[發明專利]一種溝槽金屬氧化物半導體場效應管及其制造方法

無效

• 申請號: 200910253441.1
• 申請日: 2009-12-10
• 公開（公告）號: CN102097433A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 謝福淵
• 申請（專利權）人: 力士科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/06
• 分類號: H01L27/06;H01L23/528;H01L21/82;H01L21/768
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 逯長明

技術領域

本發明涉及一種半導體功率器件的單元結構、器件構造及工藝制造，特別涉及一種溝槽MOSFET(金屬氧化物半導體場效應晶體管)的單元結構和工藝方法。

背景技術

傳統的半導體功率器件的設計和制造技術在ESD(Electrostatic?Discharge，靜電釋放)保護方面所經受的考驗日益嚴峻。尤其是，在溝槽金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)中，由靜電放電而得的高壓瞬時信號會對柵極絕緣層產生超過10,000伏特的強電壓，并對溝槽MOSFET產生不可預估的損壞。為了減小由靜電放電所產生的影響，現有技術中許多溝槽MOSFET都被設計成自身帶有ESD保護的系統，其中，典型的ESD保護結構由多個背靠背的齊納二極管組成，如圖1所示。

在美國專利號：6,657,256的現有技術中，揭示了一種自身帶有上述ESD保護結構的溝槽MOSFET，如圖2所示。該N溝道溝槽MOSFET包括：N+襯底100以及位于襯底上表面的N型外延層104；P型體區116；靠近P型體區116上表面的n+源區140和p+體接觸區142。該N溝道溝槽MOSFET還包括位于外延層中的多個溝槽柵124，該溝槽柵內表面襯有柵極氧化層130并填充以多晶硅152。此外，該N溝道溝槽MOSFET還包括一個ESD保護二極管，該ESD保護二極管由兩個背對背的齊納二極管組成，包括陰極145和陽極148。所述ESD保護二極管與P型體區116之間由一層柵極氧化層130’絕緣。

圖2所示的現有技術中N溝道溝槽MOSFET的缺點在于，其接觸區應用的是平面接觸而不是性能優良的溝槽接觸。若在該結構中使用溝槽接觸，如圖3所示，就ESD保護二極管而言，額外的硅刻蝕會輕易地穿透柵極氧化層130’而延伸入ESD保護二極管下方的P型體區116，引起柵極與源極之間的短接，從而造成低的成品率和可靠性。

因此，在半導體器件領域中，尤其是在溝槽MOSFET的設計和制造領域中，需要提供一種新穎的單元結構、器件構造和制造方法以解決上述的困難和設計局限。

發明內容

本發明克服了現有技術中存在的缺點，提供了一種溝槽金屬氧化物半導體場效應晶體管的制造方法，從而保證器件不會產生柵極和源極之間的短接。

根據本發明的實施例，提供了一種溝槽金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)，包括：

(a)第一導電類型的襯底；

(b)第一導電類型的外延層，該外延層位于所述襯底之上，并且該外延層的所述載流子濃度低于所述襯底；

(c)第二導電類型的體區，位于所述外延層的上部分；

(d)第一導電類型的源區，位于有源區，且靠近所述體區的上表面；

(e)多個第一溝槽柵，位于有源區，且從所述外延層的上表面延伸入所述外延層；

(f)至少一個第二溝槽柵，用于柵極連接，且從所述外延層的上表面延伸入所述外延層；

(g)第一絕緣層，覆蓋所述第一溝槽柵和第二溝槽柵的內表面；

(h)柵極導電區域，位于所述第一溝槽柵和第二溝槽柵內，且靠近所述第一絕緣層；

(i)第二絕緣層，覆蓋所述外延層的上表面；

(j)一個ESD保護二極管，位于所述第二絕緣層之上；

(k)第三絕緣層，覆蓋所述外延層以及所述ESD保護二極管的外表面；

(l)多個源體接觸溝槽，穿過所述第三絕緣層和所述源區并延伸入所述體區；

(m)至少一個柵接觸溝槽，穿過所述第三絕緣層并延伸入位于所述第二溝槽柵中的柵極導電區域；

(n)至少兩個ESD接觸溝槽，穿過所述第三絕緣層并延伸入所述ESD保護二極管的陰極；

(o)至少兩個第三溝槽柵，填充以所述柵極導電區域并襯有所述第一絕緣層，從所述外延層的上表面延伸入所述外延層，且每個所述第三溝槽柵位于每個所述ESD接觸溝槽的下方；

(p)金屬插塞，位于每個所述源體接觸溝槽、柵接觸溝槽和ESD接觸溝槽中。

在一些優選的實施例中，所述ESD保護二極管由多個背靠背的齊納二極管構成；

在一些優選的實施例中，所述第二絕緣層的厚度為150～1500埃。

在一些優選的實施例中，所述柵極導電區域為摻雜的多晶硅。

在一些優選的實施例中，還包括源金屬和柵金屬，其中源金屬與所述源體接觸溝槽中的金屬插塞和位于ESD保護二極管一端的ESD接觸溝槽中的金屬插塞之間形成電學接觸，柵金屬與所述柵接觸溝槽中的金屬插塞和位于ESD保護二極管另一端的ESD接觸溝槽中的金屬插塞之間形成電學接觸。更優選地，所述源金屬和柵金屬為Al合金或Cu合金。