[發明專利]超自對準溝槽型雙擴散金屬氧化物半導體晶體管結構及其制造方法

有效

• 申請號: 200910149277.X
• 申請日: 2009-06-04
• 公開（公告）號: CN101645457A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發明（設計）人: 弗蘭茨娃·赫爾伯特
• 申請（專利權）人: 萬國半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L29/08;H01L21/336
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張靜潔;王敏杰

技術領域

本發明總體上涉及一種垂直的功率金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET)器件，特別是指一種具有改進的源極和體區接觸結構，極大的 提高了性能的功率MOSFET器件。

背景技術

通常，溝槽型雙擴散金屬氧化物半導體(Trench-DMOS)晶體管在功率 集成電路中被用作大功率晶體管。各種內部寄生效應常常會在設計和性能上 對常規的溝槽型DMOS晶體管造成各種限制。常規的多晶硅溝槽柵DMOS 意味著，在硅表面以下(凹槽柵溝槽型DMOS)及以上(垂直多晶硅PSU， 或垂直多晶硅柵SUPG)都需要一掩模，要么阻止由體區接觸區進行的源極 N+注入；要么形成一個溝槽觸點，通過這一觸點，外露的N+硅區域可經由 蝕刻處理從而允許一個P+注入，用以連接DMOS晶體管的體區。

此外，標準的溝槽柵雙極型MOSFET(或者DMOS)，無論有無PSU， 都需要對準方可形成源極觸點，如果未能對準或者由于觸點的臨界尺寸控制 或者其他層的瑕疵(例如，漏極短路時截止柵電流柵源滲漏所造成的成品率 損失)都會影響成品率。這就需要更大的單元間距，以便容納額外的觸點來 進行柵對準(和/或臨界尺寸控制寬容度)，這往往是應當極力避免發生的， 因為這會導致功率晶體管有更高的導通電阻和更低的效率。另外，進行觸點 自對準相當困難。

美國專利(專利號：5,567,634)公開了一種金屬氧化物半導體(MOS) 器件及加工溝槽型DMOS晶體管的方法，其晶體管源極觸點和體區觸點與溝 槽進行了自對準。這種自對準觸點減少了溝槽邊緣之間的距離，提高了封裝 密度和電流驅動能力，并減小了導通電阻。

美國專利(專利號：5,684,319)公開了一種DMOS器件結構和制造方式， 擁有可自對準的源極和體區觸點結構，并且不需要進行額外的掩模加工。N+ 多晶硅隔片被用來在多晶硅柵的邊緣建立源極區。然而，N+多晶硅源極只通 過降低電阻改進了源極觸點，但并沒有對體區產生任何影響。美國專利(專 利號：5,665,619)公開了一種溝槽型DMOS晶體管結構，它包括一個與溝槽 自對準的晶體管源極和體區觸點，以及制造這種自對準觸點結構的方法。這 些方法依靠氧化硅層/氮化硅層/氧化硅層(ONO)在活性層上的堆疊和為保護 回蝕之后的多晶硅柵最頂部而進行的氧化回蝕。隔片被用來保護側壁。另外， 在這些方法當中，ONO堆疊會被用來保護活性區，在多次回蝕之后，一種熱 氧化層會在多晶硅柵頂部長出。

美國專利(專利號：5,378,655)公開了一種制造半導體器件的方法，包 括一種絕緣柵場效應器件，其中絕緣柵在溝槽或凹槽當中形成。在這種方法 中，多晶硅柵的頂部的氧化層的形成先于隔片的形成。

美國專利(專利號：6,924,198)公開了一種溝槽柵MOSFET，該MOSFET 通過一種超自對準(SSA)過程得以制成，該過程利用了一個絕緣層(例如 玻璃層)和一個接觸掩模來對與MOSFET源極區進行導電連接的接觸開口進 行界定。接觸掩模和中間的玻璃被用在其他類型的自對準過程當中，來減少 源極金屬和嵌入的溝槽柵頂部之間的耦合電容。一個被沉積用來與源極區進 行電導通的金屬層可被削平，例如，用化學機械方法打磨來提供的平直表面， 用以避免擴展到玻璃層的導電線路的形成。不過，在這個長條形區域內仍然 需要一個觸點，但不是體區觸點。

目前公開了的溝槽型MOSFET具有多晶硅柵(PSU)，如圖1所示。有 關這種柵結構的一個示例在美國專利公開文件(20060071268)當中進行描述， 并在此作為參考。如圖1的透視圖所示，一個功率MOSFET器件100可包含 一個形成于半導體襯底之上的漏極102，體區104，嵌入體區內并且由體區表 面向下延伸至體區內的源極106。器件100還包括一個由例如多晶硅(poly) 這樣的傳導材料制成的柵極108，其設置于由源極和體區延伸至漏極的溝槽 內。柵極108的上表面實際上已經擴展到源極106的上表面之上。通過將柵 極擴展而穿過源極，甚至在源極深度發生變化的時候，柵極同樣覆蓋了源極 底部。電介質材料層110位于源極表面，用于將柵極與源極-體區接觸區絕緣。 合適的電介質材料包括熱氧化物，低溫氧化物(LTO)，硼磷硅玻璃(BPSG) 等等。一個位于該器件上的金屬層(未示出)構成了與源極和柵極的接觸。