經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 一、發明背景 1. 發明領域： 本發明是有閫於平面型MO S F E T功率元件之结構 及製程，本發明特別是闥於一新穎的結構，Μ改良的製造 程序作成，使得當單元（cell)密度增加，多晶矽閘極（ polysilicon gate)寬度減少時，MOSF E T元件仍維 持一低的JFET電阻。 2. 習知技術
一般製造金靨氧化物矽場效應晶體（Metal oxide silicon field effect transistor-MOSFET)功率元件常 被技術上的困難所限。特別是一般平面型结構的M〇 S F E T功率元件Μ正方形、六角形的拓撲分佈，當這些MO 5 F E T功率元件的密度增加而多晶矽閘極寬度減少時， 導通電阻（on-resistance)會隨之增加。但一平面型的Μ 0 S F Ε Τ功率元件表面層上被多晶矽層所蓋之面積有限 •當閛極再縮小時，會加剌附存的J F Ε Τ自束效應；而 使得密度增高時·導通電阻升高。反之，當多晶矽閘極的 大小不變，Μ避免自束效應，而縮小源極及本體區（source 6 body region)時，即在多晶矽層上的開口減小，也會造 成導通電路的增加，瑄是因閘極之寬度相對於每單位面積 減少所致。因為這些限制，MOSFET功率元件的單元 密度，被限在6.5X106 cells/inch2 ，對一般技術水平 者而言•要再增加單元密度是不許可的而且可能對元件功 能造成不利。只有在自束效應能被削減的情況下，單元密 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---------,^-------1T------- ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3〇^S〇2 —^_ 五、發明説明（） 度增加才有好處，再者，接面埸效應晶體 ( J F E Τ )可 以淺的本體接面（body ju net i on)來減少其電阻，然而功 率元件的崩潰II壓（breakdown voltage)也會惡化；因此 ，功率元件性能上各功能之特性如何權衝其損益，成為設 計者不能僅Μ—平面結構來解決的難題。 為更了解習知技術中的困難，在此首先闡述一般生產 Μ 0 S F Ε Τ功率元件的製程。第一圖為一典型的用雙擴 散（diffusion)技術來控制通道長1的垂直型雙擴散Μ0 S (VDMOS)元件。為要在矽表面之下產生兩個緊密 連接的pn接面，先用硼植入（Implant) P擴散•再Μ砷或 磷植入η擴散。如第一圖所示，在包含此ΡΝ接面的VDM 0 S中•汲極電壓（drain voltage)是垂直的跨越在η· 型的晶膜層（η· epilayer) 15,電流17先横向的由源 極（sour€) 1 0流經控制通道（channel) 1 6平行於矽基體 的表面，電流1 7然後轉一直角垂直的往下流經汲極晶膜 層再流向汲極接觸點13。在此结構中，P型體區14, 在當足夠的正電壓附加其上時形成一通道1 6，而且此P 體區14是Μ與η-型源極區10經同一在氧化矽層上蝕 刻出的植入窗（implant window)，再次擴散後所形成的。 其中通道的長度1可由製程來控制•因在P型通道及η-層中，相對的接雜濃度（relative doping concent rat丨ons)，在空乏層（depletion layer)中所支擦的BVds ，即汲極1 3至源極1 ◦的電壓，延伸入了晶膜層而不横 向的加附在通道16上。 -4 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 批农------tr-------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 ___E__ 五、發明説明（） 為了最佳使用矽晶，功率MO S F E T單元是Μ封密 型结構製成，其结構如第二Α圖及第二Β圖所示，可有不 同組成方法。為達成高電流效應，可將各單元並聯。如第 二B圖所示閛極是Μ多晶矽材料製成·對功率MOSFE Τ元件而言，有幾種優點；首先* Μ金屬與外界之連接程 序可Μ簡化，先形成一氧化矽層覆蓋於多晶矽閘極上，再 將用以連接源極之金層蓋於其上之整面。多晶矽層可很準 確的沉積（deposited)，且較鋁形的閘極不易被雜質污染 ，故穩定性高，並能自動在閘極1 9邊緣與源極排齊，故 能簡化製程。 在一般雙擴散晶體製程中，Μ —多晶矽閘極光罩來造 成自動排齊（self aligned)雙擴散通道區（double diffus ed channel region)是習知的技術，請參照第三A圖至第 三C圖，Μ瞭解一般的製程。在第三A圖中，一硼離子束 1 5植入一N-晶膜層20，此晶膜層被一N +的基層2 5支撐著，而兩邊形成了本體區30，就構成了一DM0 S元件1 0，閘極35在此製程中用來作—光罩K植入的 方法來形成本體區30，故本體區30自動與閘極35排 齊了，植入的P型離子再Μ擴散法增加其深度，請參照第 三Β圖，一個Ν +阻隔光罩40用作源極體之砷或磷離子 植入時*蓋住並遮擋住本體區3 0，一驅入步驟再用以形 成較淺的源極區50，一個Ρ +區55隨後在體區接觸區 ΜΡ-型植入形成•正如第三C圖所示。 上述傳統的製程，並無法提供一有效的方法Μ克腋目 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） I —裝 訂 I Μ. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ,A7 _._B7_ 五、發明説明（） 前6.5父1〇6<^118/丨0(^2，的密度限制^為了增加單元 密度*當閘極縮小時又加剌了附存J F E T的自束效應， 而導至導通電阻之升高。故閘極縮小有一本身構造性的限 制，造成J F E T面積成正比的減少，這些問題，傳統製 造方法及程序，都無法解決。 在美國專利4,931,408中，謝（Hshieh)提供一種用旁 壁間隔（sidewall spacer)來製造P體區的方法，在植入 及擴散過程中，一旁壁間隔用來作一光罩促使自動排齊的 效果，當植入後，在後壤的擴散過程中，本體區中的離子 因旁壁區隔的功用，只有一小部份擴散入閘極區域.*等本 體區完成後，旁壁間隔就除去，再Μ植入或擴散方法形成 源極區。由於本體區的摻雜物只有限度的擴散人閘極下部 ，位於源極區及本體區邊緣在閘極下的道通區可再縮短， 而使通道的導通電阻更加降低。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 謝所揭露的方法是用Μ製造有深層的本體區之DMO S晶體，保持短的通道，Κ避免把一附存的ΝΡΝ兩極晶 趙（bipolar transistor)接通，故當Ρ體區形成後，旁壁 間隔即除掉，再來形成源極區。對一具平常技藝者而言， 此方法不能提供一解決MO S F E T中J F E T電阻因閘 極寬度變小而升高問題的解決方法•其原因是在DMOS 的造形中，因深層體區之要求，以旁壁間隔法在多矽閘極 所爭取到的空間•是用Μ補償體區深層擴散所增加的横向 擴散而已，而不能使多晶閘極的實際面積縮小，再者，此 一先前美國專利是用在高電壓類比型的元件上，適用電壓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7__ 五、發明説明（） 在50 — 60V，由於謝的專利在结構、，設計、功能及使 用電壓上都不同於一平常的數值型的MO S F E T功率元 件，故此專利對具一般MO S F E T設計的技藝者而言* 不能顯而易知的提供解決現有MO S F E T之問題的解答 〇 故對M〇 S F E T功率元件之製造設計這一工藝而言 *目前仍有待一改良式的结構及製造方法，來解決現存的 問題。 發明特性： 本發明即在提供一改良的MO S F E T结構及製造方 法來克服上述習知技術中所遭遇的困難。 本發明之特定的目的是提供一改良的MO S F E T结 構及製程，用新的结構來減少横向擴散*使得本體區及源極 區摻雜物都少擴散到閘極下，故使多晶矽閘極變小而不增 加J F E T電阻。 本發明之另一目的在於提供一改良的MOSF E T结構及製程，使源極區擴散至閘極下之距離減少，而使 重叠區減少，故能減少重叠所衍生的附存電路而增加M0 SFET的開翮速度。 這些目的及優點，對具一般技藝者而言，當參照下列 的圖示並閱謓發明說明，並研究各實施例後 > 一定無可置 疑的能明白本發明所閫述的内容。 匾示的簡單說明： 第一圖為一先前技術之一般MO S F E T元件的结構截面 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） II 裝 I I I 訂— I I I I — ^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印製 3〇43〇2 a7 B7 五、發明説明（） 圖； ， 第二A圖至第二B圖為先前技術中六角及正方形MO S F E T層面之結構圖； 第三A_至第三C圖顯示先前技術中製造如第一圖及第二 圖之MOSF E T所用的製造步驟。 第四A圖至第四F圖顯示本發明所提供的MO S F E T之 製程步驟。 第五圖為本發明之MO S F E T功率元件之截面圖。 發明說明： 第四A圖至第四F圖為製造一MO S F E T功率元件 1 0 0的製造步驟，第四A圖顯示開始在N +基體（subst rate)l 05上形成一 N -晶膜1 1 0，晶膜的電阻為0.1 至 1.0 ohm-cm，基體 1 0 5 的電阻為 0.001 至 0.007〇hn-cm 。晶膜層110的厚度與電阻只依功率元件對通路電阻和 崩潰甯屋之要求而定。在一實施例中，晶膜層1 1 0的厚 度約為6至8 mierons，一閘極氧化製程先用Μ形成一閘 極氧化層1 1 5。一多晶矽閘極1 20再存積在氧化層1 15上。一POCL3摻雜程序作完後，再以60 — 80 Kev砷離子束Μ離子通量密度5至1 〇x 1 5 15/ cm2作 植入，一多晶光罩作非等向蝕刻來界定多晶矽閘極。一無 摻雜低溫氧化層或氮化層再沉積在全表面上*厚度為30 00—6000A如第四B圖所示。一無光罩非等向蝕刻 再垂直的蝕刻氧化層115而留下一氧化或氮化閘極隔區 1 40附著在閘極1 2 0的旁壁上，此旁壁間隔之寬度因 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 裝 I 訂·$, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 304302 A7 B7 五、發明説明（） 閘極120之厚度及氧化或氮化層13α之厚度有所變化 。旁壁間隔1 40在植入程序中起了如光罩之作用，而阻 擋後續Ρ體1 60之硼雠子植入。請參照第四c圖，一硼 離子束1 50Μ50至60Kev之能量和3Χ 1 013至3 X 1 014/cm2之通量密度在P體區1 60植入，一P體 區1 60擴散程序Μ加溫至1 000¾至1 2001維持 高溫十分鐘至三小時，以加深P體區1 6 0到1至2.0 mic rons之深度。 請參照第四D圖，一N +光罩，即一光阻用來MN + 植入離子束在60 - 1 OOKev能量5X 1 〇15/cm2至 1 X 1 516/cm2通量密度來形成N +源極區1 70。將 光阻剝去後，此N +源極區1 70以擴散方法加深到0.2 〜l.Ow ，再KP +植入來形成P +區180。參照第四 E圖，多晶矽閛極1 2 0上之氧化層及N +源極區和P + 區，即1 70及1 80區，Μ乾性蝕刻除去。屈折金羼層 •例如鈦，Μ5 0 0 — 1 0 0 0 Α之厚度積存在整個上表 面，矽化钛層1 90，在氮氣中Μ快速加溫冶煉至650 它一70013之方法形成而覆蓋在多晶矽閘極1 20，Ν +源極區1 70及Ρ +區1 80之上，未反應之钛，再Κ 氧化法去除，此矽化钛層之電阻*再經一在氧氣中加溫至 800TC — 900t：之冶煉程序而更加減低。 如第四F圖所示，BPSG或PSG層200以沉積 形成厚度約為5000A-1 5000A，BPSG流或 P SG加密度處理在9 0 0七一 9 5 OC下進行三十分鐘 -9 - 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ^^1 I— In In n.— m In -n in 0¾ ，yB (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 A7 ___ ._Ξ_ 五、發明説明（） 到一小時，然後加一接觸光罩用蝕刻方法來界定接觸點， MOSF E T功率元件1 00以金靥接觸存積（metal contact deposite)，並加以触刻（用一未顯示之金靥光 罩為之）即完成M0SFET之製程。 第五圖顯示本發明的一實施例，M0SFET元件1 0 0M第四A圖至第四F画所敘述的製造法製成，MO S F E T之元作结構能以克服先前技術之障礙，從截面圖上 可清楚看見改良之優異點*其新穎的改良處為一氮化或氧 化的間隔（spacer) 14〇附替於多晶矽閘極1 20旁壁上 /間隔1 40是在多晶矽閘極1 2 ◦摻雜程序完成後，Μ 低溫氧化（L TO)或氮化沉積（Nitride deposition)， 再以非等向触刻（anisotropic etching)所製造*附加一 層的矽化鈦TiSi2是在P體植入及N +源極區1 70植入 及光阻去除後所形成的，此間隔1 40提供特別的優點。 ⑴因有間隔1 40之阻隔，在間隔1 40及多晶矽閘 極1 20下之P體及N +源極區1 70的横向擴散，因之 減少，故單元之體積可更加縮小，不致相對的縮短通道之 長度而增加了 JFET電阻。並且，因P體及N +源極區 1 7 0的深度維持不變，雖然單元縮小而能保持同樣的崩 潰電壓； (2)因源極區1 70及多晶矽閘極1 20間之重《區面 積減少* M0SF ET元件之開闞速度，因寄生電容減小 的優越性，而能增快。 雖然本發明Μ上述之實施例敘述•但Μ上的揭露及說 -10 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210Χ297公釐） — — — — — — — 裝— — I I I I 訂— I I I *" (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（） 明的具體描述並不作為解釋本發明權利範·圍之侷限。一旦 閱讀本發明所揭露之內容，對具一般技藝人士各樣之變化 •修改即已明白，因之，下列之專利權利要求項只要變化 及修改不出本發明的精意及內容者，都應被納入包含在本 發明權利範圍内。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）