[发明专利]通过功率MOSFET的分裂栅极中的贯穿多晶硅接头实现分裂多晶硅连接

说明书

一种通过功率MOSFET的分裂栅极中的贯穿多晶硅接头实现分裂多晶硅连接。本发明提出了一种在分裂栅极沟槽晶体管器件中的接触结构，用于连接沟槽内的顶部电极和底部电极。包括一个半导体衬底以及形成在半导体衬底中的一个或多个沟槽。沿沟槽内部侧壁，沟槽内衬绝缘材料。在每个沟槽底部都有一个底部电极，在每个沟槽顶部都有一个顶部电极。底部电极和顶部电极通过绝缘材料分隔开。用导电材料填充的接触结构形成在器件有源区以外的区域中的每个沟槽中，以便连接顶部电极和底部电极。

技术领域

本发明主要关于半导体功率器件，更确切地说，主要是关于带有分裂栅极的沟槽型功率MOSFET及其制备方法，通过基于功率MOSFET的分裂栅极中的贯穿多晶硅接头TPC实现分裂多晶硅连接。

背景技术

功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)因其具有低栅极驱动功率、高切换速度以及出色的并联性能，通常被用于功率切换器件。大多数的功率MOSFET的特点是配置为垂直结构，将源极区和漏极区分别对应设置在栅极沟槽的对边上，以及栅极沟槽用多晶硅等导电材料来填充，以作为栅极电极。在这种器件结构中，功率MOSFET器件的电流通道沿沟槽的垂直侧壁形成。以及沟槽式的MOSFET器件的一种常规结构所包括的栅极沟槽中，在沟槽底部内衬较厚的氧化物，在沟槽顶部内衬较薄的氧化物。因此，氧化物呈阶梯式结构，其厚度呈阶梯式分布。阶梯式栅极结构中的沟槽底部氧化物相对较厚，可以使器件的击穿电压增大。

近些年来，人们还研发出了分裂式的栅极沟槽结构，用于在特殊应用场合中代替传统的沟槽式MOSFET。带有分裂栅极的沟槽式功率MOSFET主要包括设置在栅极沟槽中的上下设置的两个电极。其中第一电极作为栅极电极，主要控制着MOSFET的电流通道的形成，与此同时另一个第二电极则主要作为屏蔽电极，位于第一电极下的正下方，例如可以降低漏极电极和栅极电极之间的寄生电容Cgd。通常来说，一般在自对准工艺中制备栅极电极和屏蔽电极，可以利用一个单独掩膜，制成一组沟槽，用于容纳制备的栅极电极和屏蔽电极。由于屏蔽电极处于源极电势，通常延伸到衬底的表面，进而耦合到位于功率MOSFET边缘处的终端区的拾取结构，从而增大了源极电极电阻。另外，如果要形成这种方式的连接，还需要额外的掩膜，这会导致增加了制造成本。正是在这一前提下，提出了本发明的各个实施例。

发明内容

在本发明提供的一种晶体管器件中，主要包括：一个半导体衬底；一个或多个形成在半导体衬底中的沟槽，每个沟槽都沿沟槽内部侧壁及底面内衬有绝缘材料，在每个沟槽底部都设置有底部导电材料，在每个沟槽顶部则都设置有顶部导电材料，其中底部导电材料和顶部导电材料被中间电极绝缘层分隔开；以及多个接触结构分别形成在器件的有源区以外的区域中的一个或多个沟槽中，每个接触结构都用导电材料填充，其中每个接触结构都穿过一部分顶部导电材料以及顶部导电材料以下的中间电极绝缘层，到达底部电极。

上述的晶体管器件，还包括配置的一个或多个使顶部导电材料断开的绝缘结构，例如一个顶部导电材料中的绝缘结构将该顶部导电材料从绝缘结构处实施物理/电性截断开从而使该顶部导电材料被分割成互不电性连接的若干部分，实现使一部分顶部导电材料与底部导电材料分隔绝缘，例如一个顶部导电材料中被绝缘结构截断但与接触结构短接互连的那一部分仍然可以通过接触结构与底部导电材料互连，但顶部导电材料中被绝缘结构截断但与接触结构不再互连的剩余另一部分则与底部导电材料电性绝缘。

上述的晶体管器件，一个或多个绝缘结构形成在接触结构附近，并用绝缘材料填充。

上述的晶体管器件，每个接触结构都可以用导电材料填充，在一些实施例中譬如用金属钨、多晶硅和/或其他除了钨、多晶硅以外的导电材料填充。

上述的晶体管器件，沿着每个沟槽顶部侧壁内衬的绝缘材料，其厚度都小于沿着沟槽底部侧壁内衬的绝缘材料的厚度。