[发明专利]用于降低极高密度金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极阻抗的采用不同栅极材料和功函数的分裂栅

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体功率装置，特别涉及一种改良的新颖的制造方法和装置结构，该装置结构提供可降低栅极阻抗电阻的分裂式沟槽栅极，所述的沟槽栅极顶部和底部具有不同的功函数，从而实现更灵活的操作和功函数调节。

背景技术

制造方法中的栅极氧化物形成过程及其后的热循环过程存在掺杂剂分离，这一缺陷导致了传统的制造具有金属栅极的半导体功率装置的方法存在局限性。传统的功率半导体装置经常通过以下程序来制造：首先形成主体区域，然后形成金属栅极。这些制造方法带来了掺杂剂分离问题，而掺杂剂分离问题又进一步导致了装置具有低可控性的极限电压Vt，因此给装置操作带来不利影响。

既然通过金属栅极来执行的半导体功率装置具有较低的栅极阻抗，一些专利申请公开了通过不同金属栅极来执行的半导体功率装置。在美国专利申请No.20040137703中，公开了一种通过金属栅极层迭控制来进行的金属氧化物半导体场效应晶体管的极限电压调整。金属栅极由厚度不同的各种金属层构成，并用于控制和调节功函数。然而，公开的方法和装置不能提供一个针对掺杂剂分离问题的解决方案。

在专利申请No.20040110097中，公开了具有一个金属栅极的双栅极半导体装置。该装置的制造方法包括在翅片结构的沟道区域之上形成一个栅极结构。该方法也包括下述步骤：在栅极周围形成牺牲性氧化物层，在该牺牲性氧化物层内除去栅极结构以定义栅极凹槽。随着金属栅极在栅极凹槽中形成，该牺牲性氧化物层被移除。专利申请20084486公开了一个具有金属栅极的双扩散金属氧化物半导体场效应管(DMOS)。设计了一个牺牲栅极层以提供一个自校准源极膜。源极区域因此与栅极相对准，并且源极扩散为较好的接通特性和低渗漏提供了一个微小的交迭。所述的牺牲栅极层能经受住DMOS处理过程的扩散温度，并选择性的蚀刻。在所述的高温处理完成后，牺牲栅极层被剥离，并在基底上形成一个栅极金属，用剥离的牺牲栅极材料填充左侧体积。在另一专利申请20020058374中，公开了一个在半导体装置中形成双金属栅极的方法。该方法包括在P沟道金属氧化物半导体场效应管(PMOS)和N沟道金属氧化物半导体场效应管(NMOS)区域形成虚拟栅极、形成绝缘夹层、以及其后移除绝缘夹层的处理步骤、形成凹槽和双金属栅极步骤、移除虚拟栅极步骤。然而，上述方法都没有提供一个实用的、有效的方法来解决以上所讨论的问题。

因此，在功率半导体装置设计及制造领域，仍然需要在形成功率装置过程中的新制造方法及新装置结构，以使得以上讨论的问题和局限能得到解决。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种新式的改良的采用分裂式沟槽栅极的半导体功率装置，所述沟槽栅极的底部和顶部区域具有不同的功函数以减少极高密度的沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的栅极阻抗，该装置可以解决以上讨论的技术困难和局限。特别地，本发明的一个方面提供了改良的装置结构和制造方法，可以在降低栅极阻抗的同时降低栅极至漏极电容，并在分裂式沟槽栅极中提供可更灵活调节的沟槽栅极顶部和底部的功函数。通过一个经高温增浓程序处理的绝缘层，分裂式沟槽栅极底部的多晶硅区域与一个金属栅极的顶部区域绝缘。可以降低形成金属栅极后的热循环，以更好的防止掺杂分凝并更精确的控制阈电压。

本发明的一方面是提供一种改良的装置结构和一种制造金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)功率装置的制造方法，该金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)功率装置具有分裂式沟槽栅极结构，并同时中提供可更灵活调节的分裂式沟槽栅极的沟槽栅极顶部和底部的功函数。分裂式沟槽栅极底部的多晶硅区域的功函数不同于漏极功函数，以优化屏蔽效应。金属栅极的顶部提供了一个较低的栅极阻抗，并且该金属栅极和沟槽之间具有一个多孔衬套。所述的沟槽具有与沟槽区域相似的功函数，以更精确的调节栅极阈电压。

本发明的一方面是提供改良的装置结构和一种制造金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的制造方法，该金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)具有分裂式沟槽栅极结构，该分裂式沟槽栅极具有至少两个分离的绝缘的栅极区域，并且每个栅极区域都具有不同的功函数，可更灵活的调节门各栅极区域的功函数，以在高速下优化装置操作。