[发明专利]具有下表面沟道电荷补偿区域的半导体器件及方法

权利要求书

1.一种半导体器件，包括：

半导体材料区，其具有第一主表面；

主体区，其形成在所述半导体材料区中；

源极区，其形成在所述主体区中；

沟槽栅极结构，其包括栅极导电层，所述栅极导电层由栅极电介质层与所述沟槽栅极结构的侧壁分开，其中，所述主体区和源极区邻近所述沟槽栅极结构，并且其中，所述沟槽栅极结构设置成当所述半导体器件工作时，控制所述主体区中的沟道；

下表面沟槽补偿区，其形成在所述半导体材料区中并且凹进所述第一主表面之下，其中所述下表面沟槽补偿区邻接所述沟槽栅极结构的底表面，并且其中，所述下表面沟槽补偿区包括多个相反导电类型半导体层，并且其中，所述下表面沟槽补偿区连接所述半导体材料区而没有居间电介质层；以及

沟道连接区，其形成在所述半导体材料区中插入在所述主体区和所述下表面沟槽补偿区之间，并设置成将所述沟道电连接至所述多个相反导电类型半导体层中的至少一个，其中，所述沟道连接区和所述源极区包括第一导电类型，并且其中，所述沟道连接区连接所述主体区和所述多个相反导电类型半导体层。

2.如权利要求1所述的器件，其中，所述下表面沟槽补偿区填充有多个单晶外延层，包括：

第一导电类型的第一层，其覆盖于所述沟槽的侧壁和底表面之上形成；以及

第二和导电类型的第二层，其覆盖于所述第一层之上形成。

3.如权利要求2所述的器件，还包括覆盖于所述第二层之上的电介质区。

4.如权利要求3所述的器件，其中，所述电介质区包括覆盖于所述第二层之上的热氧化物层、覆盖于所述热氧化物层之上的多晶硅层、以及覆盖于所述多晶硅层之上的沉积的氧化物。

5.一种形成半导体器件的方法，其包括以下步骤：

设置具有第一主表面的半导体材料区；

在自所述第一主表面延伸的所述半导体材料区中形成沟槽；

在所述沟槽中形成多个半导体层，所述半导体层包括至少两个相反导电类型半导体层以及至少一个缓冲层，所述缓冲层将所述至少两个相反导电类型半导体层分开以形成填充沟槽补偿区，其中，所述缓冲层在组成上具有低于所述至少两个相反导电类型半导体层的掺杂浓度；

去除所述多个半导体层的部分，使得所述多个半导体层残留的部分凹进所述第一主表面之下，以在所述沟槽的底部分上形成下表面填充沟槽补偿区；

覆盖于所述下表面填充沟槽补偿区之上，在所述沟槽的上部中形成控制电极；

在所述半导体材料区中形成主体区，其中，所述控制电极设置成在所述器件工作时，在主体区中建立沟道；以及

在所述主体区中形成源极区。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述形成多个半导体层的步骤包括以下步骤：

形成覆盖于所述沟槽的侧壁和底表面之上的第一导电类型的第一层；

形成覆盖于所述第一层之上的第一缓冲层；

形成覆盖于所述第一缓冲层之上的第二导电类型的第二层；

形成覆盖于所述第二层之上的第二缓冲层，其中，所述第一和第二缓冲层在组成上具有低于所述第一和第二层的掺杂浓度；以及

用电介质材料填充所述沟槽的残余部分。

7.如权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：

在形成所述第一缓冲层之前，在所述第一层上形成覆盖层；

将掺杂剂从所述第一层中扩散进所述半导体材料区中，以形成所述第一导电类型的第二掺杂区；以及

去除所述覆盖层。

8.如权利要求5所述的方法，其中，所述形成所述控制电极的步骤包括以下步骤：

覆盖于所述沟槽的侧壁以及所述下表面填充沟槽补偿区的上表面之上形成栅极电介质层；以及

覆盖于所述栅极电介质层之上形成导电层。

9.一种半导体器件，包括：

半导体材料区，其具有第一主表面；

填充沟槽结构，其形成在所述半导体材料区中，包括：

电荷补偿部分，其凹进所述第一主表面之下，其中，所述电荷补偿部分包括第一导电类型的第一层以及覆盖于所述第一层之上的第二导电类型的第二层，并且其中，所述电荷补偿部分连接所述半导体材料区而不存在居间电介质材料；以及

控制部分，其覆盖于所述电荷补偿部分之上形成；

所述第一导电类型的主体区，其形成在邻接所述填充沟槽结构的所述半导体材料区中，其中，所述控制部分设置成在所述器件工作时，在所述主体区中产生沟道；

源极区，其形成在所述主体区中；以及

所述第二导电类型的第一掺杂区，其形成在所述半导体材料区中，并且设置成在所述器件工作时，将所述沟道电连接至所述电荷补偿部分，其中，所述第一掺杂区邻接所述第一层和所述第二层。