[发明专利]半导体装置结构及其相关工艺

说明书

与相关申请的互相参引

本申请要求2008年2月14日提交的序号为61/065,759的美国临时申请的优先权，在此通过参引并入其全部内容。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管及方法，尤其涉及具有凹陷场板(RFP，Recessed Field Plate)以及相关技术的高可靠功率绝缘栅极场效应晶体管(MOSFET)。

背景技术

功率MOSFET广泛用来作为许多电子应用当中的切换装置。为了让传导功率损耗降至最少，所以MOSFET要具有低特定接通电阻，其定义为接通电阻面积乘积(R_on*A)，其中R_on为MOSFET位于接通状态时的MOSFET电阻，A为MOSFET的面积。沟槽MOSFET提供低特定接通电阻，尤其是在10-100电压的范围内。随着单位密度增加，任何相关电容量像栅极至源极电容量Cgs、栅极至漏极电容量Cgd及/或漏极至源极电容量Cds这些也增加。在许多切换应用比如移动产品内的同步降压型DC-DC转换器当中，具备30V击穿电压的MOSFET通常以接近1MHz的较高速度来运作。因此，我们想要将这些电容量引起的切换或动态功率损失降至最低。这些电容量的幅度直接与栅极电荷Qg、栅极-漏极电荷Qgd以及输出电荷Qoss成比例。更进一步，针对在第三象限内运作的装置(即是漏极-本体结变成正向偏压时)，少数电荷于正向传导时储存在装置内。此储存的电荷导致从传导至非传导的切换延迟。为了克服此延迟，所以想要具有快速反向恢复的本体二极管。不过，快速复原本体二极管通常引起高电磁干扰(EMI，Electromagnetic Interference)，这表示在二极管复原期间，负前进波形(t_a)与正前进波形(t_b)之间的比例必须在软恢复时小于一，避免EMI问题。

随着对于新应用切换速度的需求提高至1MHz并且更高，最先进技术的功率MOSFET逐渐无法在这种高速下进行满意的效率运作。所以想要有一种除了有低特定接通电阻(Ron*A)还有低电荷Qg、Qgd、Qoss和Qrr的功率MOS晶体管。

目前有两种常用技术来改善功率MOSFET的切换性能，第一种就是具有厚底部氧化物的沟栅式MOSFET，如图1中所示(美国专利第6,849,898号)，第二种就是分裂多晶栅式MOSFET结构，其中第一多晶栅极与源电极进行电气短路(美国专利第5,998,833、6,683,346号)，如图2中所示。

如图3中所示，最近Darwish提出的美国专利申请第2008/0073707号揭示一种功率MOSFET，具有凹陷场板(RFP)结构，实现非常短的沟道区域(～0.25um)，用以进一步减少栅极-源极电容量以及栅极-漏极电容量，因此减少总栅极电荷(Qg)和“米勒(Miller)”电荷(Qgd)。由于提供额外电流路径和由RFP感应的漂移区域的增强耗尽，使得RFP结构可附加地改善本体二极管反向恢复速度。

发明内容

本申请揭示对于具有凹陷场板(RFP)以及类似结构的功率绝缘栅极场效晶体管的改良。发明人已经认识到，通过进行补偿植入到RFP沟槽可以改善RFP型功率MOSFET的性能。此补偿植入有助于在切断状态下形成耗尽区的边界，并因而有助于避免穿通。因为这样，局部增强还可增加至漂移或扩展区域内沟道与漏极之间的掺杂当中。这就提供一种增效的结合(Synergistic Combination)，其中接通电阻可在不恶化击穿电压的情况下得到改善。

在各种实施例中，所揭示的创新方案提供一或多个至少下列优点。不过，并非所有这些优点都由所揭示的每一个创新方案带来，列出的这些优点不限定要求保护的各种发明。

●改善的(降低的)接通电阻；

●改善的(增加的)击穿电压；

●降低RFP沟槽底部上任一介电层之上的电应力；

●较高的可靠度以及较长的操作寿命；以及/或

●提高增加漂移区域内的局部掺杂浓度的能力。

附图说明

图1为现有技术具有厚底部氧化物结构的有沟槽栅极的MOSFET截面图。

图2为具有分裂多晶栅结构的现有技术MOSFET截面图。

图3为具有与栅极沟槽平行的RFP的现有技术MOSFET截面图。

图4(a)为包含具有浮动深补偿区的MOSFET结构的RFP截面图。

图4(b)为包含具有延伸至并连接至源电极的深补偿区的MOSFET结构的RFP截面图。

图4(c)为包含具有延伸至P本体区域的深补偿区的MOSFET结构的RFP截面图。