[发明专利]沟槽式金属氧化物半导体场效应管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请案要求对于2012年10月12日提交的美国专利申请第13/650,346号的优先权，该专利申请披露的内容通过全文引用而结合与本文中。

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件的单元结构、版图和制造过程。更具体地，本发明涉及在终端区具有悬浮的沟槽栅的沟槽式金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)的新型改良的单元结构、版图及其改良的制造过程。

背景技术

现有技术中在终端区具有悬浮的沟槽栅(具有悬浮的电压)的典型沟槽式金属氧化物半导体场效应管(MOSFET，下同)结构中存在一些技术问题。例如，在美国专利号为6,462,376的专利中，如图1A所示，公开了一种沟槽MOSFET，其在终端区包括多个悬浮的沟槽栅111和n+源区120。在终端区，该n+源区120位于两个相邻的悬浮的沟槽栅111之间。这种结构会导致在漏区和源区之间产生严重的漏电流，因为P型体区108具有悬浮的电压而悬浮的沟槽栅111没有与n+源区120短接，使得当漏-源之间反向偏置时，位于终端区的沟道很容易被开启。电流会从漏区流经终端区中两个相邻的悬浮的沟槽栅111之间的沟道区最后到达位于有源区中的n+源区120。

如图1B所示，另一现有技术美国专利号为7,511,339的专利公开了另一种沟槽MOSFET结构，其终端区不包括源区，但其悬浮的沟槽栅110的深度(TFd)小于悬浮的深P体区130的深度(Pd)。然而，从图2中击穿电压(BV)和TFd与Pd差值的关系的实验结果来看，可以看出，随着TFd＜Pd时随着差值(TFd-Pd)逐渐变小，击穿电压明显下降，这是由于悬浮的沟槽栅110在终端区具有较浅的结深，致使漏区和源区之间绝缘特性变差，从而导致终端区具有较低的击穿电压。当漏源之间反向偏置时，因为悬浮的沟槽栅110浅于悬浮的深P体区130，因此悬浮的深P体区130与其电荷耗尽层之间形成电气接触。因此，电流会直接从终端区的边缘流向有源区中的n+源区131而不被终端区中的悬浮的沟槽栅110阻挡。

因此，在半导体功率器件领域中，特别是对于沟槽式MOSFET的设计和制造，仍需要提供一种新型的器件结构和制造方法可以解决上述现有技术具有严重漏电流的困难和设计限制。特别地，需要能在沟槽式MOSFET的终端区维持高击穿电压。

发明内容

本发明提供了一种沟槽式MOSFET，其包括位于有源区的多个晶体管单元和位于终端区的多个悬浮的沟槽栅，该多个悬浮的沟槽栅的沟槽深度等于或大于围绕该悬浮的沟槽栅的体区的结深，而且终端区中不包括源区，以维持终端区的高击穿电压。为了解决现有技术具有严重漏电流的问题，根据本发明的沟槽式MOSFET的终端区还包括至少一个沟道阻止沟槽栅(trenched channel stop gate)，其位于所述的终端区并围绕在所述多个悬浮的沟槽栅的外围，其中每个所述的沟道阻止沟槽栅连接到至少一个切割沟槽栅(sawing trenched gate)，其中每个所述的切割沟槽栅延伸过切割道(scribe line)。同时，根据一些优选的实施例中的沟槽式MOSFET具有较低的栅漏电荷Qgd。

根据本发明的实施例，提供了一种半导体功率器件的版图结构，由双芯片结构组成，每个双芯片结构包括一个沟槽式金属氧化物半导体场效应管，进一步包括：

(a)有源区；

(b)多个悬浮的沟槽栅，平行地形成于终端区，且围绕有源区的外围；

(c)至少一个沟道阻止沟槽栅，位于所述终端区且围绕所述多个悬浮的沟槽栅的外围，每个所述的沟道阻止沟槽栅都连接至至少一个切割沟槽栅，每个所述的切割沟槽栅都延伸穿过所述双芯片之间的空间并连接至所述的沟道阻止沟槽栅。

在一些优选的实施例中，所述的半导体功率器件的版图结构，其中所述的双芯片之间的空间等于切割道的宽度。

在一些优选的实施例中，经过芯片切割之后，所述的沟道阻止沟槽栅和所述的切割沟槽栅都短接至所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应管的漏区。

在一些优选的实施例中，每个所述的沟槽式金属氧化物半导体场效应管中只包括一个所述的沟道阻止沟槽栅，其连接至至少一个切割沟槽栅。