CN102856385A - 一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有沟槽源极场板的TrenchMOSFET晶体管及其制备方法，所述晶体管下往上依次包括漏极（213）、衬底（200）、漂移区（201）及源极（212）；漂移区（201）设有若干深沟槽（202），深沟槽（202）内设有沟槽源极场板（204），沟槽源极场板（204）两侧的深沟槽（202）内设有厚氧化层（203），沟槽源极场板（204）两侧的厚氧化层（203）上各设有一个栅极（206），栅极（206）与深沟槽（202）的内壁之间设有栅极氧化层（205）。通过本发明，能增强晶体管的耐压能力，同时获得更快的开关速度、更小的损耗。

Description

一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管及其制备方法

技术领域

本发明涉及晶体管领域，具体是一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管及其制备方法。

背景技术

沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管（Trench MOSFET）是近几年迅速发展起来的新型功率器件，由于它比双极型功率器件具有许多优良性能：如高输入阻抗，低驱动电流，没有少子存储效应，开关速度快，工作频率高，具有负的电流温度系数，并有良好的电流自调节能力，可有效地防止电流局部集中和热点的产生，电流分布均匀，容易通过并联方式增加电流容量，具有较强的功率处理能力，热稳定性好，安全工作区大，没有二次击穿等，已广泛应用于各种电子设备中，如高速开关电路，开关电源，不间断电源，高功率放大电路，高保真音响电路，射频功放电路，电力转换电路，电机变频电路，电机驱动电路，固体继电器，控制电路与功率负载之间的接口电路等。

沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管（Trench MOSFET）采用硅片背面作为漏极，硅片上制造外延层，在外延层中挖沟槽，在沟槽中生长一层栅氧化层，然后再淀积多晶硅栅电极，在栅电极和源极之间有隔离层BPSG。在外延层中制备沟道体和源极。

这种结构的沟槽式金属氧化物半导体场效应晶体管（Trench MOSFET）的缺点（以NMOS为例）在于，第一，栅极多晶电位大于0，从而吸引除沟道体外的N型轻掺杂的外延层中的电子在栅氧化层与外延层交界面上，相当于增大了外延层的掺杂浓度，导致击穿电压降低，限制了器件的耐压；第二，多晶硅栅极、栅极氧化层和漏极组成的寄生电容，限制了晶体管的开关速度，增大了晶体管的开关损耗。

发明内容

本发明提供了一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管及其制备方法，解决了传统的Trench MOSFET耐压能力较差，同时开关速度较慢、开关损耗较大的问题。

本发明为解决技术问题主要通过以下技术方案实现：一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管，从下往上依次包括漏极、衬底、漂移区及源极；

所述漂移区设有若干深沟槽，深沟槽内设有沟槽源极场板，所述沟槽源极场板两侧的深沟槽内设有厚氧化层，沟槽源极场板两侧的厚氧化层上各设有一个栅极，栅极与深沟槽的内壁之间设有栅极氧化层；

所述相邻深沟槽之间设有体区，所述体区的上方设有两个源区和一个欧姆接触区，两个源区分别位于欧姆接触区的两侧；

所述深沟槽的上方设有隔离氧化层，隔离氧化层上设有若干接触孔，欧姆接触区通过接触孔与源极连通。

所述沟槽源极场板的顶部与深沟槽的上沿相平。 

所述栅极的顶部与深沟槽的上沿相平。

所述栅极、栅极氧化层及体区的最底端均位于深沟槽的中部以上。     

一种制备上述具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管的方法，包括以下步骤：

a、在衬底上生长外延层，即漂移区；

b、在漂移区中刻蚀深沟槽，并在深沟槽内生长厚氧化层；

c、在深沟槽内淀积沟槽源极场板，并将沟槽源极场板回蚀至与深沟槽的上沿相平；

d、对步骤b中得到的厚氧化层进行刻蚀，并使厚氧化层位于深沟槽的上沿以下；

e、在经过刻蚀后的厚氧化层上淀积栅极，然后将栅极回蚀到与深沟槽的上沿相平；

f、栅极形成后，在漂移区内注入体区；

g、在漂移区内注入源区；

h、在深沟槽上方淀积隔离氧化层，并在隔离氧化层上刻蚀接触孔；

i、通过接触孔向漂移区注入欧姆接触区；

j、在漂移区上淀积金属，形成源极；

k、在衬底的下表面淀积金属，形成漏极。

所述步骤k的具体过程为，先对衬底进行减薄操作，使衬底的厚度为200um，然后在衬底的下表面淀积金属，形成漏极。

本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

（1）本发明的晶体管当MOSFET反向偏置时，由于沟槽源极场板连接到源极共同接地，沟槽源极场板使耗尽区向电流的垂直方向耗尽，这样就使原来只沿电流方向耗尽的空间电荷区变为横向纵向同时耗尽的空间电荷区。在漂移区的相对侧通常存在相似的沟槽源极场板，从而漂移区从两侧耗尽，这允许漂移区的掺杂浓度显著高于其他情形阻挡漏极与源极之间的反向电压所需的浓度，这样在提高晶体管击穿电压的同时，并没有提高晶体管的导通电阻，由于沟槽源极场板的存在，与传统晶体管相比降低了导通电阻。

（2）本发明的沟槽源极场板将栅极与漏极分开，把传统晶体管的栅漏电容变为现在的栅源电容，又由于沟槽源极场板下面的厚氧化层使形成的栅源电容也非常小，用较小的栅源电容代替传统晶体管的具有米勒效应的栅漏电容，从而使MOSFET能以较高的频率操作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，本实施例的Trench MOSFET晶体管从下往上依次包括漏极213、衬底200、漂移区201及源极212；

漂移区201设有若干深沟槽202，深沟槽202内设有沟槽源极场板204，沟槽源极场板204两侧的深沟槽202内设有厚氧化层203，沟槽源极场板204两侧的厚氧化层203上各设有一个栅极206，栅极206与深沟槽202的内壁之间设有栅极氧化层205；

本实施例的相邻深沟槽202之间设有体区207，所述体区207的上方设有两个源区208和一个欧姆接触区211，两个源区208分别位于欧姆接触区211的两侧；

本实施例的深沟槽202的上方设有隔离氧化层209，隔离氧化层209上设有若干接触孔210，欧姆接触区211通过接触孔210与源极212连通。

本实施例的沟槽源极场板204的顶部与深沟槽202的上沿相平。 

本实施例的栅极206的顶部与深沟槽202的上沿相平。

本实施例的栅极206、栅极氧化层205及体区207的最底端均位于深沟槽202的中部以上，也可以这么说，栅极206、栅极氧化层205及体区207大体上位于同一水平高度，该栅极206被栅极氧化层205与体区207相隔开，同时也与沟槽源极场板204相隔开。

沟槽源极场板204与源极212连接，当MOSFET反向偏置时，沟槽源极场板204向电流的垂直方向耗尽漂移区201里的载流子，由于在漂移区201的相对侧存在相同的具有沟槽源极场板204的结构，使漂移区201里的载流子从两侧被耗尽，从而使MOSFET截止时具有更高的耐压。这允许漂移区201的掺杂浓度显著高于传统结构阻挡漏极213与源极212之间的反向电压所需的浓度，也就是在使器件达到相同击穿电压的时候，具有沟槽源极场板结构的漂移区201的电阻率比传统结构的漂移区的电阻率低。因此，降低了器件的导通电阻。

此外，沟槽源极场板204将栅极206与漏极213隔开，与传统结构的栅极与漏极相比，相当于增加了由栅极和漏极组成的寄生电容间的场板间距，因此减小了栅极204到漏极213的电容，可以使MOSFET以较高的频率操作。    

一种制备上述具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管的方法，包括以下步骤：

a、在衬底200上生长外延层，即漂移区201；

b、在漂移区201中刻蚀深沟槽202，并在深沟槽202内生长厚氧化层203；

c、在深沟槽202内淀积沟槽源极场板204，并将沟槽源极场板204回蚀至与深沟槽202的上沿相平；

d、对步骤b中得到的厚氧化层203进行刻蚀，并使厚氧化层203位于深沟槽202的上沿以下；

e、在经过刻蚀后的厚氧化层203上淀积栅极206，然后将栅极206回蚀到与深沟槽202的上沿相平；

f、栅极206形成后，在漂移区201内注入体区207；

g、在漂移区201内注入源区208；

h、在深沟槽202上方淀积隔离氧化层209，并在隔离氧化层209上刻蚀接触孔210；

i、通过接触孔210向漂移区201注入欧姆接触区211；

j、在漂移区201上淀积金属，形成源极212；

k、在衬底200的下表面淀积金属，形成漏极213。

步骤k的具体过程为，先对衬底200进行减薄操作，使衬底200的厚度为200um，然后在衬底200的下表面淀积金属，形成漏极213。

Claims (6)

1.一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管，其特征在于：从下往上依次包括漏极（213）、衬底（200）、漂移区（201）及源极（212）；

所述漂移区（201）设有若干深沟槽（202），深沟槽（202）内设有沟槽源极场板（204），所述沟槽源极场板（204）两侧的深沟槽（202）内设有厚氧化层（203），沟槽源极场板（204）两侧的厚氧化层（203）上各设有一个栅极（206），栅极（206）与深沟槽（202）的内壁之间设有栅极氧化层（205）；

所述相邻深沟槽（202）之间设有体区（207），所述体区（207）的上方设有两个源区（208）和一个欧姆接触区（211），两个源区（208）分别位于欧姆接触区（211）的两侧；

所述深沟槽（202）的上方设有隔离氧化层（209），隔离氧化层（209）上设有若干接触孔（210），欧姆接触区（211）通过接触孔（210）与源极（212）连通。

2.根据权利要求1所述的一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管，其特征在于：所述沟槽源极场板（204）的顶部与深沟槽（202）的上沿相平。

3.根据权利要求1所述的一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管，其特征在于：所述栅极（206）的顶部与深沟槽（202）的上沿相平。

4.根据权利要求1所述的一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管，其特征在于：所述栅极（206）、栅极氧化层（205）及体区（207）的最底端均位于深沟槽（202）的中部以上。   

5.一种制备权利要求1~4任一项所述的一种具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管的方法，其特征在于：包括以下步骤：

a、在衬底（200）上生长外延层，即漂移区（201）；

b、在漂移区（201）中刻蚀深沟槽（202），并在深沟槽（202）内生长厚氧化层（203）；

c、在深沟槽（202）内淀积沟槽源极场板（204），并将沟槽源极场板（204）回蚀至与深沟槽（202）的上沿相平；

d、对步骤b中得到的厚氧化层（203）进行刻蚀，并使厚氧化层（203）位于深沟槽（202）的上沿以下；

e、在经过刻蚀后的厚氧化层（203）上淀积栅极（206），然后将栅极（206）回蚀到与深沟槽（202）的上沿相平；

f、栅极（206）形成后，在漂移区（201）内注入体区（207）；

g、在漂移区（201）内注入源区（208）；

h、在深沟槽（202）上方淀积隔离氧化层（209），并在隔离氧化层（209）上刻蚀接触孔（210）；

i、通过接触孔（210）向漂移区（201）注入欧姆接触区（211）；

j、在漂移区（201）上淀积金属，形成源极（212）；

k、在衬底（200）的下表面淀积金属，形成漏极（213）。

6.根据权利要求5所述的一种制备具有沟槽源极场板的Trench MOSFET晶体管的方法，其特征在于：所述步骤k的具体过程为，先对衬底（200）进行减薄操作，使衬底（200）的厚度为200um，然后在衬底（200）的下表面淀积金属，形成漏极（213）。