[发明专利]具有漏斗形沟槽的屏蔽栅极MOSFET装置

说明书

技术领域

本描述内容涉及半导体装置和制造技术。特定来说，所述描述内容涉及金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)装置。

背景技术

MOSFET装置可根据源极、栅极和漏极端子结构的相对海拔或源极-漏极沟道相对于上面形成所述装置的半导体衬底的表面的定向而在广义上分类。在横向沟道MOSFET中，源极区和漏极区在半导体衬底的横向方向上排列。栅电极安置在硅衬底的顶部上，在源极区与漏极区之间。源极、栅极和漏极区的此横向配置可适于制造较小的装置以及装置集成。然而，所述横向配置可能不适于获得装置的高额定功率，因为装置的电压闭锁能力与源极-漏极间距成比例，且因为漏极-源极电流与长度成反比。

对于功率应用，垂直沟道或沟槽栅极MOSFETS可能是优选的。在垂直沟道MOSFET中，源极、栅极和漏极区在半导体衬底的垂直方向上排列。源极和漏极端子可放置在半导体衬底的相对侧上，且栅电极安置在半导体衬底中所蚀刻的槽或沟槽中。此垂直配置可适于功率MOSFET装置，因为更多表面空间可用作源极，而且源极与漏极间距也可减小。源极与漏极间距的减小可增加漏极-源极额定电流，且还可允许针对漏极漂移区使用外延层以增加装置的电压闭锁能力。

早先已知的市售沟槽栅极MOSFET装置使用V形沟槽。这些V形沟槽可具有若干缺点(例如，顶端处的高电场)，其在使用其它沟槽形状(例如，D形(双扩散)和U形沟槽)的之后开发的装置中已经克服。在已知的实施方案中，栅电极可容纳在沟槽中。在屏蔽栅极功率MOSFET(SGMOSFET)中，深沟槽容纳安置在栅电极下方的额外“屏蔽”电极。屏蔽栅电极可用于减小栅极-漏极电容(Cgd)(其与栅极-漏极电荷Qgd相关)，且/或改进栅极沟槽MOSFET装置的击穿电压。

MOSFET装置的开关性能的量度是由当装置接通时装置的每单位裸片面积的比导通电阻(Rsp)或电阻给定。较低Rsp值对应于MOSFET装置的较快开关。MOSFET装置的开关性能的另一量度是由其特征栅极-漏极电荷“米勒电荷”(Qgd)给定，其确定需要多少电压或功率来驱动或接通装置。

对于离散MOSFET装置特别令人关注的品质指数(FOM)组合了Rsp和Cgd量度两者：FOM＝Qgd*Rsp。可预期具有较低FOM的MOSFETS拥有比具有较高FOM的MOSFETS好的性能。

新近的横向双扩散MOSFET(LDMOS)结构(其是D-MOSFETS的横向沟道版本)已通过使漏极区与表面栅极多晶硅电极对准以使漏极区的栅极重叠最小化来实现相对低的FOM值，且借此实现相对低的Qgd值。

现在考虑MOSFET装置结构和制造工艺。特定来说，针对较低FOM值考虑MOSFET装置结构或架构。额外考虑减小具有相对低的FOM值的装置的单元间距或装置大小。

发明内容

在一个一般方面中，一种MOSFET装置包含在半导体衬底中蚀刻的具有喇叭形缘的漏斗形沟槽。所述喇叭形缘具有大致在半导体衬底的顶部表面处的较宽横截面沟槽开口处的上边缘，和终止于半导体衬底中的较窄横截面沟槽主体部分的顶部开口处的下边缘。栅电极安置在漏斗形沟槽中在形成于喇叭形缘上的栅极氧化物层上。源极、栅极和漏极区形成在半导体衬底中。栅极区与喇叭形缘邻接。漏极区与较窄横截面沟槽主体部分的侧壁邻接。漏极区的顶部与栅电极的下边缘对准。

在一个一般方面中，一种用于制造MOSFET装置的方法包含在半导体衬底中形成沟槽。在半导体衬底中形成沟槽包含形成具有喇叭形缘的沟槽，所述喇叭形缘从大致在半导体衬底表面的顶部表面处的较宽横截面沟槽开口向下延伸到终止于硅衬底中的较窄横截面沟槽主体部分。所述方法包含将栅电极安置在沟槽中位于喇叭形缘上。所述方法进一步包含在半导体衬底中形成漏极区，其中所述漏极区的顶部大致与栅电极的下边缘对准。

在另一一般方面中，一种MOSFET装置包含在半导体衬底中蚀刻的具有喇叭形缘的漏斗形沟槽。所述漏斗形沟槽具有安置在喇叭形缘下方的沟槽主体。喇叭形缘具有拥有第一斜率的侧壁，且沟槽主体具有拥有不同于第一斜率的第二斜率的侧壁。栅电极安置在沟槽中位于形成在喇叭形缘上的栅极氧化物层上。装置的源极、栅极和漏极区分别与喇叭形缘的上部部分、喇叭形缘的下部部分以及沟槽主体的侧壁邻接。此外，漏极区具有与栅电极的下边缘对准的顶部。

以下附图和描述内容中陈述一个或一个以上实施方案的细节。从描述内容和图式以及从权利要求书将了解其它特征。

附图说明