[发明专利]具有凹陷场板的功率金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

交叉引用

本申请要求2006年9月27日提交的临时申请No.60/847551的优先权， 将其全部内容引用结合于此。

发明背景

功率MOSFET广泛地用作很多电子应用中的开关器件。为了最小化导 电功率损耗，希望功率MOSFET具有低的导通电阻率，导通电阻率定义为 MOSFET的导通电阻(Ron)乘以MOSFET的有源管芯面积(active die area) (A)的乘积(Ron*A)。如图1中的MOSFET 10的截面示意图所示的沟槽 型MOSFET提供低的导通电阻率，这是由于其高的封装密度或每单位面积 的单元数。随着单元密度增大，相关的电容诸如栅极-源极电容(Cgs)、栅 极-漏极电容(Cgd)和漏极-源极电容(Cds)也增大。在诸如用在移动产 品中的同步降压直流-直流变换器的很多开关应用中，要求击穿电压在12 到30V范围内的MOSFET以接近1MHz的开关频率运行。因此，希望最小 化由这些电容引起的开关或动态功率损耗。这些电容的大小与栅极电荷 (Qg)、栅极-漏极电荷(Qgd)和输出电荷(Qoss)成正比。此外，当这 些器件在第三象限(quadrant)中运行时，即漏极-体结正向偏置时，由于 少数载流子的注入而存储电荷，并且该存储的电荷引起器件开关速度的延 迟。因此，MOSFET开关具有低的反向恢复电荷(Qrr)是重要的。

Sapp的美国专利No.6710403提出了一种双沟槽功率MOSFET，如图2 所示，这种双沟槽功率MOSFET在有源沟槽24的两侧具有两个较深的填充 多晶硅的沟槽22，以降低Ron、Cgs和Cgd的水平。然而，MOSFET 20不 降低反向恢复电荷Qrr并且要求制造具有两种不同深度的沟槽。此外，在 MOSFET 20中，深和浅的沟槽不是自排列的(self-aligned)，这引起台面 (mesa)宽度的变化并因此引起击穿电压的变化。

由于受诸如CPU电压调整模块(VRM)的新应用的促使要求开关速度 增大到1MHz及以上，因此功率MOSFET越来越不能以令人满意的效率性 能和功率损耗运行。因此，存在对具有低栅极电荷Qg和Qgd、低输出电荷 Qoss和低反向恢复电荷Qrr并具有低导通电阻率(Ron*A)的功率MOS晶 体管的明确需求。

发明内容

根据本发明的MOSFET形成在半导体管芯中并包括自排列的栅极沟槽 和凹陷场板(RFP)沟槽，这两种沟槽都从管芯的表面延伸并在它们之间形 成台面。栅极沟槽包括栅极电极并延伸到与RFP沟槽基本相同的深度，栅极 电极通过第一介电层与管芯隔离，第一介电层具有在栅极沟槽底部的厚的 段。RFP沟槽包含RFP电极，RFP电极通过第二介电层与管芯隔离。该 MOSFET还包括第一导电型的源极区以及与第一导电型相反的第二导电型 的体区，源极区在该MOSFET的某些区域中邻近管芯的表面和栅极沟槽的 侧壁并邻近RFP电极沟槽，体区邻近栅极沟槽的侧壁和源极区。在该 MOSFET的某些区域中，p+体接触区可以设置为侧向邻近P体。RFP电极 可以独立偏置或者可以以源极电势偏置。在一个实施例中，栅极和RFP沟槽 各自的深度基本相同。

本发明还包括制造MOSFET的方法。该方法包括：提供半导体管芯； 蚀刻管芯以形成栅极沟槽和凹陷场板(RFP)沟槽，栅极沟槽和RFP沟槽从 管芯的表面延伸并且深度基本上相等；在栅极沟槽的底部形成绝缘层；在绝 缘层之上的栅极沟槽的侧壁上形成栅极介电层；沿RFP沟槽的壁形成第二介 电层；将导电材料引入到栅极沟槽中以形成栅极电极；将导电材料引入到 RFP沟槽中以形成RFP电极；注入与第一导电型相反的第二导电类型的掺 杂剂以在台面中邻近栅极沟槽的侧壁形成体区；注入第一导电型的掺杂剂以 在台面中邻近管芯的表面形成源极区；并且在管芯的表面上沉积与源极区接 触的源极接触层。

附图说明

图1是传统的沟槽型MOSFET的截面图。

图2是已知的双沟槽MOSFET的截面图。

图3A是根据本发明的具有凹陷场板(RFP)的MOSFET的截面图，凹 陷场板(RFP)电极独立偏置。

图3B是根据本发明的具有凹陷场板(RFP)的MOSFET的截面图，RFP 电极在与源极相同的电势偏置。

图4A是图3A所示的MOSFET的俯视图。

图4B是在图4A中的截面4B-4B截取的图3A所示的MOSFET的截面 图。