專利名稱：功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法，且更特別地涉及一種結(jié)合閘極溝渠式及源極溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置及其制造方法，可實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高崩潰電壓及高密集度的優(yōu)點(diǎn)，并可降低制造過程的復(fù)雜度。
背景技術(shù)：
目前，功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置(powerMOSFET)是用于功率電子電路中的開關(guān)裝置。當(dāng)上述裝置導(dǎo)通(on)時(shí)，應(yīng)具有低的導(dǎo)通電阻(Ron)；當(dāng)上述裝置關(guān)閉(off)時(shí)，則應(yīng)能抵擋較高的電壓，也就是具有更高的崩潰電壓(VB)，為了實(shí)現(xiàn)這一目的，功率MOSFET裝置通常制造為垂直式雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，且具有微摻雜的＂偏移(drift)＂磊晶(epi)層，然而，上述裝置的崩潰電壓會(huì)隨著偏移層的摻雜濃度的降低及厚度的增加而增加，因而造成導(dǎo)通電阻(Ron)增加。
如圖1所示，為公知的溝渠式(閘極溝渠式)功率MOSFET裝置的結(jié)構(gòu)。為方便說明起見，本申請(qǐng)中將采用N信道功率MOSFET裝置進(jìn)行描述，這些說明同樣適用于P信道功率MOSFET裝置，其中僅需將N改為P以及將P改為N即可。在公知的溝渠式功率MOSFET裝置制造過程中，多采用氫退火法(Hydrogen Annealing)的技術(shù)來制作溝渠，使溝渠下方轉(zhuǎn)角處圓滑，因而粗糙度降低，使原本電場(chǎng)密集在上述轉(zhuǎn)角處的缺點(diǎn)有所緩和，所以裝置不至于提前在溝渠轉(zhuǎn)角處崩潰，因而提高了裝置結(jié)構(gòu)的耐壓值，且由于溝渠結(jié)構(gòu)的原因，裝置晶粒面積的大小(die size)比傳統(tǒng)的MOSFET的要小2/3，因而可提升裝置單胞(cell)的密集度。當(dāng)密集度提高之后，整體并聯(lián)單胞的數(shù)目將增加，從而使導(dǎo)通電阻Ron(ds)大幅降低。從溝渠式功率MOSFET裝置的結(jié)構(gòu)中可發(fā)現(xiàn)極結(jié)電阻(Rj)已不存在，只剩下磊晶層電阻(Repi)及信道電阻(Rch)決定上述導(dǎo)通電阻。在圖1中，顯示了基板1，磊晶層2，阱3，閘極溝渠4，源極區(qū)5及源極金屬A16。
如圖2所示，為超級(jí)極結(jié)(super junction)功率MOSFET裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中超級(jí)極結(jié)的設(shè)計(jì)主要是為了取代公知功率MOSFET裝置中的磊晶層，通過這一超級(jí)極結(jié)，可以大大地改善裝置導(dǎo)通電阻(Ron)與崩潰電壓(VB)間的關(guān)系。此類的功率MOSFET裝置也稱為COOLMOSTM。實(shí)際上，當(dāng)通過用上述結(jié)構(gòu)取代磊晶層之后，就相同厚度的磊晶層而言，具有超級(jí)極結(jié)功率MOSFET裝置可以承受更高的電壓，其理由在于上述超級(jí)極結(jié)功率MOSFET裝置主要由圖2左半部的本質(zhì)功率MOSFET及圖2右半部的極結(jié)FET所組成，其中極結(jié)FET(即，JFET)在逆向偏壓作用下，可使空乏區(qū)的夾斷(pinch-off)更為緊密，因而可承受比原先更高的電壓。在圖2中，包括基板1、磊晶層2、阱區(qū)2′和3、閘極4′及源極區(qū)5。
所以，有必要發(fā)展出一種功率MOSFET裝置，其可同時(shí)具有溝渠式和超級(jí)極結(jié)功率MOSFET裝置的低導(dǎo)通電阻、高崩潰電壓及高密集度的優(yōu)點(diǎn)，且制造方法更為簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置(double trench power MOSFET device)及其制造方法，其中上述雙溝渠式功率MOSFET裝置可分別結(jié)合溝渠式與超級(jí)極結(jié)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)且在制造過程中無需任何布植(implantation)的步驟。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置，其包括一硅基板的汲極；形成在上述硅基板之上的一磊晶層，在上述磊晶層上方形成的阱區(qū)中蝕刻一閘極溝渠區(qū)而形成的閘極；形成在上述阱區(qū)最上方的一源極摻雜區(qū)；其中，還包括一源極溝渠區(qū)，上述源極溝渠區(qū)是通過蝕刻上述源極摻雜區(qū)形成另一溝渠，上述另一溝渠的深度到達(dá)上述硅基板處。
本發(fā)明還提供一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，包含下列步驟(1)制備一硅基板作為汲極，在上述硅基板上依序地形成一磊晶層、一阱區(qū)及一源極摻雜區(qū)；(2)用一光罩遮光，利用光刻法蝕刻出一閘極溝渠區(qū)；(3)用另一光罩遮光，利用光刻法在上述源極摻雜區(qū)上蝕刻一深度到達(dá)上述硅基板的一源極溝渠區(qū)；(4)在上述閘極溝渠區(qū)及部分的上述源極溝渠區(qū)之上形成一氧化物層；(5)在上述形成氧化物層的上述閘極溝渠區(qū)充填一多晶硅形成一多晶硅閘極，并在上述部分的上述源極溝渠區(qū)充填上述多晶硅；(6)在上述多晶硅閘極之上制作一硼磷硅酸鹽玻璃絕緣物；以及(7)在上述裝置的表面上沉積一金屬，形成一導(dǎo)電性的源極接觸。


圖1為公知閘極溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為公知超級(jí)極結(jié)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)至圖3(g)為本發(fā)明的雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的制造過程示意圖，其中圖3(g)為本發(fā)明裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參照?qǐng)D3(a)至圖3(g)，描述本發(fā)明的雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的制造過程。在圖3(a)的磊晶層制造過程中，制備一N+硅基板1作為上述裝置的汲極，在上述N+硅基板1上依次設(shè)置一N-磊晶層2、一P-阱3及一N+源極摻雜區(qū)5。在圖3(b)的閘極溝渠制造過程中，以光罩(未圖標(biāo))利用光刻技術(shù)蝕刻出一閘極溝渠區(qū)4。在圖3(c)的源極溝渠制造過程中，以另一光罩(未圖標(biāo))利用光刻技術(shù)蝕刻上述源極摻雜區(qū)5直至上述硅基板1的深度形成一源極溝渠區(qū)6′。在圖3(d)的氧化物層制造過程中，在上述閘極溝渠區(qū)4及部分的上述源極溝渠區(qū)6′的側(cè)壁上形成一氧化物層7。在圖3(e)的多晶硅制造過程中，以一多晶硅8充填上述閘極溝渠區(qū)4而形成一多晶硅閘極8，并充填上述部分的上述源極溝渠區(qū)6′。在圖3(f)的硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)制造過程中，在上述多晶硅閘極8之上制作一BPSG絕緣物9，以保護(hù)上述多晶硅閘極8。最后，在圖3(g)的源極金屬化制造過程中，在上述裝置的表面上沉積一諸如Al(鋁)的金屬層6，而完成一含有閘極溝渠區(qū)及源極溝渠區(qū)的雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置。
如上述，在圖3(g)中完成了根據(jù)本發(fā)明的雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置，其中包含有一溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的結(jié)構(gòu)，在上述結(jié)構(gòu)中具有一N+硅基板1的汲極，在上述N+硅基板1之上形成一N-磊晶層2，在上述N-磊晶層2上方形成的P-阱區(qū)3之中蝕刻一閘極溝渠區(qū)4而形成閘極，在上述阱區(qū)3的上方形成一N+源極摻雜區(qū)5，其中上述N+源極摻雜區(qū)5蝕刻一源極溝渠6′，其深度達(dá)到上述N+硅基板處而形成一源極溝渠6′。這樣的雙溝渠式結(jié)構(gòu)中，上述源極溝渠6′相當(dāng)于如圖2中所示裝置中的深達(dá)硅基板的阱區(qū)，該裝置為既包含有功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置，又包含一極結(jié)場(chǎng)效晶體管的超級(jí)極結(jié)功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置。
綜上所述，本發(fā)明的雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置具有低導(dǎo)通電阻、高崩潰電壓及高密集度的優(yōu)點(diǎn)。此外，在其制造過程中無需布植的步驟，可降低制造過程的復(fù)雜度，且由于省略了進(jìn)入高溫爐管的步驟，可避免裝置在高溫的過程中造成外擴(kuò)散(out-diffusion)或外摻雜(out-dopping)的現(xiàn)象，使裝置在電氣性能更穩(wěn)定。
雖然上述說明是通過N信道功率MOSFET來加以描繪及說明，但本發(fā)明亦適用于P信道功率MOSFET，其中僅需將P改為N以及將N改為P即可。此外，本發(fā)明也可應(yīng)用于諸如IGBT等裝置。
權(quán)利要求
1.一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置，其包括一硅基板的汲極；形成在上述硅基板之上的一磊晶層，在上述磊晶層上方形成的阱區(qū)中蝕刻一閘極溝渠區(qū)而形成的閘極；形成在上述阱區(qū)最上方的一源極摻雜區(qū)；其特征在于，還包括一源極溝渠區(qū)，上述源極溝渠區(qū)是通過蝕刻上述源極摻雜區(qū)形成另一溝渠，上述另一溝渠的深度到達(dá)上述硅基板處。
2.一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置的制造方法，包含下列步驟(1)制備一硅基板作為汲極，在上述硅基板上依序地形成一磊晶層、一阱區(qū)及一源極摻雜區(qū)；(2)用一光罩遮光，利用光刻法蝕刻出一閘極溝渠區(qū)；(3)用另一光罩遮光，利用光刻法在上述源極摻雜區(qū)上蝕刻一深度到達(dá)上述硅基板的一源極溝渠區(qū)；(4)在上述閘極溝渠區(qū)及部分的上述源極溝渠區(qū)之上形成一氧化物層；(5)在上述形成氧化物層的上述閘極溝渠區(qū)充填一多晶硅形成一多晶硅閘極，并在上述部分的上述源極溝渠區(qū)充填上述多晶硅；(6)在上述多晶硅閘極之上制作一硼磷硅酸鹽玻璃絕緣物；以及(7)在上述裝置的表面上沉積一金屬，形成一導(dǎo)電性的源極接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙溝渠式功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置，其包括一硅基板的汲極；形成在上述硅基板之上的一磊晶層，在上述磊晶層上方形成的阱區(qū)中蝕刻一閘極溝渠區(qū)而形成的閘極；形成在上述阱區(qū)最上方的一源極摻雜區(qū)；其中，還包括一源極溝渠區(qū)，上述源極溝渠區(qū)是通過蝕刻上述源極摻雜區(qū)形成另一溝渠，上述另一溝渠的深度到達(dá)上述硅基板處。上述裝置可具有低導(dǎo)通電阻、高崩潰電壓及高密集度的優(yōu)點(diǎn)，且在制造過程中無須任何放入高溫爐的布植步驟，可降低制造過程的復(fù)雜度。
文檔編號(hào)H01L29/78GK1542984SQ0312411
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者貢中元, 涂高維, 簡(jiǎn)鳳佐, 黃彥智 申請(qǐng)人:華瑞股份有限公司