[发明专利]具有改善的击穿电压的沟槽装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及沟槽装置中的改善的击穿电压，且特定来说涉及具有改善的击穿电压的沟槽装置及用于制造所述沟槽装置的方法。

背景技术

除非本文另有指示，本章节中所描述的方法对于本申请案中的权利要求书来说并非现有技术，且即使包括在本章节中也不表示就是现有技术。

一些半导体功率装置使用沟槽式来产生增加效率的金属氧化物半导体(MOS)装置。举例来说，整流器可由二极管阵列构成。每一二极管具有PN结，所述PN结可耗散因所述PN结的接通电压而产生的功率。可通过在沟槽内垂直制作以在半导体内形成垂直MOS装置的沟槽式MOS栅极来减小约0.6V的此接通电压。所述MOS装置可在十分之几伏下接通，且从而减小跨越所述PN结的电压降。此又减小与所述电压降相关联的功率耗散。所述整流器在跨越其端子施加反向电压时关断。

当以反向电压偏置所述整流器时，无显著电流流过。在一些应用中，所述整流器可经历70V以上的瞬时反向电压，且所述整流器承受此类瞬时电压而不会击穿的能力是可靠性的量度。使用沟槽式栅极的整流器的击穿电压可由所述沟槽式MOS栅极结构界定。

通过电介质使所述沟槽式MOS栅极与所述二极管的阴极区绝缘。在所述反偏压条件期间，电压V跨越此电介质形成。在此情况下，所述沟槽式栅极电介质可具有比所述二极管本身的PN结的击穿低的电压击穿。此过早击穿可限制可与所述整流器一起使用的操作电压或可导致可靠性问题。

因此，需要沟槽装置中的改善的击穿电压。本发明通过提供具有改善的击穿电压的沟槽装置及用于制造所述沟槽装置的方法解决这些及其它问题。

发明内容

本发明的实施例改善沟槽装置中的击穿电压。在一个实施例中，本发明包括半导体装置，所述半导体装置包含在半导体衬底中的沟槽内垂直安置的沟槽式栅极及在所述沟槽内且在所述沟槽式栅极下方垂直安置的沟槽式场区，其中所述沟槽式场区的下部部分呈锥形，以扩散电场。

在一个实施例中，所述沟槽式场区包括所述下部部分内的电介质层，且其中所述电介质层依从于所述沟槽的交汇于所述沟槽场区的底部处的相对凹表面。

在一个实施例中，所述下部部分形成三角形形状，且其中所述三角形形状的底部形成锐角。

在一个实施例中，所述下部部分包括所述下部部分的底部处的垂直细长区，其中所述垂直细长区延伸所述下部部分以进一步扩散所述电场，且其中所述垂直细长区具有小于所述沟槽式场区的最宽部分的宽度的一半的宽度。

在一个实施例中，所述沟槽式场区包括第一材料及电介质层，其中所述电介质层在所述半导体衬底与所述第一材料之间，其中所述电介质层在所述沟槽的侧壁上。

在一个实施例中，所述第一材料在所述第一材料的底部处形成比在所述沟槽的底部处形成的角度大的角度。

在一个实施例中，所述电介质层在所述下部部分的底部处具有比所述电介质层在所述沟槽的其它部分处的厚度大的厚度。

在另一实施例中，本发明包括一种制造半导体功率装置的方法，其包含：在半导体衬底中蚀刻沟槽，所述沟槽包括呈锥形的下部部分；在所述沟槽中生长电介质层，其中所述电介质层包括依从于所述沟槽的所述下部部分中的锥形部的锥形部；及在所述下部部分上方在所述沟槽的侧壁上形成垂直MOSFET。

在一个实施例中，形成所述垂直MOSFET包含移除所述沟槽的所述下部部分上方的电介质层及在所述沟槽的侧壁上生长栅极氧化物。

在一个实施例中，形成所述垂直MOSFET包含在所述沟槽的在所述下部部分上方的一部分中沉积多晶硅。

在一个实施例中，形成所述垂直MOSFET包含在所述沟槽的顶部处在所述衬底中植入掺杂剂。

在一个实施例中，所述方法进一步包含在所述沟槽的所述下部部分中沉积第一材料，其中所述电介质层在所述第一材料与所述沟槽的侧壁之间，且其中所述电介质层具有朝向所述沟槽的底部增加的第一厚度。

在一个实施例中，所述方法进一步包含：于在所述下部部分上方且在所述第一材料的顶部下方的区域中移除所述电介质层的第一部分；移除所述第一材料的一部分，以便将所述第一材料的所述顶部的深度降低到第一层面；移除所述电介质层的第二部分，以便将所述电介质层的顶部的深度降低到第二层面；及添加覆盖所述第一材料的所述顶部及所述电介质层的所述顶部的第二电介质层。

在一个实施例中，所述电介质层相依于所述沟槽的交汇于所述沟槽的底部处的相对凹表面。

在一个实施例中，所述下部部分形成三角形形状，且其中所述三角形形状的底部形成锐角。