[发明专利]一种沟槽金属氧化物半导体场效应管

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体功率器件的器件构造。特别涉及一种沟槽金属氧化物半导体场效应管(trench MOSFET)的器件构造。

背景技术

图1A所示为美国专利号：7,005,347中所揭示的沟槽金属氧化物半导体场效应管的俯视图，该俯视图包括：多个位于有源区的第一沟槽101；位于所述有源区边缘的第二沟槽102；多个用作栅指(gate finger)结构的第三沟槽103；以及多个用于栅极连接(gate contact)的第四沟槽104。在上述结构中，第一沟槽101、第二沟槽102和第三沟槽103具有相同的宽度，且都小于第四沟槽104的宽度。

图1B所示为另一个现有技术所揭示的沟槽金属氧化物半导体场效应管的俯视图，该俯视图进一步包括一个包含金属场板(metal field plate)的终端区。与图1A相同，图1B中位于有源区的第一沟槽201、位于有源区边缘的第二沟槽202以及用作栅指结构的第三沟槽203具有相同的宽度，且都小于用于栅极连接的第四沟槽204的宽度。从图1C所示的图1B中沿A₁-B₁-C₁-D₁-E₁的剖视图可以更清楚看出这些沟槽之间的宽度关系(第三沟槽203未示出)。

然而，经过光刻曝光(photolithographic exposure)之后，图1A和图1B中所示的沟槽金属氧化物半导体场效应管会出现导致低成品率的危险情况，即当图1B中的第三沟槽203(或图1A中的第三沟槽103)与第一沟槽201(或图1A中的第一沟槽101)的宽度相同时，图1B中的第三沟槽203(或图1A中的第三沟槽103)可能不会完全被打开或根本没有被打开，如图1D所示。这是由一种光学衍射效应引发的邻接特征使得沟槽宽度的变化与沟槽密度有关，这种现象即沟槽密度越低，沟槽的宽度越小。因此，在图1B中，由于第三沟槽203(或图1A中的第三沟槽103)靠近有源区的边缘，其沟槽密度小于有源区中第一沟槽201(或图1A中的第一沟槽101)的沟槽密度，因此，在经过光刻曝光之后，第三沟槽203(或图1A中的第三沟槽103)的宽度会因为太小而无法被打开。

图2A所示为另一个现有技术所揭示的沟槽金属氧化物半导体场效应管的俯视图，该俯视图进一步包括一个包含多个悬浮的沟槽环(trenchedfloating rings)的终端区，该沟槽环由多个第五沟槽305构成。根据现有技术所揭示，第五沟槽305的与第一沟槽301、第二沟槽302和第三沟槽303的宽度相同，且小于第四沟槽304的宽度。从图2B所示的图2A中沿A₂-B₂-C₂-D₂-E₂的剖视图可以更清楚看出这些沟槽之间的宽度关系(第三沟槽303未示出)。

如图2C所示，经过光刻曝光之后，由于上述的光学衍射效应，图2A中位于终端区的第五沟槽305以及用作栅指结构的第三沟槽303可能全部被损坏或无法被打开，这意味着由于位于沟槽密度较低的终端区，第五沟槽305依然具有宽度过小的技术困难。

因此，在半导体功率器件领域中，尤其是在沟槽金属氧化物半导体场效应管的设计和制造领域中，需要提出一种新颖的器件沟槽以解决上述的困难和设计局限。

发明内容

本发明克服了现有技术中存在的缺点，提供了一种改进的半导体功率器件，从而有效地改善了器件中沟槽难以被打开的问题，有效地提高了器件的成品率。

根据本发明的实施例，提供了一种沟槽金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，包括：

(a)多个第一沟槽，位于有源区；

(b)一个第二沟槽，位于所述有源区的边缘，所述第二沟槽的宽度大于或等于所述第一沟槽的宽度；

(c)多个用作栅指结构的第三沟槽，与所述第二沟槽相连，所述第三沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度；和

(d)多个用于栅极连接的第四沟槽，与所述第三沟槽相连，所述第四沟槽的宽度大于所述第一沟槽的宽度。

在一些优选的实施例中，所述第四沟槽的宽度大于或等于所述第三沟槽的宽度。

在一些优选的实施例中，所述第一沟槽、所述第二沟槽、所述第三沟槽和所述第四沟槽的内表面都衬有栅极氧化物层，并且在该栅极氧化物层上都填充以掺杂的多晶硅层。