[發明專利]功率金屬氧化物半導體場效應晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 200910194779.4
• 申請日: 2009-08-28
• 公開（公告）號: CN102005476A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 三重野文健
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李麗

技術領域

本發明涉及半導體器件，尤其是功率金屬氧化物半導體場效應晶體管及其制作方法。

背景技術

由于功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(功率MOSFET)具有功率低、開關速度快等特點，并且在正向偏置工作時，多數載流子導電使得通常被認為不存在二次擊穿現象，功率MOSFET被廣泛應用于電源的開關器件中。

然而，當功率MOSFET反向偏置時，受漏源極電壓、電流等作用，功率MOSFET內部容易發生雪崩擊穿。參考圖1，在功率MOSFET體內的等效電路中，其源極和漏極之間包括一個寄生三極管110，該寄生三極管110的集電極、發射極分別是所述功率MOSFET的漏極和源極，并且其源極及體區之間還包括一個正向導通的寄生體二極管120。當所述功率MOSFET的漏極存在大電流和高電壓時，電離作用加劇，產生大量的空穴并通過體區流入源極，導致該寄生三極管110的基極電勢升高；當基極電勢升高到一定程度時，該寄生體二極管120的反向電壓快速達到其擊穿電壓，該寄生體二極管120反向導通，使得反向電流迅速增加，產生雪崩擊穿。

在雪崩擊穿后如果沒有適當的緩沖或抑制措施，隨著反向電流的增大，功率MOSFET消耗內部能量的能力越來越差，溫度將上升很快，甚至燒毀功率MOSFET。在現代功率半導體技術中，功率MOSFET設計和制造的一個很重要方面就是優化單元結構，促進雪崩擊穿時的能量耗散能力。關于減輕雪崩擊穿的研究，在專利號為02812811.1、名稱為“具有減輕的擊穿現象的溝道型雙擴散金屬氧化物半導體晶體管”的中國專利以及專利號為01144661.7、名稱為“功率金屬氧化物半導體場效晶體管裝置及其制造方法”的中國專利中可以得到更多信息。

參考圖2，發明人對現有功率MOSFET的結構進行了研究，發現在功率MOSFET的一種結構中，其接觸孔采用穿過n型重摻雜(即n+)源區201且到達p型體區202的U型溝槽203，并且在U型溝槽203表面形成p型載流子的重摻雜區(即p+)204。在U型溝槽203的底端，p型體區202向n型重摻雜(即n+)源區201延伸，由于U型溝槽203表面具有p型重摻雜區204，p型體區202的延伸部沿U型溝槽203側壁與n型重摻雜源區201形成集中的電場；而且，當功率MOSFET的漏極電壓升高到一定電壓時，由于U型溝槽203表面覆蓋重摻雜的p型載流子，會導致載流子沿U型溝槽203的側壁和底部聚集。因此，在U型溝槽表面，由于電場集中并且反向電流密度較大，很容易引發雪崩擊穿。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種功率MOSFET，以減小甚至避免雪崩擊穿效應的產生。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管，包括：具有第一導電類型的襯底；位于所述襯底上、具有第一導電類型且濃度低于襯底摻雜濃度的外延層；位于所述外延層上、具有第二導電類型的體區；位于所述體區上、具有高摻雜濃度的第一導電類型的源區；穿過所述源區和所述體區、到達所述外延層的柵極以及其表面的柵絕緣層；穿過所述源區且到達所述體區的接觸孔，其中，所述接觸孔的底部形成向內凹陷部，在且僅在所述向內凹陷部的外側表面具有第二導電類型的重摻雜區。

此外，本發明還提供了一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管的制作方法，包括：提供具有第一導電類型的襯底；在所述襯底上形成外延層，所述外延層位于所述襯底上、具有第一導電類型且濃度低于所述襯底摻雜濃度；在所述外延層上形成體區，所述體區位于所述外延層上且具有第二導電類型；形成源區及柵極，所述源極具有高摻雜濃度的第一導電類型，并且所述柵極穿過所述源區和所述體區、到達所述外延層；形成穿過所述源區且到達所述體區的接觸孔，所述接觸孔的底部具有向內凹陷部；在所述接觸孔底部的向內凹陷部的外側表面形成具有第二導電類型的重摻雜區。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：通過采用具有垂直側壁以及向內凹陷的底部的接觸孔結構，使所述接觸孔的側壁避免產生集中的電場，并且也避免了體pn結空間電荷區擴散產生的空穴進入所述接觸孔的底部，從而減輕甚至避免雪崩擊穿，進而提高了產品的穩定性。

附圖說明

圖1是現有技術中功率金屬氧化物半導體場效應晶體管結構示意圖以及其寄生三極管和寄生體二極管的示意圖；

圖2是現有技術中功率金屬氧化物半導體場效應晶體管接觸孔的結構示意圖；

圖3是本發明功率金屬氧化物半導體場效應晶體管實施方式的結構示意圖；

圖4是本發明功率金屬氧化物半導體場效應晶體管制作方法實施方式的流程示意圖；