[发明专利]沟槽式金属氧化物半导体场效应管

说明书

本发明公开了一种半导体器件的版图结构，包括多个芯片结构，其中，每个芯片包括一个沟槽式金属氧化物半导体场效应管，包括位于有源区的屏蔽沟槽栅，位于终端区的多个悬浮的沟槽栅和至少一个沟道阻止沟槽栅。其中，所述屏蔽沟槽栅具有双电极结构，包括位于沟槽下方的屏蔽电极和位于沟槽上方的栅电极，其中所述栅电极和所述屏蔽电极之间由一层极间绝缘层绝缘。

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件的单元结构和版图结构。更具体地，本发明涉及在终端区具有悬浮沟槽栅和沟道阻止沟槽栅的沟槽式金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的新型改良的单元结构和版图结构。

背景技术

近年，有源区具有屏蔽栅结构的沟槽式金属氧化物半导体场效应管(MOSFET，下同)越来越受欢迎，原因在于其具有较低的栅漏电容(Cgd)以及相应较低的栅漏电荷(Qgd)和特征导通电阻(Rsp)。然而，在现有技术的沟槽式MOSFET中，如果对围绕有源区的终端区设计不当却容易导致该沟槽式MOSFET的击穿电压性能下降。例如，在美国专利号为8,643,092的专利中，公开了一种N型沟槽式MOSFET，其有源区包括屏蔽栅结构，其终端区包括多个悬浮沟槽栅(具有悬浮的电压)。图1B公开了图1A中沿A-B-C-D-E-F-G的剖面结构，可以看出，在栅极接触区(E-F)和切割道之间，其终端区仅包括了多个悬浮沟槽栅(FTG1，FTG2和FTG3，如图1B所示)。在这种情况下，当栅极氧化层(GOX，如图1B所示)中聚集了足够多的负电荷时，在悬浮沟槽栅和N型外延层(N EPI,如图1B所示)之间的界面处，就会感应出足够多的正电荷，从而在这些悬浮沟槽栅下方形成多个P型沟道区(Pi，如图1B所示)，这会导致在芯片切割后，在切割道的导电路径上形成漏极和源极之间的一条泄漏通道。因此，当这种情况发生时，电流会从终端区的边缘直接流向位于有源区的n+源极，而不会被位于终端区的多个悬浮沟槽栅所阻止。

因此，在半导体功率器件领域中，特别是对于具有屏蔽栅结构的沟槽式MOSFET的设计和制造，仍需要提供一种新型的单元结构和器件构造，可以解决上述现有技术中具有严重泄漏电流的困难和设计限制。特别地，需要能在沟槽式MOSFET的终端区维持高击穿电压。

发明内容

本发明提供了一种具有屏蔽栅结构的沟槽式MOSFET，其包括位于有源区的屏蔽栅结构和位于终端区的悬浮沟槽栅结构，特别地，本发明在终端区引入了沟道阻止栅结构(channel stop gates)，用以阻止电流以防在漏极和源极之间形成泄漏通道，以维持终端区的高击穿电压。与此同时，由于在芯片制造过程中，芯片的主体设计和切割道的设计往往是由不同方完成的，因此仅包括单个芯片的版图结构会导致一项发明的性能不能稳定实现，为了解决这个问题，本发明提供了一种至少包括两个芯片的多芯片版图结构。

根据本发明的实施例，提供了一种半导体功率器件的版图结构，由多芯片结构组成，每个芯片结构包括一个沟槽式金属氧化物半导体场效应管，其包括：

(a)多个屏蔽沟槽栅，位于有源区，每个所述屏蔽沟槽栅具有双电极结构，其包括位于沟槽上部分的栅电极和位于沟槽下部分的屏蔽电极，其中所述栅电极和所述屏蔽电极之间由一层极间绝缘层绝缘，且每两个相邻的的所述栅电极之间延伸有第一体区和源区；

(b)多个悬浮沟槽栅，具有悬浮的电压，平行地形成于位于有源区外围的终端区，每两个相邻的所述悬浮沟槽栅之间延伸有第二体区，其中所述悬浮沟槽栅的沟槽深度大于或等于所述第二体区的结深；

(c)至少一个沟道阻止沟槽栅，位于终端区且围绕所述多个悬浮沟槽栅的外围，每个所述的沟道阻止沟槽栅都连接至至少一个切割沟槽栅，其中每个所述的切割沟槽栅都延伸穿过一条切割道。

在一些优选的实施例中，经过芯片切割之后，所述的沟道阻止沟槽栅和所述的切割沟槽栅都短接至所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应管的漏区。