在多晶硅栅电极中具有金属填充的凹槽的半导体器件制造技术

在多晶硅栅电极中具有金属填充的凹槽的半导体器件。一种半导体器件，包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的体区、毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区、以及延伸至毗邻源极区和体区的衬底中的沟槽。该沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。该器件进一步包括衬底上的介电层、位于介电层上并覆盖衬底的一部分的栅极金属化层以及位于介电层上并电连接至源极区的源极金属化层。源极金属化层与栅极金属化层间隔开，且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分。多晶硅栅电极中的金属填充的凹槽电连接至栅极金属化层并沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。

【技术实现步骤摘要】
在多晶硅栅电极中具有金属填充的凹槽的半导体器件
本申请涉及半导体器件，特别是具有具有低栅极电阻的多晶硅栅电极的半导体器件。
技术介绍
具有沟槽场板的功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)已用作快速开关功率器件。沟槽场板提供电荷补偿，允许低得多的Rds(on)×A和较低的栅极相关FOM(品质因数)。这些器件的性能受到器件的不均匀开关效应的限制。这些效应包括由分布栅极电阻引起的不均匀开关。例如，毗邻栅极焊盘的芯片的部分遵循栅极电压的快速变化，其远快于离栅极焊盘较远的芯片的部分。而且，与标准MOSFET不同，提供电荷以补偿漂移区掺杂的沟槽场板的充电／放电是不均匀的。在快速瞬变的情形下，由于用于其连接的分布电阻，场板充电太慢，且在瞬变期间，器件可能容易进入局部雪崩，导致增加的开关损耗。因此通常降低分布栅极电阻且改进整个芯片上栅极信号的分布的均匀性是有利的。传统的技术方案包括加宽将栅极与栅极焊盘连接的金属层以降低电阻。然而，该措施受到单元间距的限制。而且，加宽栅极指状物需要另外的有源区。这些缺陷也适用于接触沟槽场板的等效措施。另一种传统方法是引入另外的栅极指状物，其减少有源区并由此增加给定芯片尺寸的Rds(on)。另一种传统方法包括使用金属取代通常用作栅极材料的多晶硅，在具有这种结构的MOSFET的情形下，其也可用于沟槽场板。然而，使用金属用于器件栅电极和场板强烈影响了完成芯片制造所需的后续工艺步骤，因为具有金属栅极的芯片的最大允许温度被降低，其又限制了在金属栅极形成之后可执行的处理类型。
技术实现思路
本文描述的实施例提供功率MOSFET的形成在多晶硅栅电极中的凹槽和可选的多晶硅场板。凹槽被填充有金属以在沿着所有的条(指状物)的栅电极和场板的上部中提供高度导电层，降低了功率MOSFET上的栅极和场板布线的总分布电阻并改进了MOSFET开关的均匀性。根据半导体器件的一个实施例，该器件包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的体区、毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区、以及延伸至毗邻源极区和体区的衬底中的沟槽。沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。该器件进一步包括衬底上的介电层、位于介电层上并覆盖衬底的一部分的栅极金属化层、以及位于介电层上并电连接至源极区的源极金属化层。源极金属化层与栅极金属化层间隔开，且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分。多晶硅栅电极中金属填充的凹槽电连接至栅极金属化层，且其沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。根据半导体器件的另一个实施例，多个相互间隔开的沟槽平行延伸至毗邻源极区和体区的衬底中，每一个沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。每一个多晶硅栅电极中的金属填充的凹槽电连接至栅极金属化层，并沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。根据半导体器件的又一个实施例，该器件包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的第一半导体区、毗邻第一半导体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的第二半导体区、以及延伸至毗邻第一和第二半导体区的衬底中的沟槽。沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极。该器件进一步包括衬底上的介电层、位于介电层上并覆盖衬底的一部分的第一金属化层、以及位于介电层上并电连接至第二区的第二金属化层。第二金属化层与第一金属化层间隔开，且与第一金属化层相比，第二金属化层覆盖衬底的不同部分。多晶硅电极中的金属填充的凹槽电连接至第一金属化层，并沿着第二金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。根据制造半导体器件的方法的一个实施例，该方法包括：形成延伸至半导体衬底中的沟槽和在沟槽中的与衬底绝缘的多晶硅栅电极；形成毗邻沟槽的衬底中的第一导电类型的体区以及毗邻体区和沟槽的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区；在衬底上形成介电层；在介电层上形成覆盖衬底的一部分的栅极金属化层和在介电层上形成电连接至源极区的源极金属化层，源极金属化层与栅极金属化层间隔开，且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分；以及在多晶硅栅电极中形成电连接至栅极金属化层的金属填充的凹槽，金属填充的凹槽沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。根据半导体器件的另一个实施例，该半导体器件包括半导体衬底、衬底中的第一导电类型的体区、毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区、与源极区间隔开的第二导电类型的漏极区以及衬底上的平面栅极结构。平面栅极结构包括与衬底绝缘的多晶硅栅电极和在多晶硅栅电极中的金属填充的凹槽。金属填充的凹槽沿着多晶硅栅电极的长度延伸。在阅读以下详细描述并阅览附图时，本领域技术人员可认识到另外的特征和优点。附图说明图中的元件之间不必成比例。类似的参考数字表示相应的类似部分。各所示实施例的特征可以组合，除非它们相互排斥。实施例在图中被描绘并在随后的描述中被详述。图1示出了根据一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的俯视平面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图2示出了根据另一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的俯视平面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图3示出了根据又一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的俯视平面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图4示出了根据再一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的俯视平面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图5A至5I示出了根据一个实施例在制造具有多晶硅栅电极的半导体器件的不同阶段期间的半导体衬底的截面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图6示出了根据一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的截面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图7示出了根据一个实施例的具有多晶硅栅电极和场板的半导体器件的俯视平面图，所述多晶硅栅电极和场板位于相同的沟槽中并包含各自的金属填充的凹槽。图8示出了根据一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的俯视平面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽和不同长度的栅极滑道(runner)。图9示出了根据一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的截面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图10示出了根据一个实施例的具有包括多晶硅栅电极的平面栅极结构的垂直DMOS半导体器件的截面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图11示出了根据一个实施例的具有包括多晶硅栅电极的平面栅极结构的横向CMOS半导体器件的截面图，该多晶硅栅电极具有金属填充的凹槽。图12示出了根据一个实施例的具有多晶硅栅电极的半导体器件的俯视平面图，该多晶硅栅电极在器件的有源区中具有金属填充的凹槽。具体实施方式图1示出了制造在半导体衬底100上的功率半导体器件(例如功率MOSFET)的实施例的俯视平面图。如本文使用的，术语衬底指例如Si、SiC、GaAs或GaN晶片的单晶或化合物半导体晶片，或者指生长在单晶或化合物半导体晶片上的一个或多个外延层。在使用外延层的情形下，外延层生长在生长／支撑衬底上，并具有较低的掺杂但与生长／支撑衬底相同的导电率。底层的生长／支撑晶片可被减薄或完全去除。半导体器件还包括例如体区、源极区、漂移区和漏极区的各个器件区，其在图1的俯视平面图中看不见。例如BPSG(硼磷硅玻璃)或PSG(磷硅酸玻璃)的介电层102形成在衬底100上，且将器件的栅极和源极金属化层104、106与底层的衬底10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体衬底；衬底中的第一导电类型的体区；毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区；延伸至毗邻源极区和体区的衬底中的沟槽，该沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极；衬底上的介电层；位于介电层上并覆盖衬底的一部分的栅极金属化层；位于介电层上并电连接至源极区的源极金属化层，该源极金属化层与栅极金属化层间隔开且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分；以及位于多晶硅栅电极中并电连接至栅极金属化层的金属填充的凹槽，该金属填充的凹槽沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。

【技术特征摘要】
2012.11.09 US 13/673,4581.一种半导体器件，包括：半导体衬底；衬底中的第一导电类型的体区；毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区；延伸至毗邻源极区和体区的衬底中的沟槽，该沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极；衬底上的介电层；位于介电层上并覆盖衬底的一部分的栅极金属化层；位于介电层上并电连接至源极区的源极金属化层，该源极金属化层与栅极金属化层间隔开且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分；以及位于多晶硅栅电极中并电连接至栅极金属化层的金属填充的凹槽，该金属填充的凹槽沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸，其中金属填充的凹槽的截面积在金属填充的凹槽的长度的一部分上减小使得由具有减小的截面积的金属填充的凹槽的该部分形成电阻器。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中金属填充的凹槽从沟槽的第一末端至沟槽的相反的第二末端连续地延伸，且其中金属填充的凹槽在沟槽的第一和第二末端处电连接至栅极金属化层。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中金属填充的凹槽在金属填充的凹槽的长度上被中断至少一次使得金属填充的凹槽包括在沟槽中间隔开的至少两个不同的部分。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中金属填充的凹槽使用钛、氮化钛和钨填充。5.根据权利要求1所述的半导体器件，进一步包括：延伸至毗邻源极区和体区的衬底中并与具有多晶硅栅电极的沟槽间隔开的另外的沟槽，该另外的沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅场板；以及位于多晶硅场板中并电连接至源极金属化层的另外的金属填充的凹槽。6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中多晶硅场板中的所述另外的金属填充的凹槽沿着栅极金属化层的至少一部分下方的所述另外的沟槽的长度延伸。7.根据权利要求1所述的半导体器件，进一步包括：与多晶硅栅电极位于同一沟槽中的多晶硅场板，该多晶硅场板与衬底和多晶硅栅电极绝缘；以及位于多晶硅场板中并电连接至源极金属化层的另外的金属填充的凹槽。8.根据权利要求7所述的半导体器件，其中多晶硅场板中的所述另外的金属填充的凹槽沿着栅极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中半导体衬底包括第二导电类型的外延层且半导体器件进一步包括布置在外延层中的第二导电类型的漂移区，且其中沟槽延伸至漂移区中。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中金属填充的凹槽沿着仅位于半导体器件的有源区中的沟槽的长度延伸。11.一种半导体器件，包括：半导体衬底；衬底中的第一导电类型的体区；毗邻体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的源极区；相互间隔开并平行延伸至毗邻源极区和体区的衬底中的多个沟槽，每一个沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅栅电极；衬底上的介电层；具有位于介电层上的栅极焊盘并覆盖衬底的一部分的栅极金属化层；位于介电层上并电连接至源极区的源极金属化层，该源极金属化层与栅极金属化层间隔开且与栅极金属化层相比，源极金属化层覆盖衬底的不同部分；以及位于每一个多晶硅栅电极中并电连接至栅极金属化层的金属填充的凹槽，每一个金属填充的凹槽沿着源极金属化层的至少一部分下方的沟槽的长度延伸，其中每个金属填充的凹槽的截面积在金属填充的凹槽的长度的一部分上减小使得由具有减小的截面积的金属填充的凹槽的该部分形成电阻器。12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中布置成离栅极焊盘较远的多晶硅栅电极与布置成离栅极焊盘较近的多晶硅栅电极相比具有较大的截面积。13.根据权利要求11所述的半导体器件，进一步包括：延伸至毗邻源极区和体区的衬底中并与具有多晶硅栅电极的沟槽间隔开的另外的多个沟槽，所述另外的沟槽包含与衬底绝缘的多晶硅场板；以及位于多晶硅场板中并电连接至源极金属化层的另外的金属填充的凹槽。14.根据权利要求11所述的半导体器件，进一步包括：与多晶硅栅电极位于相同沟槽中的多晶硅场板，所述多晶硅场板与衬底和多晶硅栅电极绝缘；以及位于多晶硅场板中并电连接至源极金属化层的另外的金属填充的凹槽。15.一种半导体器件，包括：半导体衬底；衬底中的第一导电类型的第一半导体区；毗邻第一半导体区的与第一导电类型相反的第二导电类型的第二半导体区；延伸至毗邻第一和第二半导体区的衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·布兰克，R·西米尼克，L·J·叶，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT