CN1527403A - 功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置，该装置包含：一汲极，由硅基板形成；一磊晶层，形成于上述硅基板之上；一阱层，形成于上述磊晶层之上；一源极接触区，形成于上述阱层之上；以及两个沟渠式闸极，利用光刻技术蚀刻上述源极接触区、上述阱层，直到上述磊晶层而形成，在上述沟渠的侧壁形成氧化物并在上述沟渠内沉积多晶硅，该装置还包括一栓塞，用上述沟渠式闸极作为光罩，通过蚀刻部分的源极接触区至上述阱层上部，利用自我对准方式在上述阱层上部离子布置一第二导电型重掺杂物而形成，上述栓塞在上述经蚀刻的部分源极接触区的正下方直到上述阱层之内，上述栓塞与上述源极接触区并未在同一水平上。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有降低导通电阻值且具备有减少电流快速反向(snap-back)及增加耐雪崩击穿(avalanche breakdown)电流能力的沟渠式功率金属氧化物半导体场效应晶体管(Trenchpower MOSFET)装置及其制造方法，且更特定地，涉及一种双沟渠式闸极功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置，其具有优异品质及高度可靠性，可降低导通电阻值及提高耐雪崩击穿电流。
背景技术
功率金属氧化物半导体场效应晶体管(下文中简称为功率MOSFET)装置为了取得低的导通电阻值(RDSON)，大多采取沟渠式技术，尤其为使信道电阻值(Rch)、磊晶层电阻值(Repi)及接面电阻值(Rj)降低以获得更低的导通电阻值，常采用双沟渠式闸极的设计。然而，沟渠式功率MOSFET装置在制造上往往会遇到沟渠侧壁上氧化物分布无法精确控制横向定位的问题，因而造成氧化物分布不均匀，甚至常因沟渠侧壁上欠缺氧化物而发生短路或大量泄漏电流的现象。如图1中所示的公知的沟渠式MOSFET装置中，在沟渠底部呈直角状的转角部因为硅(Si)转换成二氧化硅(SiO2)体积增加使得该处的氧化物形成更薄而导致高电场密度增加，因而降低该MOSFET装置之可靠性。Jongdae Kim等人于2001年12月号的″IEEE ELECTRON DEVICE LETTER″第22册12号中揭示了一种″利用自我对准技术及氢气退火的高可靠度沟渠式DMOSFET(A Highly Reliable Trench DMOSFET EmployingSelf-Align Technique and Hygrogen Annealing)″，其中描述了利用氢气退火以使沟渠底部形成转圆角来克服上述问题，如图2中符号A所示。该装置虽可以用自我对准技术来减少制造步骤及利用转圆角来改善漏电，但在磊晶层中的电流仍集中在双闸极的正下方，使阱层下方的电流信道狭窄及不均匀，致导通电阻值无法进一步降低，尤其在防止电流快速反向及雪崩击穿上并无任何改进。
在公知的功率MOSFET装置(以N信道为例，未图式)中，为使导通电阻值(RDSON)降低，常在源极接触区增加一掺杂高浓度P+的栓塞(plug)用来降低接触电阻值(Rc)，但由于该P+栓塞与源极N+掺杂区处于同一水平而当反向漏电电流产生时使该反向漏电电流从N-磊晶层流过该P-阱及P+栓塞到源极，而在P-阱与P+栓塞间产生电压降，当此电压降大于0.6伏特时，会使PN寄生二极管导通而产生大量反向漏电电流，以致发生电流快速反向的现象，且该大量漏电流一般集中在P阱与N-磊晶层的接口处，造成雪崩击穿的电流，使该接口处产生高温，使该功率MOSFET装置损坏。
因此，有必要设计出一种沟渠式功率MOSFET装置，其除了可利用自我对准技术制造来减少生产步骤外，同时还须具备减少电流快速反向及提高耐雪崩击穿电流能力的沟渠式功率MOSFET装置，使该装置之品质及可靠性大幅提高，进而使该装置可适应电路上各种瞬间电源电压不稳定情况下的变化。
发明内容
为解决上述公知技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自我对准沟渠式功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置，其除了具有低的导通电阻值之外，尚具备减少电流快速反向及增加耐雪崩击穿电流的能力
为实现上述目的，本发明提供一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置，该装置包含：一汲极，由一离子布植有第一导电型重掺杂物的硅基板形成；一磊晶层，形成于上述硅基板之上，离子布植有第一导电型微掺杂物；一阱层，形成于上述磊晶层之上，离子布植有第二导电型微掺杂物；一源极接触区，形成于上述阱层之上，由离子布植第一导电型重掺杂物而形成；以及两个沟渠式闸极，依靠光罩利用光刻技术蚀刻上述源极接触区、上述阱层，直到上述磊晶层而形成，在上述沟渠的侧壁形成氧化物并在上述沟渠内沉积多晶硅，该装置还包括一栓塞，用上述沟渠式闸极作为光罩，通过蚀刻部分的源极接触区至上述阱层上部，利用自我对准方式在上述阱层上部离子布植一第二导电型重掺杂物而形成，上述栓塞在上述经蚀刻的部分源极接触区的正下方直到上述阱层之内，上述栓塞与上述源极接触区并未在同一水平上。
本发明还提供一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置的制造方法，包含下列步骤：
a.提供一离子布植有第一导电型重掺杂的硅基板作为汲极；
b.在上述硅基板之上磊晶地形成一磊晶层，并离子布植第一导电型微掺杂物；
c.在上述磊晶层上形成一阱层，上述阱层离子布植第二导电型的微掺杂物；
d.在上述阱层上形成一源极接触区，上述源极接触区离子布植第一导电型重掺杂物；以及
e.依靠光罩利用光刻技术蚀刻上述源极接触区和上述阱层，直到上述磊晶层，形成两个沟渠，在上述沟渠的侧壁上形成氧化物，且在上述沟渠内沉积多晶硅而形成闸极，
该方法还包括，用上述沟渠式闸极作为光罩，蚀刻部分的源极接触区至上述阱层上部，利用自我对准方式在上述该阱层的上部，离子布植第二导电型重掺杂物而形成一栓塞，上述栓塞在上述经蚀刻的部分源极接触区的正下方直到上述阱层之内，且上述栓塞与上述源极接触区并未在同一水平上。
附图说明
图1为描绘公知技术的沟渠式功率MOSFET装置概括结构示意图；
图2为描绘公知技术的双闸极功率MOSFET装置概括结构示意图；
图3a至图3g为根据本发明的功率MOSFET装置的制造步骤示意图。
具体实施方式
如图3a至图3g中所示，为本发明自我对准沟渠式功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置实施例的制造步骤，其中将以N信道型为例予以说明，相同的组件符号将代表相同的组件。
如图3a中所示，提供一N+的第一导电型重掺杂硅基板1，该硅基板1作为该功率MOSFET装置的汲极，其下方表面可电镀一导电金属作为汲极接点(未图示)，首先，在该基板1上磊晶地形成一磊晶层2，然后，将一第一导电型微掺杂物离子布植形成N-磊晶层2，接着，在该N-磊晶层上成长一阱层3，该阱层3是使用离子布植一第二导电型之微掺杂物(P-)形成；在图3b中，显示一源极接触区4，其形成于该阱层3之上通过离子布植一第一导电型重掺杂物(N+)形成；然后，在第3c图中，使用一光罩，利用光刻技术蚀刻该源极接触区4和该阱层3，直至该磊晶层2中，形成如图3c所示的两个沟渠；接着，在图3d中，去除在该光刻技术中所涂覆的光罩材料，再在上述沟渠的侧壁沉积闸极氧化物(如二氧化硅)，形成绝缘间隔物，然后在上述沟渠内沉积多晶硅而形成闸极5。
在图3e中，在该闸极5上方沉积BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)绝缘物，且在该处涂覆光罩材料(PR)而利用光刻技术蚀刻该两闸极间之部分的源极接触区4至阱层3上部，然后去除光罩材料(PR)；在图3f中，用上述闸极5当作光罩，利用自我对准方式在该经蚀刻的部分源极接触区正下方直到该阱层3之内，离子布植一第二导电型重掺杂物，形成一P+栓塞6，其中该P+栓塞6与该N+源极接触区4的水平上不同；然后在图3g中，在该装置上方电镀一诸如铝(Al)的源极金属7而形成接触该P+栓塞6的源极接点。
如上所述，根据本发明的观点，在该N+源极接触区4布植有P+的栓塞，可有效地降低源极接触电阻值(Rc)而使导通电阻值(RDSON)降低，且由于该P+栓塞6与该N+源极接触区4之水平上不同以及该栓塞6深入该阱层3之内，不易造成该阱层3、该栓塞6与该源极接触区4间寄生二极管的导通，故可防止电流快速反向，且因该栓塞6深入该阱层3之内，使导通电阻RDSON变得更小而提升雪崩击穿电压。
虽然上述说明是通过N-信道功率MOSFET装置来加以描述的，但本发明亦可适用于P-信道功率MOSFET装置，其中仅须将P改为N，以及将N改为P即可。
Claims (2)
1.一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置，该装置包含：一汲极，由一离子布植有第一导电型重掺杂物的硅基板形成；一磊晶层，形成于上述硅基板之上，离子布植有第一导电型微掺杂物；一阱层，形成于上述磊晶层之上，离子布植有第二导电型微掺杂物；一源极接触区，形成于上述阱层之上，由离子布植第一导电型重掺杂物而形成；以及两个沟渠式闸极，依靠光罩利用光刻技术蚀刻上述源极接触区、上述阱层，直到上述磊晶层而形成，在上述沟渠的侧壁形成氧化物并在上述沟渠内沉积多晶硅，其特征在于：该装置还包括一栓塞，用上述沟渠式闸极作为光罩，通过蚀刻部分的源极接触区至上述阱层上部，利用自我对准方式在上述阱层上部离子布植一第二导电型重掺杂物而形成，上述栓塞在上述经蚀刻的部分源极接触区的正下方直到上述阱层之内，上述栓塞与上述源极接触区并未在同一水平上。
2.一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管装置的制造方法，包含下列步骤：
a.提供一离子布植有第一导电型重掺杂的硅基板作为汲极；
b.在上述硅基板之上磊晶地形成一磊晶层，并离子布植第一导电型微掺杂物；
c.在上述磊晶层上形成一阱层，上述阱层离子布植第二导电型的微掺杂物；
d.在上述阱层上形成一源极接触区，上述源极接触区离子布植第一导电型重掺杂物；以及
e.依靠光罩利用光刻技术蚀刻上述源极接触区和上述阱层，直到上述磊晶层，形成两个沟渠，在上述沟渠的侧壁上形成氧化物，且在上述沟渠内沉积多晶硅而形成闸极，
其特征在于：该方法还包括，用上述沟渠式闸极作为光罩，蚀刻部分的源极接触区至上述阱层上部，利用自我对准方式在上述该阱层的上部，离子布植第二导电型重掺杂物而形成一栓塞，上述栓塞在上述经蚀刻的部分源极接触区的正下方直到上述阱层之内，且上述栓塞与上述源极接触区并未在同一水平上。
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| WO2011131030A1 (zh) * | 2010-04-22 | 2011-10-27 | 复旦大学 | 一种使用光电子注入进行电导调制的功率器件与方法 |
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