[发明专利]用于沟槽MOSFET的带有多个嵌入式电势传播电容性结构的终止结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件的结构。更确切地说，本发明是涉及沟槽MOSFET的终止结构及其制备方法。

背景技术

功率半导体器件可用于多种工业应用，例如功率放大器、功率转换器、低噪声放大器以及数字集成电路(IC)等诸如此类。功率半导体器件的一些示例包括：肖特基二极管、金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)以及双扩散金属-氧化物-半导体场效应管(DMOS)。功率半导体器件的终止结构常常需要像氧化硅这样高质量的半导体氧化层。对于中高压器件，又深又宽(例如在十微米的数量级)的高质量半导体氧化层，经常需要确保很高的击穿电压(BV)以及很低的漏电流I_lk。虽然可以通过热形成或热沉积制备厚度约1微米的半导体氧化层，但是仅形成一个0.5微米厚的热氧化物就需要两个小时以上的处理时间。普遍认为几微米厚的沉积氧化物，除了质量较低之外，其介电特性的不均匀性也是一个问题。制备又深又宽的填充氧化物的沟槽所带来的问题包括：处理时间、不均匀性以及高应力水平。

图1表示1999年12月7日授权的Baliga等人发明的美国专利号为5,998,833的题为《具有改良型高频转换和击穿特性的功率半导体器件》的专利。所述的集成功率半导体器件300’包括临近的器件单元区和边缘终止区，并且集成的功率半导体器件300’已经提高了高频转换性能，改善了边缘终止特性，降低了导通状态电阻，该器件含有MOSFET单位单元，以及上部基于沟槽的栅极电极(例如126)和下部基于沟槽的源极电极(图中没有表示出)。利用基于沟槽的源极电极代替较大的栅极电极，通过减少高频运行时所需的栅极充电电量以及放电电流，降低了MOSFET的栅极-至-漏极电容，并提高 了转换速度。要指出的是，由于器件单元区和边缘终止区之间存在大量的结构差异，因此需要一个额外的本体掩膜，阻止来自边缘终止区的本体植入(例如来自P本体区116的植入)。

图2和3分别为摘自美国申请12/637,988中的图2D和图2E，表示同时制备带有氧化物填充的大型深沟槽终止部分以及深有源器件沟槽的另一部分的半导体器件结构的过程。由于有源器件沟槽顶部区域3b和大型深沟槽顶部区域2b之间存在大量的结构差异，所以需要一个额外的带窗口的掩膜110b，阻止有源器件沟槽顶部区域3b的制备过程，影响到大型深沟槽顶部区域2b。因此，仍然需要制备一个既具有灵活的结构，而且易于制备的带有集成终止结构的高功能性的功率半导体器件。

发明内容

本发明公开了一种带有多个嵌入式电势播散电容性结构的终止结构，用于终止沿体型半导体层的顶面分布的半导体器件有源区。所述的体型半导体层具有一个近端体型半导体壁，将所述的终止结构与半导体器件有源区分开，所述的终止结构包含一个被近端体型半导体壁和远端体型半导体壁限制的氧化物填充的大型深沟槽，其中所述的氧化物填充的大型深沟槽还包括：

一个在所述的体型半导体层内的大型氧化物深沟槽，沟槽尺寸为TCS，沟槽深度为TCD；以及

多个嵌入式电容性结构，位于所述的大型氧化物深沟槽内，并且有序分布在所述的近端体型半导体壁和所述的远端体型半导体壁之间，用于在整个空间上播散器件电压。

所述的半导体器件有源区可以是一个沟槽MOSFET，该沟槽MOSFET具有位于上部的第一电极(例如源极)和下部的第二电极(例如漏极)之间的漏极-源极电压，其中所述的终止结构在水平方向上承载漏极-源极电压。

在一个较典型的实施例中，提出了一种带有多个嵌入式电势播散电容性结构的终止结构，终止沿体型半导体层的顶面分布的临近的沟槽MOSFET，体型半导体层承载着底部漏极电极上方的整个沟槽MOSFET上的漏极-源极电压。体型半导体层具有一个有源上部源极区、一个有源上部本体区、一个导电沟槽栅极区以及一个近端体型半导体壁，近端体型半导体壁将所述的终 止结构与沟槽MOSFET分开。所述的终止结构具有一个被近端体型半导体壁和远端体型半导体壁限制的氧化物填充的大型深沟槽，远端体型半导体壁具有一个与有源上部本体区一样高的远端上部本体区。所述的氧化物填充的大型深沟槽包括：

一个在体型半导体层内的大型氧化物深沟槽，沟槽尺寸为TCS，沟槽深度为TCD。

多个嵌入式电容性结构，位于大型氧化物深沟槽内，并且有序分布在近端体型半导体壁和远端体型半导体壁之间，用于在整个空间上播散与漏极-源极电压相等的电势降。