfet的耐受电压(亦即，击穿电压)会偏低，进而影响装置的电特性以及可靠度。

3、因此，有必要寻求一种新颖的半导体装置结构及其形成方法，以解决或改善上述的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明通过使用一遮蔽盖层来选择性氧化遮蔽电极的上表面，以圆化遮蔽电极的顶角。之后，形成一电极间介电层于遮蔽电极的上表面上以覆盖圆化的顶角。如此一来，可避免后续工艺形成的栅极电极的底部形貌具有尖角，进而改善半导体装置的耐受电压(亦即，击穿电压)而获得具有更优良的电特性及可靠度。

2、根据一些实施例中，提供一种沟槽栅极式半导体装置，包括：一外延层，具有一沟槽形成于内；一遮蔽电极，设置于沟槽的一下部，其中遮蔽电极具有一第一侧壁及与其相对的一第二侧壁，且第一侧壁及第二侧壁各自的一顶部具有一第一凹槽；一下层介电层，设置于沟槽的下部，且隔开外延层与遮蔽电极，其中下层介电层的一上表面具有一阶梯形轮廓自沟槽的一侧壁向下延伸至第一侧壁及第二侧壁各自的第一凹槽；一电极间介电层，覆盖遮蔽电极的顶部及第一侧壁及第二侧壁各自的第一凹槽；以及一栅极电极，设置于沟槽的一上部，且覆盖阶梯形轮廓及电极间介电层。

3、根据一些实施例中，提供一种沟槽栅极式半导体装置的形成方法，包括：形成一沟槽于一外延层内；依序形成一下层氧化层及一多晶硅遮蔽电极于沟槽的一下部，其中下层氧化层位于多晶硅遮蔽电极的两相对侧壁及一底部周围；图案化下层氧化层及多晶硅遮蔽电极，以在多晶硅遮蔽电极的两相对侧壁的顶部各自形成一第一凹槽，且在下层氧化层的一上表面形成二个阶梯形轮廓位于沟槽的两相对侧壁与多晶硅遮蔽电极的对应相对侧壁之间；形成一电极间介电层于多晶硅遮蔽电极上，且覆盖第一凹槽；以及形成一多晶硅栅极电极于沟槽的一上部，以覆盖该阶梯形轮廓及该电极间介电层。

4、为让本发明的特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，该阶梯形轮廓包括：

3.如权利要求2所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，该第一凹槽及该第二凹槽各自的一下表面具有一弧形轮廓。

4.如权利要求2所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，该第一凹槽及该第二凹槽各自的一下表面分别具有一弧形轮廓及一斜线形轮廓。

5.如权利要求2所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，该倾斜表面与该第一侧壁之间的一横向距离为该沟槽的该侧壁与该第一侧壁之间的一横向距离的0.5至0.66倍。

6.如权利要求1所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，还包括：

7.如权利要求6所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，该电极间介电层的一厚度小于该下层介电层的一厚度，且大于该上层介电层的一厚度。

8.如权利要求1所述的沟槽栅极式半导体装置，其特征在于，该下层介电层的该上表面的至少一部分高于该电极间介电层的一上表面。

9.一种沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，包括：

10.如权利要求9所述的沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，形成该下层氧化层及该多晶硅遮蔽电极的步骤包括：

11.如权利要求9所述的沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，图案化该下层氧化层及该多晶硅遮蔽电极的步骤包括：

12.如权利要求11所述的沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，该遮蔽盖层包括：

13.如权利要求9所述的沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，该二个阶梯形轮廓各自包括：

14.如权利要求9所述的沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，该电极间介电层为氧化层，且该形成方法还包括：

15.如权利要求14所述的沟槽栅极式半导体装置的形成方法，其特征在于，该电极间介电层的一厚度小于该下层氧化层的一厚度，且大于该上层氧化层的一厚度。

技术总结
本发明公开了一种沟槽栅极式半导体装置及其形成方法。该沟槽栅极式半导体装置，包括具有一沟槽的一外延层，以及设置于沟槽的下部的一遮蔽电极。遮蔽电极具有一第一侧壁及与其相对的一第二侧壁，且第一侧壁及第二侧壁的顶部各自具有一第一凹槽。上述装置也包括设置于沟槽的下部且隔开外延层与遮蔽电极的一下层介电层。下层介电层的一上表面具有一阶梯形轮廓自沟槽的一侧壁向下延伸至第一侧壁及第二侧壁各自的第一凹槽。上述装置也包括覆盖遮蔽电极的顶部及第一侧壁及第二侧壁各自的第一凹槽的一电极间介电层，以及设置于沟槽的一上部且覆盖阶梯形轮廓及电极间介电层的一栅极电极。

技术研发人员：许忠龙,陈旷举,刘汉英
受保护的技术使用者：新唐科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15