[發(fā)明專利]溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件及其制作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910007232.9
• 申請日: 2009-02-13
• 公開（公告）號: CN101807546A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許修文
• 申請（專利權(quán)）人: 尼克森微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L21/8234
• 分類號: H01L21/8234;H01L27/088;H01L29/423;H01L29/92;H01L29/78
• 代理公司: 北京律誠同業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;祁建國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件及其制作方法，尤其是一種 低柵極電容(Cgd)的溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件及其制作方法。

背景技術(shù)

相較于傳統(tǒng)的平面式金屬氧化物半導(dǎo)體元件，電流走向是沿著平行于基材 表面的走向，溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件將柵極設(shè)置于溝道內(nèi)，改變金屬氧 化物半導(dǎo)體元件的通道位置，而使得金屬氧化物半導(dǎo)體元件的電流走向垂直于 基材。因此，可以縮小元件的尺寸，提高元件的積極度，而有利于降低制作成 本。市面上常見的金屬氧化物半導(dǎo)體元件包括金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)、絕緣柵二極晶體管(IGBT)等。

金屬氧化物半導(dǎo)體元件在運(yùn)作過程中主要的能量損耗來源包括導(dǎo)通電阻 造成的導(dǎo)通損失，以及來源于柵極電荷的切換損失。隨著元件操作頻率的提高， 切換損失所占的比重也就越加重要。一般而言，可通過降低金屬氧化物半導(dǎo)體 元件的柵極至漏極的電容值(Cgd)以改善切換速度，降低切換損失。不過，為 了降低金屬氧化物半導(dǎo)體元件的柵極至漏極的電容值，往往會(huì)大幅增加金屬氧 化物半導(dǎo)體元件的工藝的復(fù)雜度，而造成制作成本的提高。

因此，尋找一個(gè)簡單的制作方法以降低金屬氧化物半導(dǎo)體元件的柵極至漏 極的電容值，是本技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件 及其制作方法，可以降低柵極至漏極的電容值以降低切換損失，進(jìn)一步提升效 率。

本發(fā)明的一實(shí)施例提供一種溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件的制作方法，包 括下列步驟：(a)提供一基板；(b)形成一外延層于基板上；(c)制作至少一柵極 溝道于外延層內(nèi)；(d)制作一柵極介電層于柵極溝道的內(nèi)壁；(e)沿著柵極溝道 的內(nèi)壁，沉積一第一多晶硅層；(f)植入第一導(dǎo)電型的摻雜物至位于柵極溝道底 部的部分第一多晶硅層；(g)沉積一第二多晶硅層覆蓋第一多晶硅層，此第二 多晶硅層摻雜有第二導(dǎo)電型的摻雜物；以及(h)施以高溫工藝，使第一多晶硅 層與第二多晶硅層內(nèi)的摻雜物擴(kuò)散，形成一第一導(dǎo)電型的第一摻雜區(qū)與一第二 導(dǎo)電型的第二摻雜區(qū)，其中，第一摻雜區(qū)位于柵極溝道的底部，第二摻雜區(qū)與 第一摻雜區(qū)間形成有一PN結(jié)電容(junction?capacitor)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第二摻雜區(qū)的上表面制作有一金屬硅化物層，以 降低柵極電阻。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在植入第一導(dǎo)電型的摻雜物在第一多晶硅層的步 驟前，先在第一多晶硅層的表面覆蓋一犧牲氧化層，以防止第一導(dǎo)電型的摻雜 物植入位于柵極溝道側(cè)壁處的第一多晶硅層。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，直接沿著垂直基板的方向植入第一導(dǎo)電型的摻雜 物至裸露的第一多晶硅層。

依據(jù)前述制作方法，本發(fā)明提供一種溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件。此溝 道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件包括一基板、一外延層、至少一柵極溝道、一柵極 介電層與一多晶硅柵極。其中，外延層位于基板上。柵極溝道位于外延層內(nèi)。 柵極介電層位于柵極溝道的內(nèi)壁。多晶硅柵極位于柵極溝道內(nèi)，并且具有一第 一導(dǎo)電型的第一摻雜區(qū)與一第二導(dǎo)電型的第二摻雜區(qū)。其中，第一摻雜區(qū)位于 柵極溝道的底部，第二摻雜區(qū)位于第一摻雜區(qū)上，并且，第一摻雜區(qū)與第二摻 雜區(qū)之間形成一PN結(jié)電容。

本發(fā)明的實(shí)施例所提供的溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件中，多晶硅柵極內(nèi) 具有一第一導(dǎo)電型的第一摻雜區(qū)與一第二導(dǎo)電型的第二摻雜區(qū)。因此，此溝道 式金屬氧化物半導(dǎo)體元件的柵極電容，除了包括由外延層、柵極介電層與第一 摻雜區(qū)所構(gòu)成的電容，還包括位于第一摻雜區(qū)與第二摻雜區(qū)間的PN結(jié)電容， 并且，此二個(gè)電容是串接于柵極與漏極間。因此，PN結(jié)電容的存在有助于降 低柵極電容值(Cgd)，以降低切換損失，進(jìn)一步提升效率。

以上的概述與接下來的詳細(xì)說明皆為示范性質(zhì)，是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明 的申請專利范圍。而有關(guān)本發(fā)明的其他目的與優(yōu)點(diǎn)，將在后續(xù)的說明與附圖加 以闡述。

附圖說明

圖1A至圖1E顯示本發(fā)明溝道式功率半導(dǎo)體元件的制作方法的第一實(shí)施 例；

圖2顯示本發(fā)明溝道式功率半導(dǎo)體元件的制作方法的第二實(shí)施例；以及

圖3顯示本發(fā)明溝道式功率半導(dǎo)體元件的制作方法的第三實(shí)施例。

其中，附圖標(biāo)記：

溝道式金屬氧化物半導(dǎo)體元件100