[发明专利]具有锥形栅极结构的半导体器件和方法

说明书

本发明涉及具有锥形栅极结构的半导体器件和方法。半导体器件包括具有与第二表面垂直地间隔开的第一表面的半导体主体。第一沟槽从第一表面垂直地延伸到半导体主体中，并包括在平行于第一表面的横向方向上跨越半导体主体延伸的第一和第二侧壁。场电极被布置在第一沟槽中，并通过场电介质与半导体主体电绝缘。第一栅电极被布置在第一沟槽中。第一栅电极通过场电介质与场电极电绝缘，并通过第一栅极氧化物与半导体主体电绝缘。第一栅电极包括在横向方向上连续地连接并邻近于彼此的加宽和锥形部分。第一栅极氧化物与在横向方向上的第一侧壁形成非垂直角。

技术领域

本发明通常涉及半导体器件和对应的形成方法，且更具体地涉及形成对高电场和机械应力抵抗的半导体器件的栅极结构。

背景技术

半导体器件通常包括通过栅极氧化物与邻近的半导体主体绝缘的导电栅电极。在器件的操作期间，施加到栅电极的电位在栅极氧化物两端发展并控制在半导体主体的沟道区中流动的电流。

某些应用，例如功率开关应用需要相当大的开关电压，其如果没有被正确计及则可引起器件故障。随着时间的过去，用于形成栅极氧化物的电介质材料在受到过大的电场时趋向于击穿（break down）。因此，栅极氧化物的区（其中电场最高）代表最易受电介质击穿攻击的区。

电介质击穿的问题可由栅极氧化物中的物理缺陷而更复杂。这些缺陷中的一些由于施加在栅极氧化物上的机械应力而出现。例如，与器件制造和操作相关联的高温可导致邻近栅极氧化物的材料的不希望有的热膨胀。这个热膨胀可充分地使栅极氧化物变形，使得性能降低（例如通过增加的泄漏电流）或可引起完全的器件故障。

处理上面描述的问题的一种工艺技术涉及设定在器件制造期间被严密地监控的最小栅极氧化物厚度。栅极氧化物厚度在器件性能中起重要的作用。使栅极氧化物变厚降低了电容但增加了器件的导通电阻。器件的阈值电压（V_t）是栅极氧化物厚度和在沟道区中的半导体材料的掺杂水平的函数。因此，使栅极氧化物变厚并实现目标阈值电压的唯一方式是减小在沟道区中的掺杂水平，这又增加器件的导通状态电阻。因此，对器件的栅极氧化物厚度的调整导致在性能和可靠性之间的折衷。

发明内容

公开了半导体器件。根据实施例，半导体器件包括具有第一表面的半导体主体。第一沟槽在半导体主体中形成，并包括在垂直方向上从第一表面延伸的第一和第二侧壁和在第一横向方向上在第一和第二侧壁之间延伸的第一沟槽底部。存在填充第一沟槽的场电介质。第二沟槽在场电介质中的第一沟槽内形成，并包括内和外侧壁。第一沟槽的第一和第二侧壁以及第二沟槽的内和外侧壁在垂直于第一横向方向并垂直于垂直方向的第二横向方向上沿着半导体主体延伸。第二沟槽包括邻近于在第二横向方向上的窄部分的加宽部分。在加宽部分中，内和外侧壁平行于在第二横向方向上的第一侧壁延伸。在窄部分中，内和外侧壁之一不垂直和不平行于在第二横向方向上的第一侧壁。

根据另一实施例，公开了半导体器件。半导体器件包括具有与第二表面垂直地间隔开的第一表面的半导体主体。第一沟槽从第一表面垂直地延伸到半导体主体内，并包括在平行于第一表面的横向方向上跨越半导体主体延伸的第一和第二侧壁。场电极被布置在第一沟槽中并通过场电介质与半导体主体电绝缘。第一栅电极被布置在第一沟槽中。第一栅电极通过场电介质与场电极电绝缘，并通过第一栅极氧化物与半导体主体电绝缘。第一栅电极包括在横向方向上连续地连接并邻近于彼此的加宽和锥形部分。第一栅极氧化物与在横向方向上的第一侧壁形成非垂直角。