TWM378481U - Power mosfet - Google Patents

Description

M378481 五、新型說明： 【新型所屬之技術領域】 本創作是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一 種功率金氧半導體場效電晶體（ρ〇· metal-oxide-semiconductor field effect transistor ； power MOSFET)。 【先前技術】 功率金氧半導體場效電晶體被廣泛地應用在切換 (power switch)元件上，例如是電源供應器、整流器或低 壓馬達控料。-般而言，功率錢轉體場效電晶 體^採取垂直結構的設計，以提升元件密度。其利用晶片 之背面作為祕，而於晶片之正面製作多個電晶體之源極 以及閘極。由於多個電晶體之沒極是並聯在—起的，因此 其所耐受之電流大小可以相當大。 一般而言，功率金氧半導體場效電晶體包括晶胞區 (cellarea)、閘極金屬區（gatemetaiarea)及金屬場 板區（metal field plate area)。閘極金屬區是用來傳輸閘 極的訊號，金屬場板區是用來提高整個元件的電場，且此 兩個區域通常可合稱為終端區（terminatG〇。隨著功率 金氧半導體場效電晶體之積集度的日益提升，功率金氧 半導體場效電晶體之尺寸亦隨之縮小。因此，如何將 功率金氧半導體場效電晶體的晶胞區、閘極金屬區及 场板區有效地整合在—起以縮小其尺寸，已絲業者亟為 M378481 重視的議題之一。 【新型内容】 有鑑於此，本創作提出一種功率金氧半導體場效電晶 體，可以將功率金氧半導體場效電晶體的晶胞區、閘極金 屬區及金屬)两板區有效地整合在-~起。 本創作另提出一種功率金氣半導體場效電晶體的製 造方法’其利用削減製程及自對準製程，可以避免功率金 氧半導體場效電晶體之接觸洞對溝渠的對準偏差，進而 縮小晶胞間的間距（cell piteh) ’提高元件的集積度。 #本創作提出—種功率金氧半導體場效電晶體， :第導電型之基底、具有第一導電型之磊晶 -、 具有第-導電型的至少—源極區電層、 層。遙晶層配置在基底上。主雜息弟—¥體層及弟三導體 溝木配置在主體層及部綠晶日中，其中 之-側的基底上U㈣雜觀置於溝渠 導體層填滿溝渠並延伸至部分溝渠的表面。第一 層藉由介電爲:齋’且與源極 曰而電性隔絕。笸二 且經介電層_ 體層配置於介 層與第三導體層分開導體層電性連接，其中 導體層及隔離結構上，且且上。介電層配置於 開口。源極區配置”有曝路。P分第1體 層配置於介電 之另1的主體層中。第— 導體 層上:且與源極區電性連接，但導體 生隔绍.。货-導 ’、弟〜導 —體層配置於介電層上 弟二導體 5 ，本創作之一實施例中，上述第一導體層包括埴 朱之弟-部分狀從第 上 部分的表面不高於主體層的表面。 _之弟― 渠之=〔之一實，中，上述第-導體層包括填滿溝 _ 刀M及從第—部分延伸至部分隔離結構上的第 :。刀，且介電層未覆蓋第一部分。第一導體 分的表面不高於主體層的表面。導體層之弟-部 分重實施例中，上述靖與隔離結構為部 晶體實施例中’上述功率金氧半導體場效電 氧化^❹二配置在溝渠之底部的第二氧化物層。第二 二氧化介電常數低於4的氧化物。此外，第 間。_酉己置在隔離結構的上表面與第-導體層之 晶體施==率金氧半導體場效電 於第二氧化物層‘離氧化物層之間以及 層的材料包括氮^ 表面之間的罩幕層。罩幕 在本創作之一# & + 晶體更包括覆蓋在“結構S3:氧半導體場效電 於罩幕層及隔離結構之間構玆，且罩幕圖案位 在本創作之一每Α 圖木的材料包括氮化矽。 晶體更包括覆蓋在功率金氧半導體場效電 W結構上的罩幕圖案。罩幕圖案的材 料包括氡化矽。 ，，創作之—實施例中，上述功率金氧半導體場效電 Ϊ刑ΜI括配置於第二導體層與主體層之間的具有第二導 电i的至少—摻雜區。 as 創作之—實施例中，上述功率金氧半導體場效電 層:匕括配置於主體層與第一導體層之間的墊氧化物 处播創作之—實施例中，上述隔離結構包括場氧化物 、-'。構或乂溝渠隔離結構。 料創作之—實施例巾，上述第—導體層的材料包括 夕晶。 創作之—實施例中’上述第二導體層及第三導體 層的材料包括鋁。 -道ΐ本創作之—實施例中’上述第-導電型為Μ，第 :、一型為？型；或第-導電型為Ρ型，第二導電型為Ν 型。 ,，在本創作的功率金氧半導體場效電晶體 t位於晶胞區及終端區㈣渠中配置填滿溝渠並 兮離結構上的導體層，以將晶胞區及終端區有 ΐ在I起’達到縮小元件尺寸的目的。

-1铷μ、創作於溝渠之底部形成的底氧化物層（即第 二乳化物層）的材料為介带木I 以降低閘極對祕之電容^數低於4的氧化物，因此可 ’有效地減少切換損失。 ’ § 之上迷特徵和優點能更明顯易懂，下文特 M378481 舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。 【實施方式】 圖1為依據本創作一實施例所繪示的-種功率金氧半 導體場效電晶體的製造方法之剖面示意圖。 請參照圖1’本創作之功率金氡半導體場效電晶體 l〇〇a包括具有第-導電型之基底脱、具有第一導電型之 遙晶層1〇4、具有第二導電型之主體層1〇6、隔離結構⑽、 墊氧化物層105a、氧化物層115、導體層124、導體層1%、 介電層129a、具有第-導電型的至少一源才碰128、具有 第二導電型的至少—摻純m、導體層n2及導體層咖 基底102例如是具有N型重摻雜之碎基底。此具有n 型重摻雜（N+)之絲底作為功率金氧半導體場效電晶體 l〇〇a之汲極。蠢晶層刚配置在基底搬上。蠢晶層⑽ 巧如是具有N型輕摻雜（N_)之磊晶層。N+表示具有較 问辰度之N f雜質者；表示具有較低濃度之N型雜質 者主體層106配置在轰晶層1〇4巾。主體層1〇6例如是 p型主體層。此外，溝渠112及溝渠114配置在主體層1〇6 及部分县晶層104中。溝渠114的寬度W2是溝渠U2的 寬度W1的約1〜2倍》 一隔離結構配置於溝渠114之一側的基底1〇2上。 Pm離構103例如是場氧化物（脇〇xide ; F〇x)結構或 淺溝渠隔離（shallowtfeneh—n ; STI)結構。隔離結構 103與主體層ι〇6可以部分重疊或彼此分開。在此實施例 中，是以隔離結構103與主 之’但本創作並不以此為限。氧9 ^部分重疊為例來說明 及溝渠⑴的表面。氣,化物層】！5g己置在溝渠⑴ 物層115的厚度例 ' 的材料包括氡化矽。氧化 氧化=5的厚度例==埃。在—實施例中， 並延伸至部分隔導體層126填滿溝渠114 的材料例如是Ν型會换 。V體層124及導體層120 間。塾氧化層Η)5的材料包括^體f 106與導體層⑼之 導體層以、以及介電層_配置於 層126之開σ 133。㈣2 3上’且具有曝露部分導艚 鱗物⑽〇)、= = 或未摻雜之㈣璃（USG)帛（PSG)、_玻璃（哪） -部!!㈣ί ί ’導體層126包括填滿溝渠H4之第 一卩及攸第—部分125延伸至部分隔離結構1〇3 心同弟一部分127’且介電層129a覆蓋部分第一部分125， ^圖1所示。然而’本創作並不以此為限。在另一實施例 % ^體層126的第一部分125與第二部份127的接面重 豎:也就是說，介電層129&未覆蓋第一部分125，如圖2 所示。士外，導體層124及導體層126之第一部分125的 表面不同於主體層1〇6的表面，換言之，導體層124及導 體層126之第一部分125的表面實質上等於或低於主體層 106的表面。 M378481 源極區128配置於澧泪11yl 罝心屏木U4之另一側的主體層 中。在此實施例中’是以四個源極區以 要，配置-個或多個源極區於溝渠114之 =: =中。在此實施例中，除了_個源極 == 112之兩側的主體層⑽中。源極區128例如是Γ^Νς 重⑽之摻雜區。Ν型雜質例如是鱗或是坤。此外 以選擇性地將換雜區130配置於導體層132血主體了 巧，以降低導體層132與主體層⑽之間的電阻： 區130例如是具有ρ型重摻雜 摻雜 硼。在此實施例中，是以兩個摻J區二$雜質例如是 創作並不對摻雜區13〇的數目做限^、、、之’但本 的數目也可以為一個或兩個以上。制^之，摻雜區130 導體層132配置於介電層12 及摻雜區130電性連接，但與導體層i由、^極區128 而電性隔絕。導體層134配置於介^層，丨電層129a 層12%的骑口 133與導體層丄日 介電 ⑽導體層m互相分開。導體 =2接^卜，議 材料例如是鋁。 及V體層134的 胞df。，:作的功率金氧半導體場效電晶體1()()a中’曰 胞Q l〇la疋位於圖丨的左側，而终 中日日 的右側，且溝渠1M同時位於 而〔〇lb疋位於圖1 中。在晶胞區叫導體; 層132作為源極金屬層，基底 作為汲極，導體層124、126作為閘極，且氧化層U5 作為閘氧化層。在終端區101b中，導體層134作閘極金屬 層及金屬場板層’且導體層134經由導體層126與晶胞區 l〇la電性連接。 基於上述’在本創作的功率金氧半導體場效電晶體 1〇〇a中’由於溝渠114同時位於晶胞區101a及終端區i〇ib 中且V體層126填滿溝渠h4並延伸至部分隔離結構川] 因此可以將晶胞區101&及包括閘極金屬區及金屬場板 區的終端區l〇lb有效地整合在一起，達到縮小元件尺寸的 目的。與習知的功率金氧半導體場效電晶體械，本創作 的功率金氧半導體場效電晶體可賴小終端區的尺寸约 1〇〜20微米（um) ’大幅提升元件的積集度。 六 為了使晶胞區i〇la與终端區i〇ib的製程相 谷i除了功率金氧半導體場效電晶體狐的構件外’也可 擇性地於隔離結構刚上覆蓋罩幕圖案1〇9,如圖3 的= 導體場效電晶體_所示。罩幕圖案109 的材料包純切，且其厚度例如是约5_〜6_埃。 切’ί 了降低閘極對沒極之電容。一有效地減少 切換知失，也可以選擇性地於溝渠112及溝準u 配置氧化物層m，如圖4的體曰= 仆物的材料包括介電常數低於4的氧 ^严乳化物層120例如是厚度約麵埃的氧化 此 外，乳化物層120更配置在隔籬έ 夕s此 層m之間。再者，也可以103的上表面與導體 J 乂廷擇性地於氧化物層120與氧 «78481 化物層115之間以及於氧化物層120與隔離結構1〇3的上 表面之間配置罩幕層Π6。罩幕層116例如是厚度約2〇〇 埃的氮化石夕層。 當然，也可以將圖3及圖4的構件整合在一起，其中 罩幕圖案109位於罩幕層116及隔離結構1〇3之間，如圖 5的功率金氡半導體場效電晶體10〇e所示。 在以上的實施例中，是以第一導電型為^型，第二導 電型為P型為例.來說明之，但本創作並不以此為限。熟知 此技藝者應了解，第一導電型也可以為p型，而第二導電 塑為N型。 综上所述，在本創作的功率金氧半導體場效電晶體 中，將同時位於晶胞區l〇la及終端區1〇lb的溝渠114中 配置填滿溝渠114並延伸至部分隔離結構1〇3上的導體 層，以將晶胞區101a及包括閘極金屬區及金屬場板區的終 端區101b有效地整合在一起，達到縮小元件尺寸的目的。 與習知的功率金氧半導體場效電晶體相比，本創作的功率 金氧半導體場效電晶體可以縮小終端區的尺寸約1()〜2〇微 米’大幅提升元件的積集度。 " 此外’本創作於溝$ II2及溝渠114之底部形成的底 氧化物層（即氧化物層12G)的材料為介電常數低於4的 氧化物’因此可崎低f雜奴極之電容^，有效地減 少切換損失。 雖然本創作已以實施例揭露如上，然其並 本創作’任何所屬技術賴t具麵常知識者，在不脫離 12 M378481 本創作之精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，故本 創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 圖1為依據本創作一實施例所繪示的一種功率金氧半 導體場效電晶體的剖面不意圖。 圖2為依據本創作另一實施例所繪示的一種功率金氧 半導體場效電晶體的剖面示意圖。 圖3為依據本創作又一實施例所繪示的一種功率金氧 半導體場效電晶體的剖面不意圖。 圖4為依據本創作再一實施例所繪示的一種功率金氧 半導體場效電晶體的剖面不意圖。 圖5為依據本創作另一實施例所繪示的一種功率金氧 半導體場效電晶體的剖面不意圖。 【主要元件符號說明】 100a〜100d :功率金氧半導體場效電晶體 101 a .晶胞區 101 b .終端區 102 :基底 103 :隔離結構 104 .蟲晶層 105 :墊氧化物材料層 105a :墊氧化物層 13 M378481 106 :主體層 133 :開口 112、114 :溝渠 115、120 :氧化物層 116 :罩幕層 124、126、132、134 :導體層 125 :第一部分 127 :第二部分 12 8 .源極區 129a :介電層 130 :摻雜區

Wl、W2 :寬度 14

Claims (1)

1. M378481 六、申請專利範圍： 1. 一種功率金氧半導體場效電晶體，包括： 具有一第一導電型之一基底； 具有該第一導電型之一磊晶層，配置在該基底上； 具有一第二導電型之一主體層，配置在該磊晶層中， 其中一溝渠配置在該主體層及部分該蟲晶層中， 一隔離結構，配置於該溝渠之一側的該基底上； 一第一氧化物層，配置於該溝渠的表面； 一第一導體層，填滿該溝渠並延伸至部分該隔離結構 上； 一介電層，配置於該第一導體層及該隔離結構上，且 具有曝露部分該第一導體層之一開口； 具有該第一導電型的至少一源極區，配置於該溝渠之 另一侧的該主體層中； 一第二導體層，配置於該介電層上，且與該源極區電 性連接，但與該第一導體層藉由該介電層而電性隔絕；以 及 一第三導體層，配置於該介電層上，且經該介電層的 該開口與該第一導體層電性連接，其中該第二導體層與該 第三導體層分開。 2. 如申請專利範圍第1項所述之功率金氧半導體場 效電晶體，其中該第一導體層包括填滿該溝渠之一第一部 分以及從該第一部分延伸至部分該隔離結構上的一第二部 分，且該介電層覆蓋部分該第一部分。 15 MJ/8481 3.如申請專利範圍第2項所述之功率金氧半 效電晶體，其中該第—導體層之該第一部分 : 該主體層的表面。 ⑽不阿於 4·如申請專利範圍第1項所述之功率金氧半導體p 效電晶體，其巾該第—導體層包括填滿該溝渠之 分以及從該第-部》延伸至部純隔離結構上的一: 分，且該介電層未覆蓋該第一部分。 一。

   5. 如申凊專利範圍第4項所述之功率金氧半導體夫 效電晶體，其中該第—導體層之該第—部分的表面不巧 該主體層的表面。 6. 如申睛專利範圍第丨項所述之功率金氧半導 效電晶體’其巾該域層無隔雜構為部分重疊或彼* 分開。 7.如申凊專利範圍第丨項所述之功率金氧 效電晶體，更包括至少配置在該溝渠之底部 _ = 物層。 弟一乳化

   7項舰之料錢半導體場 4:::物 第二氧化物層的材料包括介電常數低於 9. 如申請專利範圍第7項所述之功率金氧半導體j ί 效電晶體’其中該第二氧化物層更配置在該隔離結構的 表面與該第一導體層之間。 、- 10. 如申請專利範圍第9項所述之功率金 效電晶體，更包括配置在該第二氧化物層與該第—氧化$ 16 /〇Η·〇 丄 在該第二氧化物層與該隔離結構的上表面之間 11.如中請專利範圍第1G項所述之 场效電晶體，料幕層的材料包括氮切。+¥體 場效電晶體申10項所述之功率金氧半導體 :日曰篮聽括覆盖在該隔離結構上的— k幕圖案位於該罩幕層及該隔離結構之間。、 二3.二申請專利範圍第12項所述之功率金氧半導體 穷效电曰曰體，該罩幕圖案的材料包括氮化石夕。 體 攻雷1 曰4:Γ!專利範圍第1項所述之功率金氧半導體場 厂、體’更。括覆蓋在該隔離結構上的—罩幕圖案。 = >申請專利範圍第14項所述之功率金氧‘ 穷效電晶體’該罩幕圖案的材料包括氮化石夕。 效電二如1項所述之功率金氧半導體場 具有該第二導電_至少區。 胃之間的 17. 如申請專利範圍第i項所述之功率金氧 六電晶體’ S包括崎於該域層與鮮 = 塾氧化物層。 預層之間的 18. 如申料圍第丨項所粒神錢 體，其中該隔離結構包括場氧化物結構或淺溝渠P: 19. 如申請專利範圍第i項所述之功率金 p 效電晶體’其中該第_導體層的材料包括摻雜多晶石夕。1 17 M378481 20. 如申請專利範圍第1項所述之功率金氧半導體場 效電晶體，其中該第二導體層及該第三導體層的材料包括 鋁。 21. 如申請專利範圍第1項所述之功率金氧半導體場 效電晶體，其中該第一導電型為N型，該第二導電型為P 型；或該第一導電型為P型，該第二導電型為N型。 18