[发明专利]在多晶硅栅电极中具有金属填充的凹槽的半导体器件

说明书

技术领域

本申请涉及半导体器件，特别是具有具有低栅极电阻的多晶硅栅电极的半导体器件。

背景技术

具有沟槽场板的功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)已用作快速开关功率器件。沟槽场板提供电荷补偿，允许低得多的Rds(on)×A和较低的栅极相关FOM(品质因数)。这些器件的性能受到器件的不均匀开关效应的限制。

这些效应包括由分布栅极电阻引起的不均匀开关。例如，毗邻栅极焊盘的芯片的部分遵循栅极电压的快速变化，其远快于离栅极焊盘较远的芯片的部分。而且，与标准MOSFET不同，提供电荷以补偿漂移区掺杂的沟槽场板的充电／放电是不均匀的。在快速瞬变的情形下，由于用于其连接的分布电阻，场板充电太慢，且在瞬变期间，器件可能容易进入局部雪崩，导致增加的开关损耗。

因此通常降低分布栅极电阻且改进整个芯片上栅极信号的分布的均匀性是有利的。传统的技术方案包括加宽将栅极与栅极焊盘连接的金属层以降低电阻。然而，该措施受到单元间距的限制。而且，加宽栅极指状物需要另外的有源区。这些缺陷也适用于接触沟槽场板的等效措施。另一种传统方法是引入另外的栅极指状物，其减少有源区并由此增加给定芯片尺寸的Rds(on)。另一种传统方法包括使用金属取代通常用作栅极材料的多晶硅，在具有这种结构的MOSFET的情形下，其也可用于沟槽场板。然而，使用金属用于器件栅电极和场板强烈影响了完成芯片制造所需的后续工艺步骤，因为具有金属栅极的芯片的最大允许温度被降低，其又限制了在金属栅极形成之后可执行的处理类型。

发明内容

本文描述的实施例提供功率MOSFET的形成在多晶硅栅电极中的凹槽和可选的多晶硅场板。凹槽被填充有金属以在沿着所有的条(指状物)的栅电极和场板的上部中提供高度导电层，降低了功率MOSFET上的栅极和场板布线的总分布电阻并改进了MOSFET开关的均匀性。

根据半导体器件的一个实施例，该器件包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的体区、毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区、以及延伸至毗邻源极区和体区的衬底中的沟槽。沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。该器件进一步包括衬底上的介电层、位于介电层上并覆盖衬底的一部分的栅极金属化层、以及位于介电层上并电连接至源极区的源极金属化层。源极金属化层与栅极金属化层间隔开，且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分。多晶硅栅电极中金属填充的凹槽电连接至栅极金属化层，且其沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。

根据半导体器件的另一个实施例，多个相互间隔开的沟槽平行延伸至毗邻源极区和体区的衬底中，每一个沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。每一个多晶硅栅电极中的金属填充的凹槽电连接至栅极金属化层，并沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。

根据半导体器件的又一个实施例，该器件包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的第一半导体区、毗邻第一半导体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的第二半导体区、以及延伸至毗邻第一和第二半导体区的衬底中的沟槽。沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。该器件进一步包括衬底上的介电层、位于介电层上并覆盖衬底的一部分的第一金属化层、以及位于介电层上并电连接至第二区的第二金属化层。第二金属化层与第一金属化层间隔开，且与第一金属化层相比，第二金属化层覆盖衬底的不同部分。多晶硅电极中的金属填充的凹槽电连接至第一金属化层，并沿着第二金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。

根据制造半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括：形成延伸至半导体衬底中的沟槽和在沟槽中的与衬底绝缘的多晶硅栅电极；形成毗邻沟槽的衬底中的第一导电类型的体区以及毗邻体区和沟槽的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区；在衬底上形成介电层；在介电层上形成覆盖衬底的一部分的栅极金属化层和在介电层上形成电连接至源极区的源极金属化层，源极金属化层与栅极金属化层间隔开，且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分；以及在多晶硅栅电极中形成电连接至栅极金属化层的金属填充的凹槽，金属填充的凹槽沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。

根据半导体器件的另一个实施例，该半导体器件包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的体区、毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区、与源极区间隔开的第二导电类型的漏极区以及衬底上的平面栅极结构。平面栅极结构包括与衬底绝缘的多晶硅栅电极和在多晶硅栅电极中的金属填充的凹槽。金属填充的凹槽沿着多晶硅栅电极的长度延伸。