專利名稱：具有相互連接的柵極溝槽的功率半導體設備的制作方法
具有相互連接的柵極溝槽的功率半導體設備相關申請本申請基于2005年8月17日提交的名為"TRENCHMOSFETPROCESS USING FOUR MASKS"的美國臨時申請60/709,020，并且要求該申請的權 益，在此要求該申請的優(yōu)先權并且其公開內容作為參考結合于此，且本申請 為2006年1月24日提交的名為"POWER SEMICONDUCTOR DEVICE WITH ENDLESS GATE TRENCHES"的美國申請11/338,215的部分繼續(xù)申 請。
背景技術：
參考圖1，根據(jù)現(xiàn)有技術的功率半導體設備包括多個間隔式柵極溝槽3， 各個柵極溝槽3具有沿著該柵極溝槽3側壁的柵極絕緣物5 (通常由二氧化 硅構成)以及設置在柵極溝槽3中的柵電極7?，F(xiàn)有技術的設備中的柵極溝 槽3具有末端9。在已知的設計中，柵極總線ll (為了更好的示出，該柵極 總線11被呈現(xiàn)為透明的)被布置在各個柵極溝槽3的至少一端9上并與柵 極溝槽3中的柵電極7電接觸。在將功率半導體設備運送給終端用戶之前，對該功率半導體設備進行評 估是通用的商業(yè)慣例。為了執(zhí)行電壓擊穿評估，需要對所述設備施加例如一 定的屏蔽電壓。已經(jīng)觀測到位于端部9的柵極絕緣物5為過早擊穿的根源。因此，將屏 蔽電壓設置得很低以避免在評估和鑒定期間的過早擊穿。因此，很難在屏蔽 和鑒定處理期間對具有溝槽缺陷和類似缺陷的設備進行隔離。因此，期望減小或者消除過早的柵極絕緣物擊穿以改進所述評估和鑒定 處理。在2006年1月24日提交并且轉讓給本申請的受讓人的美國申請 11/338,215中，公開了一種克服上述問題的功率半導體設備。圖2和圖3顯 示了美國申請11/338,215中公開的設備。
參考圖2和3，功率半導體設備6包括具有第一導電率的漂移區(qū)10 (例 如，N型)、漂移區(qū)IO上的具有第二導電率的基區(qū)12 (例如P型)、從基區(qū) 12延伸到漂移區(qū)10的多個環(huán)形溝槽14、形成在至少毗鄰基區(qū)12的各個環(huán) 形溝槽14中的柵極絕緣層16、以及位于各個環(huán)形溝槽14中的環(huán)形柵電極 18。各個環(huán)形溝槽14包括兩個間隔式的平行溝槽14'、以及兩個相對的連接 著平行溝槽14'的連接溝槽14〃。
設備6還包括具有第一導電率的導電區(qū)22，該導電區(qū)22位于毗鄰各個 環(huán)形溝槽14的各個平行溝槽14'的基區(qū)12上。此外，在兩個相對的導電區(qū) 22之間的基區(qū)12中形成有高導電率區(qū)24，該高導電率區(qū)24為第二導電率 類型且具有比基區(qū)12 (例如，P+型)更低的電阻率。
導電區(qū)22為通常被稱為有源區(qū)的一部分。如圖2和圖3所示，各個環(huán) 形溝槽14與其他環(huán)形溝槽14之間通過有源區(qū)相間隔，并且每個環(huán)形溝槽14 均包括位于其中的內部區(qū)域15中的有源區(qū)。此外，連接溝槽14〃是彎曲的。
柵極總線20 (為了更好的示出，該柵極總線20被呈現(xiàn)為透明的)被布 置在各個環(huán)形溝槽14的一個連接溝槽14〃的至少一部分上并且被電連接到 布置在環(huán)形溝槽14中的柵電極18。此外，各個環(huán)形溝槽14具有曲形底面和 位于該曲形底面上的厚絕緣體26 (比柵極絕緣物16厚)。漂移區(qū)10為位于 基片28上的外延形成的半導體襯底，基片28具有與半導體襯底相同的半導 體材料和相同的導電率。
設備6還包括第一功率電極30和第二功率電極32，所述第一功率電極 30歐姆連接至導電區(qū)22和高導電率區(qū)24，所述第二功率電極32電連接至 基片28。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的功率半導體設備包括具有第一導電率的漂移區(qū)；具有第二 導電率且位于漂移區(qū)上的基區(qū)；第一組溝槽，該第一組溝槽通過所述基區(qū)延 伸到所述漂移區(qū)；第一周邊溝槽，該第一周邊溝槽被布置在第一柵極溝槽的 周圍并且與第一柵極溝槽相交，從而這些柵極溝槽被相互連接；柵極絕緣層，
該柵極絕緣層形成在毗鄰所述基區(qū)的各個柵極溝槽中；以及柵電極，該柵電
極位于每個第一柵極溝槽中。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的設備中，所述周邊溝槽為終止溝槽。 在根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的設備中，終止溝槽被布置在所述周邊溝槽周圍。
根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的設備還包括第二組柵極溝槽，該第二組柵極 溝槽通過基區(qū)延伸到漂移區(qū)中；第二周邊溝槽，該第二周邊溝槽被布置在第 二柵極溝槽的周圍并且與第二柵極溝槽相交，從而這些第二柵極溝槽被相互 連接；柵極絕緣層，該柵極絕緣層形成在毗鄰所述基區(qū)的各個第二柵極溝槽 中；以及柵電極，該柵電極位于每個柵極溝槽中。
根據(jù)本發(fā)明的設備可以選擇性地包括位于所述終止溝槽周圍的等勢環(huán) (EQR)溝槽。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，柵極總線被布置在所述周邊溝槽的至少一部分 上，并且該柵極總線通過柵電極上的絕緣塞(insulationplug)中的間隔式開 口電連接到位于所述周邊溝槽中的柵電極?？蛇x擇地，所述柵極總線可以被 延伸到位于所述終止溝槽中的場板。
通過下面參考附圖對本發(fā)明的描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將顯而易見。


圖1顯示了根據(jù)現(xiàn)有技術的功率半導體設備的一部分的俯視圖2顯示了與根據(jù)本發(fā)明的設備相關的功率半導體設備的一部分的俯視圖3顯示了圖2中的設備沿著圖2中的線3-3在箭頭方向上觀看時的橫 截面圖4示意性地顯示了根據(jù)第一實施方式的設備的一部分的俯視圖5示意性地顯示了圖4中的設備沿著圖4、 7和9中的線5-5在箭頭方向觀看時的橫截面圖6示意性地顯示了圖4中的設備沿著圖4中的線6-6在箭頭方向觀看時的橫截面圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的設備的一部分的俯視圖； 圖8示意性地顯示了圖7中的設備沿著圖7中的線8-8在箭頭方向觀看 時的橫截面圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的設備的一部分的俯視圖； 圖10示意性地顯示了圖9中的設備沿著圖9中的線10-10在箭頭方向 觀看時的橫截面圖。
具體實施例方式
參考圖4、 5和6，根據(jù)第一實施方式的功率半導體設備包括具有第一導 電率的漂移區(qū)10 (例如，N型)、位于漂移區(qū)IO上的具有第二導電率的基區(qū) 12 (例如，P型)、從基區(qū)12延伸到漂移區(qū)10的多個條形柵極溝槽17、形 成在至少毗鄰基區(qū)12的各個柵極溝槽17中的柵極絕緣層16、以及位于各個 柵極溝槽17中的柵電極18。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，周邊溝槽19與柵極溝槽17相交并由此使柵極 溝槽17相互連接。需要注意的是，雖然沒有明確地示出，但是周邊溝槽19被布置在柵極溝槽17周圍并且圍繞柵極溝槽17。此外，雖然沒有明確地示 出，但是應該注意的是周邊溝槽19在柵極溝槽的兩端與柵極溝槽相交，從 而確保沒有柵極溝槽17像現(xiàn)有技術的設備那樣(參見圖l)終止于頂端。
在根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的設備中，周邊溝槽19也是所述設備的終 止區(qū)34的一部分。也就是說，在終止區(qū)34中，周邊溝槽19也是終止溝槽， 該終止溝槽被布置在有源區(qū)38周圍并且延伸到低于基區(qū)12的深度。終止區(qū) 34優(yōu)選地還包括第一二氧化硅襯底40和第二二氧化硅襯底42，所述第一二 氧化硅襯底40覆蓋在終止溝槽36的底面和側壁上，所述第二二氧化硅襯底 42覆蓋在所述第一二氧化硅襯底40上。第一二氧化硅襯底40為生長氧化物， 即通過氧化外延生長硅襯底31來生長二氧化硅，從而形成該生長氧化物。 第二二氧化硅襯底42通過沉積例如正硅酸乙酯(TEOS)的低密度二氧化硅 襯底而形成。合起來，第一二氧化硅襯底40和第二二氧化硅襯底42形成了 場絕緣體。
根據(jù)第一實施方式的設備還包括柵極總線20。從柵極總線20的延伸部 分覆蓋了第二二氧化硅襯底42，從而形成場板44。優(yōu)選地，終止區(qū)34還包 括布置在周邊溝槽19周圍的等勢環(huán)(EQR)結構46。 EQR46包括EQR溝 槽48，該EQR溝槽48的側壁和底部上布置有二氧化硅49，并且在該EQR 溝槽48中布置有多晶硅。
根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的設備還包括具有第一導電率的導電區(qū)22，該 導電區(qū)22位于毗鄰各個柵極溝槽17的基區(qū)12上。此外，在兩個相對的導 電區(qū)22之間的基區(qū)12中形成有高導電率區(qū)24，該高導電率區(qū)24為第二導 電率類型且電阻率低于基區(qū)12 (例如，P+型)的電阻率。
導電區(qū)22為通常被稱為有源區(qū)的一部分。如圖4、 5和6所示，各個溝 槽17與其他溝槽17之間通過有源區(qū)相間隔。而且，有源區(qū)可以被布置在周 邊溝槽19和柵極溝槽17之間。柵極總線20 (為了更好的示出，該柵極總線20被呈現(xiàn)為透明的)被布 置在周邊溝槽19的至少一部分上，該周邊溝槽19被電連接到布置在該周邊 溝槽19中的柵電極18。此外，優(yōu)選地，各個溝槽17、 19具有曲形底面以及 該曲形底面上的厚絕緣體26 (比柵極絕緣物16厚)。漂移區(qū)10為位于基片 28上的外延形成的半導體襯底，所述基片28具有與半導體襯底相同的半導 體材料和相同的導電率。
根據(jù)本發(fā)明的設備還包括第一功率電極30和第二功率電極32，所述第 一功率電極30歐姆連接至導電區(qū)22和高導電率區(qū)24，所述第二功率電極 32電連接至基片28。
參考圖7和8，其中相同的數(shù)字表示相同的特征。在根據(jù)本發(fā)明第二實 施方式的設備中，周邊溝槽19不是終止區(qū)34的一部分。相反地，該周邊溝 槽19在所述設備的有源區(qū)38里面。從而，終止區(qū)34被布置在有源區(qū)38的 周圍并且毗鄰有源區(qū)38。
參考圖9和10，其中相同的數(shù)字表示相同的特征。在根據(jù)本發(fā)明第三實 施方式的設備中，提供了兩組或者多組柵極溝槽17，并且各個柵極溝槽17 通過各自的周邊溝槽19而被互相連接。因此，根據(jù)第三實施方式的設備包 括通過周邊溝槽19'而相交且互相連接的第一組柵極溝槽17'，以及通過周邊 溝槽19〃而相交且互相連接的第二組柵極溝槽17"。
在所述第二和第三實施方式中，柵極總線20通過絕緣塞23中的開口 15 而被電連接到位于周邊溝槽19中的柵電極18。根據(jù)本發(fā)明的設備可以為功 率金屬氧化層半導體場效晶體管(MOSFET)，在此情況下，導電區(qū)22為源 區(qū)，第一功率電極30為源電極，并且第二功率電極32為漏電極。可選擇地， 根據(jù)本發(fā)明的設備可以為絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，在此情況下，導電區(qū) 22可以為發(fā)射區(qū)，第一功率電極30可以為發(fā)射電極并且第二功率電極可以 為集電極。在優(yōu)選實施方式中，漂移區(qū)io為外延形成的硅，該外延形成的硅被形
成在硅基片上，柵電極18由導電多晶硅構成，并且柵極絕緣物16和絕緣體 26均由二氧化硅構成。第一功率電極30、第二功率電極32以及柵極總線20 和場板44可以由任何合適的金屬構成，例如，鋁或者鋁硅。
隨著根據(jù)本發(fā)明的設備中柵氧化層的擊穿電壓的改善，從而可以屏蔽具 有更高電壓的部分。在清除具有缺陷溝槽的設備時，更高的屏蔽電壓是很有 用的。由此，促進了評估和鑒定處理。
雖然已經(jīng)結合本發(fā)明的特定實施方式描述了本發(fā)明，但許多變化和改進 以及其他用途將很容易為本領域技術人員所公知。因此，優(yōu)選地，本發(fā)明不 應限于此處的特定公開內容，而僅由所附的權利要求來限定。
權利要求
1、一種功率半導體設備，該設備包括漂移區(qū)，該漂移區(qū)具有第一導電率；基區(qū)，該基區(qū)具有第二導電率且位于所述漂移區(qū)上；第一組溝槽，該第一組溝槽通過所述基區(qū)延伸到所述漂移區(qū)；第一周邊溝槽，該第一周邊溝槽被布置在第一柵極溝槽周圍并且與所述第一柵極溝槽相交；柵極絕緣層，該柵極絕緣層形成在毗鄰所述基區(qū)的各個柵極溝槽中；以及柵電極，該柵電極位于每個第一柵極溝槽中。
2、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，其中所述周邊溝槽為終止 溝槽。
3、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，該設備進一步包括終止溝 槽，該終止溝槽被布置在所述周邊溝槽周圍。
4、 根據(jù)權利要求3所述的功率半導體設備，該設備進一步包括等勢環(huán) 溝槽，該等勢環(huán)溝槽位于所述終止溝槽周圍。
5、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，該設備進一步包括柵極總 線，該柵極總線被布置在所述第一周邊溝槽的至少一部分上并且電連接到位 于所述周邊溝槽中的所述柵電極。
6、 根據(jù)權利要求5所述的功率半導體設備，其中所述柵極總線進一步 包括場板。
7、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，該設備進一步包括柵極總 線，該柵極總線被布置在所述第一周邊溝槽的至少一部分上并且電連接到位 于所述第一周邊溝槽中的所述柵電極。
8、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，其中所述柵電極由導電多 晶硅構成。
9、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，其中所述柵極絕緣物由二氧化硅構成。
10、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，其中各個所述柵極溝槽包 括曲形底面部分。
11、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，該設備進一步包括絕緣體， 該絕緣體被布置在各個柵極溝槽的底部，該絕緣體比所述柵極絕緣物厚。
12、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，該設備進一步包括具有所 述第一導電率的導電區(qū)，該導電區(qū)位于所述基區(qū)上且毗鄰所述各個柵極溝槽。
13、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，其中所述漂移區(qū)被布置在 基片上。
14、 根據(jù)權利要求13所述的功率半導體設備，其中所述基片由硅構成。
15、 根據(jù)權利要求l所述的功率半導體設備，其中所述功率半導體設備為金屬氧化層半導體場效晶體管。
16、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，其中所述功率半導體設備 為絕緣柵雙極晶體管。
17、 根據(jù)權利要求1所述的功率半導體設備，該設備進一步包括 第二組柵極溝槽，該第二組柵極溝槽通過所述基區(qū)延伸到所述漂移區(qū)中；第二周邊溝槽，該第二周邊溝槽被布置在所述第二柵極溝槽周圍并且與所述第二柵極溝槽相交；柵極絕緣層，該柵極絕緣層形成在毗鄰所述基區(qū)的各個第二柵極溝槽 中；以及柵電極，該柵電極位于每個柵極溝槽中。
全文摘要
一種功率半導體設備，該設備包括多個柵極溝槽以及與所述柵極溝槽相交的周邊溝槽。
文檔編號H01L29/66GK101288175SQ200680033497
公開日2008年10月15日 申請日期2006年8月16日 優(yōu)先權日2005年8月17日
發(fā)明者A·I·阿馬利, R·特納, 凌 馬 申請人:國際整流器公司