[发明专利]具有沟槽栅极结构的半导体器件

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是以2007年9月19日提交的日本专利申请No.2007-242011 为基础，并要求该日本专利申请的优先权，该日本专利申请的全部内 容通过参考合并于此。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，更具体地，涉及一种具有沟槽栅极 结构的半导体器件。

背景技术

在具有条形沟槽栅极结构的垂直金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET)中，雪崩电阻(avalanche resistance)受P⁺基极接触区域 的宽度、间隔和总面积的影响。P⁺基极接触区域的间隔越窄，则雪崩电 阻增加越多。另一方面，由于沟道区域下降，因此导通电阻(Ron)增 加，其中导通电阻(Ron)是垂直MOSFET的性能指数中的一个。因 此，需要实现增加雪崩电阻，同时保证P⁺基极接触区域的宽度(保证 沟道区域)以减小Ron的结构。

在美国专利No.US6,351,009B1(Kocon等人)中公开了一种具有 传统条形沟槽栅极结构的垂直MOSFET的实例。参照图9-11，将描述 Kocon等人公开的传统N沟道型垂直MOSFET300的结构。图9是示 出Kocon等人公开的垂直MOSFET300的平面结构的示意平面图。图 10是沿图9的线9A—9A’提取的剖视图，以及图11是沿图9的线9B —9B’提取的剖视图。

如图9—11所示，掺杂的上层302被布置在掺杂的N⁺衬底301上。 上层302包括N漏极区域303和P阱305。如图10所示，P⁺体区域304 被形成在上层302中。P⁺体区域304由栅极沟槽307相互隔离。另一方 面，如图11所示，通过在上层302中离子注入和扩散形成N⁺源极区域 306。N⁺源极区域306由栅极沟槽307隔离。

在栅极沟槽307中，形成有导电栅极材料310和介电层312。栅极 沟槽307用导电栅极材料310和介电层312填塞，并且介电层312的 表面313和P⁺体区域304的表面314变得基本共平面。然后，金属层 315被气相沉积在表面314上。金属层315在P⁺体区域304和N⁺源极 区域306之间形成接触。

如图9所示，垂直MOSFET300包括交替的P⁺体区域304和N⁺源极区域306的多个阵列317。每个阵列317被布置为与栅极沟槽307 接触，并与下一阵列317隔离。在图9中布置在栅极沟槽307之间的 每个阵列317中，N⁺源极区域306的纵向尺寸被形成为比P⁺体区域304 的纵向尺寸更宽。采用这种结构，沟道被形成在定位于N⁺源极区域306 下方的P阱305与栅极沟槽307接触的平面中，并且作为性能指数中 的一个的Ron被确定。而且，通过形成栅极沟槽307可以使栅极沟槽 307之间的间隔变窄，从而由于导电栅极材料310和介电层312与这种 结构相同而导致表面313和表面314基本共平面。由于这个原因，可 以在相同的芯片区域中形成高密度沟道区域，并且改善Ron。

此外，在美国专利No.5,998,837(Williams)中，公开了一种具有 传统条形沟槽栅极结构的垂直MOSFET。图12—15示出了Williams 公开的传统垂直MOSFET的结构。图12和13是示出Williams公开的 垂直MOSFET310和311的平面结构的示意性平面图。图14是沿图12 中所示的线12A—12A’提取的剖视图，或者沿图13中所示的线 13A-13A’提取的剖视图。图15是沿图12中所示的线12B—12B’提取 的剖视图，或者沿图13中所示的线13B-13B’提取的剖视图。如图12 和13所示，Williams所公开的垂直MOSFET310和311具有MOSFET 单元81—84和二极管单元85。MOSFET单元81—84中每个具有单个 N⁺源极区域88和单个P⁺接触区域87。二极管单元85具有平行于栅极 沟槽91形成的深P⁺扩散dP+。