一種超結(jié)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種超結(jié)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管及其制造方法，一種具有短終端區(qū)長(zhǎng)度的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中，所述的終端區(qū)還包括一個(gè)溝道阻止區(qū)，其靠近外延層的上表面，有一個(gè)溝槽式終端接觸區(qū)穿過(guò)該溝道組織區(qū)并延伸入所述的外延層。
【專利說(shuō)明】一種超結(jié)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)案是要求對(duì)2013年5月22日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第13 / 899，745號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該專利申請(qǐng)披露的內(nèi)容通過(guò)全文引用而結(jié)合與本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件的器件結(jié)構(gòu)和制造過(guò)程。特別涉及一種改進(jìn)的超結(jié)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(super-junct1n trench M0SFET,下同)的器件構(gòu)造及制造方法。

【背景技術(shù)】
[0004]與傳統(tǒng)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管相比，具有超結(jié)(super-junct1n,下同)結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管由于具有更高的擊穿電壓和更低的漏源電阻Rds而更受人們青睞。美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?3 / 751，458的專利中揭示了一個(gè)超結(jié)溝槽式M0SFET100，如圖1所示。該超結(jié)溝槽式M0SFET100的終端區(qū)包括多個(gè)保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)(GR，如圖1所示)，其中該終端區(qū)的長(zhǎng)度約為200 μ m。然而，隨著半導(dǎo)體功率器件的集成度越來(lái)越高，需要減小該超結(jié)溝槽式MOSFET的終端區(qū)的長(zhǎng)度以減少空間占用率，提高產(chǎn)品的性價(jià)比。
[0005]因此，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域中，尤其是在超結(jié)溝槽式MOSFET器件的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域中，需要提出一種新穎的器件構(gòu)造以解決上述問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供了一種改進(jìn)的具有短終端區(qū)長(zhǎng)度的超結(jié)溝槽式M0SFET，其終端區(qū)長(zhǎng)度約為現(xiàn)有技術(shù)的十分之一，并且具有良好的穩(wěn)定性和較高的性價(jià)比。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管包括:
[0008](a)第一導(dǎo)電類型的襯底；
[0009](b)第一導(dǎo)電類型的外延層，位于所述襯底之上，其中所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；
[0010](C)多個(gè)填充以介電質(zhì)層的深溝槽，由所述外延層的上表面向下延伸入所述的襯底中，其中每個(gè)深溝槽中的電介質(zhì)層內(nèi)部都包括一個(gè)孔洞；
[0011](d)每?jī)蓚€(gè)相鄰的深溝槽之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)；
[0012](e)第一導(dǎo)電類型的第一柱狀摻雜區(qū)，位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中；
[0013](f)第二導(dǎo)電類型的第二柱狀摻雜區(qū)，位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，靠近所述深溝槽的側(cè)壁，并平行圍繞所述的第一柱狀摻雜區(qū)；
[0014](g)第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，覆蓋所述第一柱狀摻雜區(qū)和所述第二柱狀摻雜區(qū)的上表面；
[0015](h)至少一個(gè)柵溝槽，其填充以摻雜的多晶硅層并襯有柵極氧化層，該柵溝槽由所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的上表面向下穿過(guò)所述的體區(qū)，并延伸入所述的第一柱狀摻雜區(qū)中；
[0016](i)多個(gè)填充以接觸金屬插塞的溝槽式源體接觸區(qū)，穿過(guò)一層接觸絕緣層并延伸入所述的體區(qū)；
[0017](j)第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，圍繞所述柵溝槽的上部分，并位于所述柵溝槽的側(cè)壁和與之相鄰的溝槽式源體接觸區(qū)的側(cè)壁之間；和
[0018](k)終端區(qū)，包括一個(gè)由第一導(dǎo)電類型的第三柱狀摻雜區(qū)和第二導(dǎo)電類型的第四柱狀摻雜區(qū)構(gòu)成的電荷平衡區(qū)，其靠近一個(gè)所述的深溝槽，該終端區(qū)還包括一個(gè)靠近所述外延層上表面的溝道阻止區(qū)，其多數(shù)載流子的濃度高于所述的外延層。
[0019]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，其中所述的第三柱狀摻雜區(qū)的寬度為所述的第一柱狀摻雜區(qū)寬度的一半，所述的第四柱狀摻雜區(qū)的寬度等于所述的第二柱狀摻雜區(qū)的寬度。
[0020]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，其終端區(qū)還包括一個(gè)溝槽式終端接觸區(qū)，其穿過(guò)所述的溝道阻止區(qū)并延伸入所述的外延層中。
[0021]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中中，所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的歐姆體接觸區(qū)，其位于所述的體區(qū)中，且至少包圍每個(gè)所述的溝槽式源體接觸區(qū)的底部，其中所述的歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述的體區(qū)。更優(yōu)選地，還包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的歐姆體接觸區(qū)，其位于所述的溝道阻止區(qū)下方，至少包圍所述的溝槽式終端接觸區(qū)的底部。
[0022]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，其中所述的接觸金屬插塞襯有一層勢(shì)魚層Ti / TiN或Co / TiN 或 Ta / TiN0
[0023]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)等勢(shì)環(huán)金屬層，其位于所述的終端區(qū)，覆蓋并連接至位于溝槽式終端接觸區(qū)中的接觸金屬插塞。更優(yōu)選地，還包括一個(gè)鈍化層，其覆蓋所述終端區(qū)的上表面。
[0024]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，在位于終端區(qū)的深溝槽中的孔洞頂端由所述的介電質(zhì)層所密封。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，在位于終端區(qū)的深溝槽中的孔洞頂端有開(kāi)口并與外界相連。更優(yōu)選地，還包括一個(gè)鈍化層，其位于所述頂端有開(kāi)口的孔洞上方。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了一種制造超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的方法，包括:
[0026](a)在第一導(dǎo)電類型的外延層中形成多個(gè)深溝槽；
[0027](b)進(jìn)行第一導(dǎo)電類型摻雜劑的有角度的離子注入和離子推進(jìn)，形成第一柱狀摻雜區(qū)，同時(shí)，在終端區(qū)形成第三柱狀摻雜區(qū)；
[0028](C)進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的有角度的離子注入和離子推進(jìn)，形成位于有源區(qū)的第二柱狀摻雜區(qū)和位于終端區(qū)的第四柱狀摻雜區(qū)，其中所述的第二柱狀摻雜區(qū)靠近所述深溝槽的側(cè)壁并平行圍繞所述的第一柱狀摻雜區(qū)其中所述的第四柱狀摻雜區(qū)靠近所述深溝槽的側(cè)壁并平行于所述的第三柱狀摻雜區(qū)；
[0029](d)在所述的深溝槽中淀積介電質(zhì)層，其內(nèi)部形成孔洞；
[0030](e)進(jìn)行體區(qū)摻雜劑的離子注入和擴(kuò)散，形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，并在此之前形成一層墊氧化層；和
[0031](f)進(jìn)行源區(qū)摻雜劑的離子注入和擴(kuò)散，形成位于有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)和位于終端區(qū)的第一導(dǎo)電類型的溝道阻止區(qū)。
[0032]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括:在所述外延層上表面淀積形成接觸絕緣層；和形成多個(gè)溝槽式接觸區(qū)，包括位于有源區(qū)的多個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)和位于終端區(qū)的溝槽式終端接觸區(qū)，其中該多個(gè)溝槽式接觸區(qū)都填充以接觸金屬插塞并襯有一層勢(shì)壘層。更優(yōu)選地，在形成所述的接觸金屬插塞之前，還包括形成第二導(dǎo)電類型的歐姆體接觸區(qū)，其分別至少包圍每個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)和溝槽式終端接觸區(qū)的底部。
[0033]在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括移除位于終端區(qū)的所述深溝槽中的孔洞上方的介電質(zhì)層，使得所述孔洞頂端開(kāi)口并與外界相連。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]本發(fā)明的這些和其他實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明如后，其中:
[0035]圖1為現(xiàn)有技術(shù)揭示的超結(jié)溝槽式MOSFET的剖視圖。
[0036]圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET的剖視圖。
[0037]圖2B為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET的剖視圖。
[0038]圖2C為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET的剖視圖。
[0039]圖3A為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET的剖視圖。
[0040]圖3B為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET的剖視圖。
[0041]圖4A-4K為根據(jù)圖2A所示的本發(fā)明實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET制造過(guò)程的剖視圖。
[0042]圖5A-5B為根據(jù)圖3A所示的本發(fā)明實(shí)施例的超結(jié)溝槽式MOSFET制造過(guò)程的部分剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]下面參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是本發(fā)明不局限于在此所述的實(shí)施例。例如，這里的說(shuō)明更多地引用N溝道的半導(dǎo)體集成電路，但是很明顯其他器件也是可能的。下文是通過(guò)參考各個(gè)附圖來(lái)對(duì)實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。一些方向術(shù)語(yǔ)，例如“頂部”、“底部”、“前”、“后”、“上方”、“下方”等，是參考各個(gè)附圖的方向進(jìn)行描述的。由于實(shí)施例中的元件可以被放置在許多不同的方向，因此，本發(fā)明中的方向術(shù)語(yǔ)只是用于描述而不能被視為對(duì)本發(fā)明的限制。應(yīng)該理解的是，實(shí)施例中各種結(jié)構(gòu)或者邏輯上的替代和修改都應(yīng)該被涵蓋在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)。因此，以下的詳細(xì)描述不能被視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的涵蓋范圍由權(quán)利要求界定。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明中所描述的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的技術(shù)特征可以相互結(jié)合，有特別說(shuō)明的除外。
[0044]圖2A揭示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體的實(shí)施例的N溝道超結(jié)溝槽式M0SFET200。其形成于一個(gè)N型外延層201中，并位于一個(gè)N+襯底202之上，該N+襯底底部襯有漏極金屬層203 (此處的導(dǎo)電類型并不做限制性的解釋，即該具體的實(shí)施例也可以為P溝道溝槽式MOSFET,形成于P型外延層中并位于P+襯底之上)。該N溝道超結(jié)溝槽式M0SFET200進(jìn)一步包括多個(gè)深溝槽204和234，其由N型外延層201的上表面開(kāi)始向下延伸入N+襯底202中。在每個(gè)深溝槽204和234中，填充以分別具有一個(gè)埋式孔洞(buried void) 204’和234’的介電質(zhì)層205。由圖2A可以看出，每?jī)蓚€(gè)相鄰的深溝槽204之間形成有一個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)，該臺(tái)面結(jié)構(gòu)包括一個(gè)N型第一柱狀摻雜區(qū)206，其由兩個(gè)N型柱狀子摻雜區(qū)206’構(gòu)成，每個(gè)N型柱狀子摻雜區(qū)206’的寬度為所示的N型第一柱狀摻雜區(qū)206寬度的一半。此外，在該臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，靠近深溝槽204和234的側(cè)壁處，形成有一對(duì)P型第二柱狀摻雜區(qū)207，其平行地圍繞著所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)206。因此，在臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，每?jī)蓚€(gè)相鄰的P型第二柱狀摻雜區(qū)207和N型第一柱狀子摻雜區(qū)206’之間形成了一個(gè)第一電荷平衡區(qū)，如圖2A中虛線大括號(hào)所示。此外，所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)206和所述的P型第二柱狀摻雜區(qū)207的底部都位于深溝槽204和234底部的上方。同時(shí)，在所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)206和所述的P型第二柱狀摻雜區(qū)207上方，形成有一個(gè)P型體區(qū)208，其位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中且延伸于每?jī)蓚€(gè)相鄰的深溝槽204和234之間。在每個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，多個(gè)柵溝槽209穿過(guò)所述的P型體區(qū)208并延伸入所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)206中，其中每個(gè)所述的柵溝槽209都襯有一層?xùn)艠O氧化層211并填充以一個(gè)柵電極210。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，每個(gè)所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，只包括一個(gè)柵溝槽穿過(guò)所述的P型體區(qū)并延伸入所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)。在所述的N型外延層201上方，覆蓋有一層接觸絕緣層212，其將所述的柵電極210與源極金屬213之間絕緣。在每個(gè)所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中還包括多個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)214和η+源區(qū)216，其中每個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)214都填充以接觸金屬插塞215 (優(yōu)選地可以為鎢插塞)，其穿過(guò)所述的接觸絕緣層212并延伸入所述的P型體區(qū)208中，每個(gè)所述的η+源區(qū)216都包圍所述柵溝槽209的上部分，且位于所述柵溝槽209的側(cè)壁和與之相鄰的接觸式源體接觸區(qū)214的側(cè)壁之間。因此，所述的P型體區(qū)208和所述的η+源區(qū)216通過(guò)多個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)214連接至所述的源極金屬層213。此外，一個(gè)ρ+歐姆體接觸區(qū)221形成于所述的P型體區(qū)208中，并至少包圍每個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)214的底部，以減少所述的ρ型體區(qū)208和所述的接觸金屬插塞215之間的接觸電阻。在終端區(qū)，包括一個(gè)N型第三柱狀摻雜區(qū)236和一個(gè)靠近深溝槽234側(cè)壁的P型第四柱狀摻雜區(qū)237，其二者構(gòu)成了一個(gè)第二電荷平衡區(qū)，如圖2Α中虛線大括號(hào)所示。其中，所述的N型第三柱狀摻雜區(qū)236的寬度約為所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)206寬度的一半，所述的P型第四柱狀摻雜區(qū)237的寬度等于所述的P型第二柱狀摻雜區(qū)207的寬度。因此，在終端區(qū)中，就不必再形成如現(xiàn)有技術(shù)中的多個(gè)保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)。同時(shí)，所有的埋式孔洞204’和234’的頂端都由所述的介電質(zhì)層205所密封而不與外界相連。此外，在終端區(qū)中，形成有一個(gè)η+溝道阻止區(qū)222，其靠近所述的N型外延層201的上表面。一個(gè)溝槽式終端接觸區(qū)223穿過(guò)所述的接觸絕緣層212、所述的η+溝道阻止區(qū)222，并延伸入所述的N型外延層201中，該溝槽式終端接觸區(qū)223同樣填充以一個(gè)與接觸金屬插塞215相同的接觸金屬插塞215’，并短接至一個(gè)等勢(shì)環(huán)(EPR，下同)金屬層224。同樣地，一個(gè)ρ+歐姆體接觸區(qū)221’至少包圍所述的溝槽式終端接觸區(qū)223的底部以降低接觸電阻。在這個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所有的接觸金屬插塞215和215’可以優(yōu)選地為鎢插塞，并襯有一層勢(shì)壘層Ti / TiN或Co / TiN或Ta / TiN0因此，根據(jù)本發(fā)明的終端區(qū)的長(zhǎng)度約為20 μ m，減少到現(xiàn)有技術(shù)的十分之一左右。
[0045]圖2B揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的超結(jié)溝槽式M0SFET200’，其與圖2A中所揭示的超結(jié)溝槽式M0SFET200有著相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖2B中，不存在EPR金屬層與溝槽式終端接觸區(qū)223’相連。
[0046]圖2C揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的超結(jié)溝槽式M0SFET200”，其與圖2A中所揭示的超結(jié)溝槽式M0SFET200有著相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖2C中，進(jìn)一步包括一個(gè)鈍化層260，其覆蓋終端區(qū)的整個(gè)外表面和源極金屬213”靠近所述終端區(qū)的一部分外表面。
[0047]圖3A揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的超結(jié)溝槽式M0SFET300，其與圖2A中所揭示的超結(jié)溝槽式M0SFET200有著相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖3A中，位于終端區(qū)的深溝槽334內(nèi)部的孔洞334’的頂部不是被介電質(zhì)層所密封，而是開(kāi)口與外界相連。同時(shí)，EPR金屬層由溝道阻止區(qū)向有源區(qū)延伸至所述的孔洞334’與外界相連處。
[0048]圖3B揭示了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的超結(jié)溝槽式M0SFET300’，其與圖3A中所揭示的超結(jié)溝槽式M0SFET300有著相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖3B中，進(jìn)一步包括一個(gè)鈍化層360，其覆蓋著位于深溝槽334中的孔洞344’的頂部使之不與外界相連。
[0049]圖4A到圖4K揭示了制造圖2A中的超結(jié)溝槽式M0SFET200的一系列剖視圖。在圖4A中，N型外延層201生長(zhǎng)于重?fù)诫s的N+襯底202之上，其中N+襯底202的多數(shù)載流子濃度大于N型外延層201的多數(shù)載流子濃度。接著，在所述外延層201的上表面形成一層硬模270，其可用一層氧化物層實(shí)現(xiàn)。然后，在所述硬模270上方提供溝槽掩模板(未示出)，并先后進(jìn)行干法氧化物刻蝕和干法硅刻蝕，以形成深溝槽204-1和234-1。
[0050]在圖4B中，先進(jìn)行分離型等離子體(down-stream plasma)的各項(xiàng)同性干法娃刻蝕，以消除在刻蝕深溝槽204-1和234-1的過(guò)程中引入的等離子損傷，經(jīng)此步驟之后，最終形成了深溝槽204和234。此時(shí)，硬模270依然保留在N外延層201的上表面，目的是阻止接下來(lái)的離子注入可以對(duì)N外延層201上表面的影響。
[0051]在圖4C中，先沿所述深溝槽204和234的內(nèi)表面形成一層厚度約為100埃的墊氧化層(pad oxide) 271。然后，先后進(jìn)行N型摻雜劑離子(例如磷)的有角度的離子注入和離子推進(jìn)(drive-1n)，以形成N型第一柱狀摻雜區(qū)206，其位于兩個(gè)深溝槽204和234之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，并由兩個(gè)N型柱狀子摻雜區(qū)206’組成。
[0052]在圖4D中，先后進(jìn)行P型摻雜劑離子(例如硼)的有角度的離子注入和離子推進(jìn)，以形成P型第二柱狀摻雜區(qū)207，其靠近兩個(gè)深溝槽204和234的側(cè)壁并平行地圍繞所述的N型第一柱狀摻雜區(qū)206。
[0053]同時(shí)，在圖4C和圖4D的工藝過(guò)程中，在終端區(qū)，同時(shí)分別形成N型第三柱狀摻雜區(qū)236和P型第四柱狀摻雜區(qū)237，其中所述的P型第四柱狀摻雜區(qū)237靠近所述深溝槽234的側(cè)壁。
[0054]在圖4E中，硬模270 (如圖4D所示)和墊氧化層271 (如圖4D所示)被移除。在深溝槽204和234內(nèi)部填充以介電質(zhì)層205 (例如TEOS, tetra ethyl ortho silicate,下同)并進(jìn)行退火工藝。在淀積介電質(zhì)層205的同時(shí)，其內(nèi)部分別形成一個(gè)埋式孔洞204’和234’。然后，進(jìn)行回刻或化學(xué)機(jī)械拋光步驟(CMP，下同)將位于N型外延層201上表面的介電質(zhì)層移除。
[0055]在圖4F中，先在器件的上表面形成另一墊氧化層273，然后，在其上提供一個(gè)體區(qū)掩模板274，并先后進(jìn)行P型摻雜劑離子的離子注入和擴(kuò)散，以形成P型體區(qū)208，其位于所述的深溝槽204和234之間并靠近所述N型外延層201的上表面。之后，體區(qū)掩模板274被移除。
[0056]在圖4G中，先提供一層?xùn)艤喜垩谀０?未示出)，之后刻蝕形成多個(gè)柵溝槽209，其穿過(guò)所述的P型體區(qū)208并分別延伸入所述的N型柱狀子摻雜區(qū)206’中。之后，在所述的柵溝槽209內(nèi)表面生長(zhǎng)一層犧牲氧化層(未示出)，并通過(guò)去除該犧牲氧化層來(lái)消除刻蝕過(guò)程中可能引入的等離子體損傷。
[0057]在圖4H中，先在柵溝槽209內(nèi)表面形成一層?xùn)艠O氧化層211，然后，在其上淀積摻雜的多晶硅層并進(jìn)行回刻，使該摻雜的多晶硅層填充所述的柵溝槽209以作為柵電極210。
[0058]在圖41中，先提供一層源極掩模板277，并先后進(jìn)行N型摻雜劑離子的離子注入和擴(kuò)散，以形成η+源區(qū)216，其位于有源區(qū)，并靠近所述ρ型體區(qū)208的上表面。同時(shí)，在終端區(qū)，由源極掩模板277的定義，通過(guò)上述N型摻雜劑離子的離子注入和擴(kuò)散，形成溝道阻止區(qū)222，其靠近所述N型外延層201的上表面。
[0059]在圖4J中，先在器件的上表面淀積一層接觸絕緣層212，然后，在其上提供一層接觸掩模板(未示出)，先后進(jìn)行干法氧化物刻蝕和干法硅刻蝕形成多個(gè)接觸孔278和278’，其中，多個(gè)接觸孔278穿過(guò)所述的接觸絕緣層212和所述的η+源區(qū)216，最終延伸入ρ型體區(qū)208 ;接觸孔278’穿過(guò)所述的接觸絕緣層212并延伸入N型外延層201。接著，進(jìn)行BF2離子注入和快速熱退火工藝(RTA，下同)，形成多個(gè)ρ+歐姆體接觸區(qū)221和221’，其分別至少包圍所述接觸孔278和278’的底部。
[0060]在圖4Κ中，先在所有的接觸孔278和278’ d的內(nèi)表面淀積一層勢(shì)壘層Ti / TiN或Co / TiN或Ta / TiN0接著，在該勢(shì)壘層上淀積接觸金屬材料，例如鎢，并進(jìn)行回刻使其填充與接觸孔278和278’內(nèi)部以分別形成多個(gè)接觸金屬插塞215和215’，進(jìn)一步構(gòu)成溝槽式源體接觸區(qū)214和溝槽式終端接觸區(qū)223。之后，在所述的接觸絕緣層212上方淀積一層金屬Al合金或Cu，并通過(guò)金屬掩模板(未示出)的定義刻蝕形成源極金屬213和EPR金屬224。其中，所述的金屬Al合金或Cu下方襯有一層降阻層Ti或Ti / TiN0
[0061]圖5A和圖5B揭示了如圖3A中所示的超結(jié)溝槽式M0SFET300中，具有開(kāi)放式頂部的孔洞334’的制作過(guò)程。在形成了溝槽式源體接觸區(qū)314和溝槽式終端接觸區(qū)323之前，其過(guò)程與圖4A到4K中所揭示的一致。之后，在接觸絕緣層312上淀積一層襯有降阻層的金屬Al合金或Cu,并經(jīng)由金屬掩模板(未不出)的定義刻蝕形成源極金屬313和EPR金屬324。接著在圖5B中，進(jìn)行干法氧化物刻蝕，移除深溝槽334上部分的介電質(zhì)層，使得孔洞324’與外界相連。
[0062]盡管在此說(shuō)明了各種實(shí)施例，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改。例如，可以用本發(fā)明的方法形成其導(dǎo)電類型與文中所描述的相反的導(dǎo)電類型的各種半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但所作出的修改應(yīng)包涵在本發(fā)明要求保護(hù)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種超結(jié)溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括: 第一導(dǎo)電類型的襯底； 第一導(dǎo)電類型的外延層，位于所述襯底之上，其中所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底； 多個(gè)填充以介電質(zhì)層的深溝槽，由所述外延層的上表面向下延伸入所述的襯底中，其中每個(gè)深溝槽中的電介質(zhì)層內(nèi)部都包括一個(gè)孔洞； 每?jī)蓚€(gè)相鄰的深溝槽之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)； 第一導(dǎo)電類型的第一柱狀摻雜區(qū)，位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中； 第二導(dǎo)電類型的第二柱狀摻雜區(qū)，位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，靠近所述深溝槽的側(cè)壁，并平行圍繞所述的第一柱狀摻雜區(qū)； 第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述的臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，覆蓋所述第一柱狀摻雜區(qū)和所述第二柱狀摻雜區(qū)的上表面； 至少一個(gè)柵溝槽，其填充以摻雜的多晶硅層并襯有柵極氧化層，該柵溝槽由所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的上表面向下穿過(guò)所述的體區(qū)，并延伸入所述的第一柱狀摻雜區(qū)中； 多個(gè)填充以接觸金屬插塞的溝槽式源體接觸區(qū)，穿過(guò)一層接觸絕緣層并延伸入所述的體區(qū)； 第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，圍繞所述柵溝槽的上部分，并位于所述柵溝槽的側(cè)壁和與之相鄰的溝槽式源體接觸區(qū)的側(cè)壁之間；和 終端區(qū)，包括一個(gè)由第一導(dǎo)電類型的第三柱狀摻雜區(qū)和第二導(dǎo)電類型的第四柱狀摻雜區(qū)構(gòu)成的電荷平衡區(qū)，其靠近一個(gè)所述的深溝槽，該終端區(qū)還包括一個(gè)靠近所述外延層上表面的溝道阻止區(qū)，其多數(shù)載流子的濃度高于所述的外延層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的第三柱狀摻雜區(qū)的寬度為所述的第一柱狀摻雜區(qū)寬度的一半，所述的第四柱狀摻雜區(qū)的寬度等于所述的第二柱狀摻雜區(qū)的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其終端區(qū)還包括一個(gè)溝槽式終端接觸區(qū)，其穿過(guò)所述的溝道阻止區(qū)并延伸入所述的外延層中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的歐姆體接觸區(qū)，其位于所述的體區(qū)中，且至少包圍每個(gè)所述的溝槽式源體接觸區(qū)的底部，其中所述的歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述的體區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的歐姆體接觸區(qū)，其位于所述的溝道阻止區(qū)下方，至少包圍所述的溝槽式終端接觸區(qū)的底部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述的接觸金屬插塞襯有一層勢(shì)壘層Ti / TiN或Co / TiN或Ta / TiN0
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)等勢(shì)環(huán)金屬層，其位于所述的終端區(qū)，覆蓋并連接至位于溝槽式終端接觸區(qū)中的接觸金屬插塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)鈍化層，其覆蓋所述終端區(qū)的上表面。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中在位于終端區(qū)的深溝槽中的孔洞頂端由所述的介電質(zhì)層所密封。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中在位于終端區(qū)的深溝槽中的孔洞頂端有開(kāi)口并與外界相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)鈍化層，其位于所述頂端有開(kāi)口的孔洞上方。
12.一種制造超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的方法，包括: 在第一導(dǎo)電類型的外延層中形成多個(gè)深溝槽； 進(jìn)行第一導(dǎo)電類型摻雜劑的有角度的離子注入和離子推進(jìn)，形成第一柱狀摻雜區(qū)，同時(shí)，在終端區(qū)形成第三柱狀摻雜區(qū)； 進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的有角度的離子注入和離子推進(jìn)，形成位于有源區(qū)的第二柱狀摻雜區(qū)和位于終端區(qū)的第四柱狀摻雜區(qū)，其中所述的第二柱狀摻雜區(qū)靠近所述深溝槽的側(cè)壁并平行圍繞所述的第一柱狀摻雜區(qū)其中所述的第四柱狀摻雜區(qū)靠近所述深溝槽的側(cè)壁并平行于所述的第三柱狀摻雜區(qū)； 在所述的深溝槽中淀積介電質(zhì)層，其內(nèi)部形成孔洞； 進(jìn)行體區(qū)摻雜劑的離子注入和擴(kuò)散，形成第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，并在此之前形成一層墊氧化層；和 進(jìn)行源區(qū)摻雜劑的離子注入和擴(kuò)散，形成位于有源區(qū)的第一導(dǎo)電類型的源區(qū)和位于終端區(qū)的第一導(dǎo)電類型的溝道阻止區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括: 在所述外延層上表面淀積形成接觸絕緣層； 形成多個(gè)溝槽式接觸區(qū)，包括位于有源區(qū)的多個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)和位于終端區(qū)的溝槽式終端接觸區(qū)，其中該多個(gè)溝槽式接觸區(qū)都填充以接觸金屬插塞并襯有一層勢(shì)壘層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，在形成所述的接觸金屬插塞之前，還包括形成第二導(dǎo)電類型的歐姆體接觸區(qū)，其分別至少包圍每個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)和溝槽式終端接觸區(qū)的底部。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括移除位于終端區(qū)的所述深溝槽中的孔洞上方的介電質(zhì)層，使得所述孔洞頂端開(kāi)口并與外界相連。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK104183644SQ201410216116
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】謝福淵 申請(qǐng)人:力士科技股份有限公司