沟槽式栅极场效晶体管的制作方法

本发明涉及一种栅极场效晶体管，特别是涉及一种沟槽式栅极场效晶体管。

背景技术：

1、由于市场对高频功率元件的需求逐渐上升，因此，对于具有低导通电阻与低额定电压的沟槽式栅极场效晶体管的需求也越来越高。所述沟槽式栅极场效晶体管的基本结构包含磊晶积层结构、多道自所述磊晶积层结构顶面向下形成的沟槽、多个设置于所述沟槽的栅极电极、多个介于所述沟槽之间的源极、位于所述磊晶积层结构底面的漏极电极，及多个设置于所述磊晶积层结构上且分别用以与所述栅极电极及源极连接的金属接触电极。其中，所述沟槽式栅极场效晶体管透过将所述栅极电极设置于所述沟槽中，而可借由提升所述沟槽的密度(即缩短相邻沟槽之间的平台结构(mesa)的宽度)或是缩短栅极电极与源极间的距离来降低导通电阻，进而降低导通能量的损耗，同时有助于所述沟槽式栅极场效晶体管的微型化发展。

2、然而，提高所述沟槽密度的同时会令所述源极至所述栅极电极之间的电容增加，而造成米勒效应(miller effect)。此外，所述金属接触电极的配置亦会使所述沟槽式栅极场效晶体管在降低导通电阻与微型化的发展中受到空间上的限制。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种沟槽式栅极场效晶体管，可降低所述沟槽式栅极场效晶体管的导通电阻且有助于所述沟槽式栅极场效晶体管的微型化。

2、本发明沟槽式栅极场效晶体管，包含磊晶积层结构、多个沟槽、多个栅极电极单元、多个源极电极单元、多个绝缘单元、隔离单元、接触电极单元，及漏极电极。

3、所述磊晶积层结构具有第一导电型态掺杂，包括一磊晶基板、形成于所述磊晶基板上的磊晶层、多个位于所述磊晶层且彼此沿第一方向间隔的平台区、多个分别自所述平台区顶面向下形成并具有第二导电型态掺杂的井区，及多个分别设置于所述井区并具有第一导电型态掺杂的源极。

4、所述沟槽自所述磊晶层表面向下并沿与所述第一方向相交的第二方向延伸形成，且所述沟槽沿所述第一方向彼此间隔排列，每一沟槽具有沿所述第二方向延伸的第一区、自所述第一区的其中一端沿所述第二方向延伸，且宽度渐缩的颈缩区，及自所述颈缩区反向所述第一区的一端朝远离所述第一区延伸的第二区，且所述每一沟槽还具有沿深度方向分布的上半区，及位于所述上半区下方的下半区，且任两相邻的沟槽将所述磊晶层定义出所述平台区的其中任一者。

5、所述栅极电极单元分别对应设置于所述沟槽的上半区，且每一栅极电极单元具有两个对应位于所述第一区并沿着所述沟槽的宽度方向间隔设置的第一栅极电极部、两个对应位于所述颈缩区的第二栅极电极部，及一个对应位于所述第二区的第三栅极电极部，所述两个第二栅极电极部的其中一端分别与相应的所述第一栅极电极部连接，其中另一端彼此连接且与所述第三栅极电极部连接。

6、所述源极电极单元分别对应设置于所述沟槽，每一源极电极单元具有一个位于所述两个第一栅极电极部之间的第一源极电极部，及一个第二源极电极部，所述第一源极电极部自邻近所述沟槽的顶面向下延伸至所述沟槽的下半区，所述第二源极电极部与位于所述下半区的所述第一源极电极部连接并经由所述颈缩区延伸至所述第二区。

7、所述绝缘单元分别填置于所述沟槽内，且每一绝缘单元包覆所述栅极电极单元及所述源极电极单元。

8、所述隔离单元披覆于所述磊晶层的表面并具有电性绝缘性质。

9、所述接触电极单元形成于所述隔离单元上供对外电连接，包括穿过所述隔离单元与位于所述第二区的第三栅极电极部电连接的栅极接触电极，及穿过所述隔离单元与所述源极及位于所述第一区的所述第一源极电极部电连接的源极接触电极。

10、所述漏极电极设置于所述磊晶基板反向于所述磊晶层的表面。

11、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，所述栅极接触电极与所述源极接触电极分别具有多个穿设于所述隔离单元并与所述第三栅极电极部、所述源极及所述第一源极电极部电连接的导通块，及分别与所述导通块电连接并位于所述隔离单元上的延伸电极部。

12、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，所述隔离单元包括披覆于所述磊晶层的表面的第一隔离层，及形成于所述第一隔离层上的第二隔离层。

13、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，所述隔离单元的材料选自氧化物，及磷硅玻璃的其中至少一种。

14、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，所述磊晶层的厚度介于3μm至15μm，所述沟槽的深度介于2μm至9μm。

15、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，任两相邻的所述第一区的中心距离介于2.5μm至5μm，所述两相邻沟槽的第一区之间的平台区的宽度介于1μm至2.8μm，所述两相邻沟槽的第二区之间的平台区的宽度介于1.5μm至3.5μm。

16、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，所述任两相邻的所述第一区的中心距离介于2.5μm至3.5μm，所述两相邻沟槽的第一区之间的平台区的宽度介于1μm至1.3μm，所述两相邻沟槽的第二区之间的平台区的宽度介于1.5μm至2μm。

17、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，每一平台区具有分别邻近形成于每一沟槽的侧壁外围并位在所述井区下方的离子植入区域，且分布于任两相邻沟槽的第一区外围的离子植入区域彼此相连，分布于所述第二区外围的离子植入区域成一距离间隔，所述离子植入区域为第一导电型态掺杂，且掺杂浓度高于所述磊晶层的掺杂浓度。

18、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，每一绝缘单元具有对应位于所述沟槽的下半区的第一绝缘层，以及对应位于所述沟槽的上半区的第二绝缘层，且所述第一绝缘层的厚度大于所述第二绝缘层。

19、较佳地，本发明所述的沟槽式栅极场效晶体管，其中，所述第一绝缘层的厚度介于200nm至1000nm。

20、本发明的有益效果在于：借由将所述源极接触电极及所述栅极接触电极分别设置于所述沟槽的所述第一区及所述第二区，以降低在结构设计上的体积限制，而有助于所述沟槽式栅极场效晶体管的微型化，此外，借由缩减位于任两相邻的第一区间的平台区的宽度，能降低所述沟槽式栅极场效晶体管的导通电阻，而透过将位于所述第二区的第三栅极电极部与所述第二源极电极部分别设置于所述沟槽的所述上半区与所述下半区，能减少两者之间的电容面积，因此在提高所述沟槽之密度的同时，可降低两者间的电容值。

技术特征：

1.一种沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：包含：

2.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：所述栅极接触电极与所述源极接触电极分别具有多个穿设于所述隔离单元并与所述第三栅极电极部、所述源极及所述第一源极电极部电连接的导通块，及分别与所述导通块电连接并位于所述隔离单元上的延伸电极部。

3.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：所述隔离单元包括披覆于所述磊晶层的表面的第一隔离层，及形成于所述第一隔离层上的第二隔离层。

4.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：所述隔离单元的材料选自氧化物，及磷硅玻璃的其中至少一种。

5.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：所述磊晶层的厚度介于3μm至15μm，所述沟槽的深度介于2μm至9μm。

6.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：任两相邻的所述第一区的中心距离介于2.5μm至5μm，所述两相邻沟槽的第一区之间的平台区的宽度介于1μm至2.8μm，所述两相邻沟槽的第二区之间的平台区的宽度介于1.5μm至3.5μm。

7.根据权利要求6所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：所述任两相邻的所述第一区的中心距离介于2.5μm至3.5μm，所述两相邻沟槽的第一区之间的平台区的宽度介于1μm至1.3μm，所述两相邻沟槽的第二区之间的平台区的宽度介于1.5μm至2μm。

8.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：每一平台区具有分别邻近形成于每一沟槽的侧壁外围并位在所述井区下方的离子植入区域，且分布于任两相邻沟槽的第一区外围的离子植入区域彼此相连，分布于所述第二区外围的离子植入区域成距离间隔，所述离子植入区域为第一导电型态掺杂，且掺杂浓度高于所述磊晶层的掺杂浓度。

9.根据权利要求1所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：每一绝缘单元具有对应位于所述沟槽的下半区的第一绝缘层，以及对应位于所述沟槽的上半区的第二绝缘层，且所述第一绝缘层的厚度大于所述第二绝缘层。

10.根据权利要求9所述的沟槽式栅极场效晶体管，其特征在于：所述第一绝缘层的厚度介于200nm至1000nm。

技术总结
一种沟槽式栅极场效晶体管，包含具有磊晶层的磊晶积层结构、多个沟槽、设置于所述沟槽内的多个栅极电极单元、多个源极电极单元、多个绝缘单元、位于所述磊晶层的多个井区、多个源极，及供对外电连接的接触电极单元。每一沟槽具有第一区、颈缩区，及宽度小于所述第一区宽度的第二区。每一栅极电极单元具有两个位于第一区的第一栅极电极部、两个位于颈缩区的第二栅极电极部，及一个位于第二区的第三栅极电极部。每一源极电极单元具有一个位于所述第一栅极电极部之间的第一源极电极部，及一个与第一源极电极部连接并延伸至第二区的第二源极电极部。借此，可以降低在结构设计上的体积限制，而有助于所述沟槽式栅极场效晶体管的微型化。

技术研发人员：涂高维,张渊舜,蔡柏安,翁焕忠
受保护的技术使用者：力士科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15