[发明专利]沟槽式栅极金氧半场效晶体管

说明书

技术领域

本发明是有关于一种半导体元件，且特别是有关于一种沟槽式栅极金氧半场效晶体管。

背景技术

沟槽式金氧半导体场效晶体管被广泛地应用在电力开关(power switch)元件上，例如是电源、整流器或低压马达控制器等等。一般而言，沟槽式金氧半导体场效晶体管多采取垂直结构的设计，以提升元件密度。其利用晶片的背面作为漏极，而在晶片的正面制作多个晶体管的源极以及栅极。由于多个晶体管的漏极是并联在一起的，因此其所承受的电流大小可以相当大。

沟槽式金氧半导体场效晶体管的工作损失可分成切换损失(switching loss)及导通损失(conducting loss)两大类，其中因输入电容C_iss所造成的切换损失会因操作频率的提高而增加。输入电容C_iss包括栅极对源极的电容C_gs以及栅极对漏极的电容C_gd。

现有技术的一种作法是在沟槽内形成栅极与遮蔽栅极(shielded gate)。遮蔽栅极位于栅极下方，绝缘层将栅极与遮蔽栅极相隔开，且遮蔽栅极连接至源极。此种作法虽然可以减少栅极对漏极的电容C_gd，但另一方面却会增加栅极对源极的电容C_gs，因而无法有效地降低切换损失。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种沟槽式栅极金氧半场效晶体管，可以同时减少栅极对漏极的电容C_gd及栅极对源极的电容C_gs，以有效地降低切换损失，提升元件效能。

本发明提供一种沟槽式栅极金氧半场效晶体管。具有第一导电型的磊晶层配置在具有第一导电型的基底上。具有第二导电型的主体层配置在磊晶层中。磊晶层中具有第一沟槽，主体层中具有第二沟槽，且第一沟槽配置在第二沟槽下方。第一导体层配置在第一沟槽中。第一绝缘层配置在第一导体层与磊晶层之间。第二导体层配置在第二沟槽的侧壁上。第二绝缘层配置在第二导体层与主体层之间以及第二导体层与第一导体层之间。介电层配置在磊晶层上并填满第二沟槽。具有第一导电型的二掺杂区分别配置在第二沟槽的两侧的主体层中。

在本发明的一实施例中，上述第二绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度。

在本发明的一实施例中，上述第二绝缘层覆盖第一导体层的顶部。

在本发明的一实施例中，上述第一导体层还延伸至第二沟槽中。

在本发明的一实施例中，上述第一导体层的材料包括掺杂多晶硅。

在本发明的一实施例中，上述第二导体层的材料包括掺杂多晶硅。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式栅极金氧半场效晶体管还包括第三导体层，其配置在介电层上，其中第三导体层通过二导体插塞与主体层电性连接。

在本发明的一实施例中，上述第三导体层的材料包括金属。

在本发明的一实施例中，上述第一导电型为N型，第二导电型为P型；或第一导电型为P型，第二导电型为N型。

本发明另提供一种沟槽式栅极金氧半场效晶体管。具有第一导电型的磊晶层配置在第一导电型的基底上。具有第二导电型的主体层配置在磊晶层中。磊晶层中具有第一沟槽，主体层中具有第二沟槽，且第一沟槽配置在第二沟槽下方。第一导体层配置在第一沟槽中。第一绝缘层配置在第一导体层与磊晶层之间。第二绝缘层配置在第二沟槽中并覆盖第一导体层。第二导体层配置在第二沟槽中并覆盖第二绝缘层。第三绝缘层配置在第二导体层与主体层之间。介电层配置在磊晶层上并覆盖第二导体层。具有第一导电型的二掺杂区分别配置在第二沟槽的两侧的主体层中。

在本发明的一实施例中，上述第三绝缘层的厚度小于第一绝缘层的厚度。

在本发明的一实施例中，上述第二绝缘层的宽度大于第一导体层的宽度。

在本发明的一实施例中，上述第一导体层的材料包括掺杂多晶硅。

在本发明的一实施例中，上述第二导体层的材料包括掺杂多晶硅。

在本发明的一实施例中，上述沟槽式栅极金氧半场效晶体管还包括第三导体层，其配置在介电层上，其中第三导体层通过两个导体插塞与主体层电性连接。

在本发明的一实施例中，上述第三导体层的材料包括金属。

在本发明的一实施例中，上述第一导电型为N型，第二导电型为P型；或第一导电型为P型，第二导电型为N型。