[发明专利]沟槽式功率半导体元件

说明书

本发明公开一种沟槽式功率半导体元件。沟槽式功率半导体元件的沟槽栅极结构位于一外延层的元件沟槽内，并至少包括遮蔽电极、遮蔽介电层、栅极电极、绝缘间隔层以及栅绝缘层。遮蔽电极设置于元件沟槽的底部，遮蔽介电层设置于元件沟槽下半部并围绕遮蔽电极，以隔离遮蔽电极与外延层，其中遮蔽介电层的顶部具有一孔隙。栅极电极设置于遮蔽电极上，并通过绝缘间隔层和孔隙相隔一预定距离。绝缘间隔层设置于遮蔽介电层与栅极电极之间，以封闭孔隙。栅绝缘层位于元件沟槽的上半部并围绕栅极电极，以隔离栅极电极与外延层。因此，本发明沟槽式功率半导体元件，使栅极电极与孔隙相隔一预定距离，可避免存在于沟槽内的孔洞或空隙影响半导体元件的电性。

技术领域

本发明涉及一种功率半导体组件，特别是涉及一种具有遮蔽电极的沟槽式功率半导体元件。

背景技术

为了降低栅极/漏极电容值，并在不牺牲导通电阻(on-resistance)的情况下增加崩溃电压，习知的功率型金氧半场效晶体管会具有一位于栅极沟槽下半部的遮蔽电极(shielding electrode)。

然而，在制作具有遮蔽电极结构的沟槽式功率型金氧半场效晶体管的过程中，在形成位于栅极沟槽下半部的遮蔽电极之后，通常会将预先形成于栅极沟槽上半部的侧壁上的介电层蚀刻掉，再重新沉积新的栅极介电层。然而，在蚀刻介电层的过程中，介电层的蚀刻深度不易控制。若介电层的蚀刻深度太深，会导致孔洞或缝隙形成于栅极沟槽内。

孔洞或缝隙有可能会影响沟槽式功率型金氧半场效晶体管的电性。当沟槽式功率型金氧半场效晶体管的栅极在施加电压时，这些孔洞或缝隙有可能导致栅极/源极之间的漏电流，而使沟槽式功率型金氧半场效晶体管的电性表现不佳。

发明内容

本发明提供一种沟槽式功率半导体元件，其通过绝缘间隔层封闭孔隙，并使栅极电极与孔隙相隔一预定距离，即可避免存在于沟槽内的孔洞或空隙影响半导体组件的电性。

本发明其中一实施例提供一种沟槽式功率半导体元件，包括基材、外延层以及沟槽栅极结构。外延层位于基材上，并具有至少一元件沟槽形成于其中。沟槽栅极结构位于元件沟槽中，且沟槽栅极结构包括遮蔽电极、遮蔽介电层、栅极电极、绝缘间隔层以及栅绝缘层。遮蔽电极设置于元件沟槽的底部，遮蔽介电层设置于元件沟槽下半部并围绕遮蔽电极，以隔离遮蔽电极与外延层，其中遮蔽介电层的顶部具有一孔隙。栅极电极设置于遮蔽电极上，并与遮蔽电极电性绝缘。绝缘间隔层设置于遮蔽介电层与栅极电极之间，并封闭孔隙，以使栅极电极与孔隙相隔一预定距离。栅绝缘层位于元件沟槽的上半部并围绕栅极电极，以隔离栅极电极与外延层。

更进一步地，所述绝缘间隔层封闭至少一所述孔隙的一开口，且所述预定距离介于50nm至70nm之间，且所述预定距离为所述栅极电极与至少一所述孔隙之间的最短距离。

更进一步地，所述遮蔽介电层包括一第一材料层以及一夹设于所述第一材料层与所述遮蔽电极之间的第二材料层，且至少一所述孔隙是从所述第二材料层的一端面凹陷而形成，且至少一所述孔隙的一开口面向所述栅极电极。

更进一步地，所述第二材料层直接接触并包覆所述遮蔽电极的两相反侧壁面及一底面。

更进一步地，所述遮蔽介电层还包括一夹设于所述第二材料层与所述遮蔽电极之间的第三材料层，所述第二材料层的所述端面低于所述第三材料层的端面。

更进一步地，所述绝缘间隔层为低温氧化层，且所述绝缘间隔层具有至少一填入所述孔隙内的延伸部，以封闭至少一所述孔隙。

更进一步地，所述栅绝缘层与所述绝缘间隔层都为热氧化层，且所述元件沟槽上半部的宽度大于所述元件沟槽的下半部的宽度。

更进一步地，所述沟槽式功率半导体元件，还进一步包括一设置于所述栅极电极与所述遮蔽电极之间的极间介电层，以使所述栅极电极与所述遮蔽电极电性绝缘。