【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种屏蔽栅沟槽(sgt)器件。
技术介绍
1、sgt mosfet跟传统的现有沟槽(trench)mosfet相比，是在漂移区中插入纵向的源极场板。源极场板跟漂移区进行横向耗尽，从而可以在不降低击穿电压的情况下，大幅提高漂移区的掺杂浓度，从而降低比导通电阻，获得更优异的性能。
2、如图1所示，是现有sgt器件的剖面结构示意图；包括：
3、重掺杂的衬底1，衬底1是跟漏极相连。为了降低衬底1的反扩，通常选择为砷衬底即砷(arsenic)掺杂的半导体衬底。但是因为磷(phosphorus)衬底目前工艺上可以实现的最低电阻率是低于arsenic衬底。所以在衬底电阻占比比较高的场合，如40v以下的低压器件中，phosphorus衬底也被经常使用。衬底1越薄，不但对器件的散热更好，也可以更显著的降低衬底电阻。
4、n型的漂移区2，是由n型掺杂的外延层组成；sgt mosfet跟传统的trench mosfet最大的区别是在漂移区2的横向插入了纵向的源极场板4；源极场板4通常是多晶硅。源极场板4和n型漂移区2的隔离用的是屏蔽栅介质层3，和源极场板4一起形成于沟槽中。屏蔽栅介质层3需要承受器件的击穿电压，因此器件要求的击穿电压越高，屏蔽栅介质层3的厚度越厚；通常是二氧化硅，也叫场氧。
5、多晶硅栅6，顶部跟由正面金属层10组成的栅极(未显示)相连；和沟槽的侧面之间隔离有栅氧化层5，通常是二氧化硅。
6、器件的沟道区7，由p型体区组成。p>
7、n型重掺杂的源区8，顶部通过通孔9(ct)连接到正面金属层10组成的源极，源区8的通孔9也和沟道区7接触连接。通孔9的位置是在沟槽之间的平台区(mesa)的正中间。
8、层间膜11用来实现栅极和源极的隔离。
9、当栅极加入正向的电压，沟道区7进行反型，电流从源极流入衬底1底部的漏极。图1中，多晶硅栅6的位置在源极场板4的正上方，故为“上下″结构。sgt mosfet为了提高其性能，需要不断降低其步进(pitch)，图1所示结构中，原胞的步进为沟槽的宽度和沟槽之间的间距即平台区的宽度的和。降低其pitch一个很重要的参数是降低场氧即屏蔽栅介质层3的厚度。但是场氧的厚度是由器件耐压决定的：如图2所示，在图1所示的器件的aa’方向的俯视面结构图，显示了原胞的一半，图2中包括了平台区中的漂移区2的硅，场氧3和多晶硅即源极场板4组成的，它需要承受器件击穿电压。
10、如图3所示，是现有sgt器件在反偏时图2中各层的电场强度分布图；可以看出，因为多晶硅的掺杂浓度很高，电场强度迅速降为0，即大于tsi+tox的区域电场强度由e2降低到0。
11、击穿电压通过电场强度沿厚度方向的积分可得：
12、
13、由高斯定理，
14、所以有：
15、其中，tsi表示图2中漂移区2的硅的厚度，tox表示场氧3的厚度，e1对应于漂移区2和场氧3的界面处的漂移区2的硅中的电场强度；e2对应于漂移区2和场氧3的界面处的场氧3中的电场强度，图3中场氧3内部的电场强度也保持为e2。∈si为硅的介电常数，∈sio2为二氧化硅的介电常数。
16、由上面的bv公式可以发现，想要降低tox即tox，可以采用如下方式：
17、a、提升e1，它是正比于硅器件的临界击穿场强，这个是由材料特性决定的，通常对于硅器件这个临界击穿场强是3e5v/cm。
18、b、增加tsi即tsi，也即增加mesa的宽度，但是mesa的宽度越宽，漂移区的掺杂浓度越低，器件的比导通电阻越高，这是我们不希望的。
19、c、降低氧化层的∈sio，即降低氧化层的介电常数，一般由如下方式，在二氧化硅层里面掺入f离子或者是c离子，这个可以将氧化层的介电常数由3.9附近降低为3.0附近；或者是采用low-k的材料作为屏蔽栅介质层。但是降低氧化层的介电常数，都会导致氧化层的刻蚀速率变快，这给工艺带来了比较大的困难。
20、基于此，目前100v的sgt器件，其氧化层的厚度通常在5000a附近，进一步降低的难度非常大。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供一种sgt器件，能在不增加屏蔽栅介质层的厚度的条件下增加屏蔽栅介质层的耐压，有利于同时提升器件的耐压以及缩小器件的步进，从而改善器件的性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供的sgt器件包括：形成于半导体衬底中的第一导电类型掺杂的漂移区，插入于所述漂移区中的多个源极场板，各所述源极场板形成于第一沟槽中，在所述源极场板和所述第一沟槽的内侧表面间隔有屏蔽栅介质层，所述源极场板用于对周侧的所述漂移区进行横向耗尽。
3、在俯视面上，所述第一沟槽的边缘呈封闭式结构，所述屏蔽栅介质层呈环形结构环绕在所述源极场板的周侧；在sgt器件反偏时，利用所述屏蔽栅介质层环绕在所述源极场板的周侧的特征，使穿过所述屏蔽栅介质层的电力线越靠近所述第一沟槽的中心密度越高，从而使所述屏蔽栅介质层内的电场强度从所述第一沟槽的边缘向中心逐渐增加并从而增加所述屏蔽栅介质层的耐压。
4、进一步的改进是，在俯视面上，所述第一沟槽的边缘围成圆形。
5、所述源极场板的外侧边缘呈圆形。
6、所述屏蔽栅介质层成圆环形。
7、进一步的改进是，所述屏蔽栅介质层的材料包括二氧化硅。
8、所述源极场板的材料包括多晶硅。
9、进一步的改进是，在俯视面上，在原胞区中，各所述第一沟槽二维周期排列，各所述第一沟槽之间的区域为平台区。
10、所述sgt器件反偏时，击穿电压为所述平台区中的所述漂移区的耐压和所述屏蔽栅介质层的耐压和。
11、在所述第一沟槽的密度最大的排列方向上，所述平台区具有最小的第一宽度，第一步进为所述第一沟槽的宽度和所述第一宽度的和。
12、所述屏蔽栅介质层的厚度根据所述击穿电压的要求进行设置，在所述击穿电压保持不变或增加的条件下，通过所述屏蔽栅介质层的环形结构来增加所述屏蔽栅介质层的耐压并降低所述屏蔽栅介质层的厚度，从而使所述第一步进保持或减少。
13、进一步的改进是，所述源极场板的宽度设置为所述源极场板的填充所述第一沟槽时的最小填充宽度，以降低所述第一沟槽的宽度从而使所述第一步进减少或者使所述屏蔽栅介质层的厚度增加从而使所述击穿电压增加。
14、进一步的改进是，sgt器件还包括终端区。
15、在俯视面上，所述终端区环绕在所述原胞区的周侧。
16、在所述终端区中也设置有二维分布的所述第一沟槽以及形成于所述第一沟槽中的所述屏蔽栅介质层和所述源极场板。
17、进一步的改进是，所述终端区中还包括呈环形结构的第二沟槽，所述第二沟槽环绕在二维分布的各所述第一沟槽的外侧，所述第二沟槽中也填充有所述屏蔽栅介质层和所述源极场板本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种SGT器件，其特征在于，包括：形成于半导体衬底中的第一导电类型掺杂的漂移区，插入于所述漂移区中的多个源极场板，各所述源极场板形成于第一沟槽中，在所述源极场板和所述第一沟槽的内侧表面间隔有屏蔽栅介质层，所述源极场板用于对周侧的所述漂移区进行横向耗尽；
2.如权利要求1所述的SGT器件，其特征在于：在俯视面上，所述第一沟槽的边缘围成圆形；
3.如权利要求2所述的SGT器件，其特征在于：所述屏蔽栅介质层的材料包括二氧化硅；
4.如权利要求1或2所述的SGT器件，其特征在于：在俯视面上，在原胞区中，各所述第一沟槽二维周期排列，各所述第一沟槽之间的区域为平台区；
5.如权利要求4所述的SGT器件，其特征在于：所述源极场板的宽度设置为所述源极场板的填充所述第一沟槽时的最小填充宽度，以降低所述第一沟槽的宽度从而使所述第一步进减少或者使所述屏蔽栅介质层的厚度增加从而使所述击穿电压增加。
6.如权利要求4所述的SGT器件，其特征在于：SGT器件还包括终端区；
7.如权利要求6所述的SGT器件，其特征在于：所述终端区中还
8.如权利要求6所述的SGT器件，其特征在于：所述原胞区和所述终端区中的所述第一沟槽的排列周期相同并形成一个整体的二维分布结构；
9.如权利要求8所述的SGT器件，其特征在于：所述原胞区中的各所述第一沟槽中的所述源极场板都连接到由正面金属层组成的源极。
10.如权利要求9所述的SGT器件，其特征在于：在所述终端区中，第一部分区域中的所述第一沟槽中的所述源极场板都连接所述源极，第二部分区域中的所述第一沟槽中的所述源极场板浮置，所述第一部分区域呈环形并环绕在所述原胞区的外周，所述第二部分区域呈环形并环绕在所述原胞区的外周。
11.如权利要求10所述的SGT器件，其特征在于：所述第一部分区域的宽度为所述体区的外周边缘向外延伸的宽度，所述第一部分区域的宽度为所述漂移区的长度的3倍以上，所述漂移区的长度为所述体区底部的所述漂移区的纵向深度。
12.如权利要求4所述的SGT器件，其特征在于：在所述原胞区中，还包括：
13.如权利要求12所述的SGT器件，其特征在于：在俯视面上，所述栅极结构呈沿X方向延伸的条形结构；
14.如权利要求12所述的SGT器件，其特征在于：在俯视面上，所述栅极结构环绕在所述第一沟槽的周侧；原胞的区域为所述栅极结构的环绕区域，在所述原胞区中，各所述原胞周期排列而成。
15.如权利要求14所述的SGT器件，其特征在于：在俯视面上，所述原胞呈六边形。
16.如权利要求14所述的SGT器件，其特征在于：在所述半导体衬底上形成有第一导电类型掺杂的第一外延层，各所述第一沟槽都形成于所述第一外延层中，所述漂移区形成于所述第一外延层中。
17.如权利要求16所述的SGT器件，其特征在于：所述第一外延层为单层结构、多层结构或者掺杂浓度渐变结构。
...【技术特征摘要】
1.一种sgt器件，其特征在于，包括：形成于半导体衬底中的第一导电类型掺杂的漂移区，插入于所述漂移区中的多个源极场板，各所述源极场板形成于第一沟槽中，在所述源极场板和所述第一沟槽的内侧表面间隔有屏蔽栅介质层，所述源极场板用于对周侧的所述漂移区进行横向耗尽；
2.如权利要求1所述的sgt器件，其特征在于：在俯视面上，所述第一沟槽的边缘围成圆形；
3.如权利要求2所述的sgt器件，其特征在于：所述屏蔽栅介质层的材料包括二氧化硅；
4.如权利要求1或2所述的sgt器件，其特征在于：在俯视面上，在原胞区中，各所述第一沟槽二维周期排列，各所述第一沟槽之间的区域为平台区；
5.如权利要求4所述的sgt器件，其特征在于：所述源极场板的宽度设置为所述源极场板的填充所述第一沟槽时的最小填充宽度，以降低所述第一沟槽的宽度从而使所述第一步进减少或者使所述屏蔽栅介质层的厚度增加从而使所述击穿电压增加。
6.如权利要求4所述的sgt器件，其特征在于：sgt器件还包括终端区；
7.如权利要求6所述的sgt器件，其特征在于：所述终端区中还包括呈环形结构的第二沟槽，所述第二沟槽环绕在二维分布的各所述第一沟槽的外侧，所述第二沟槽中也填充有所述屏蔽栅介质层和所述源极场板。
8.如权利要求6所述的sgt器件，其特征在于：所述原胞区和所述终端区中的所述第一沟槽的排列周期相同并形成一个整体的二维分布结构；
9.如权利要求8所述的sgt器件，其特征在于：所述原胞区中的各所述第一沟槽中...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾大杰，张振宇，
申请(专利权)人：南通尚阳通集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：
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