[發明專利]一種超結溝槽金屬氧化物半導體場效應管及其制造方法

有效

• 申請號: 201010158386.0
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN102208414A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 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: H01L27/088
• 分類號: H01L27/088;H01L29/78;H01L29/06;H01L21/8234;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及一種半導體功率器件的器件構造及制作方法。特別涉及一種具有RSO(Resurf?Stepped?Oxide)結構的超結(super-junction)溝槽金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)的器件構造及制作方法。

背景技術

在半導體功率器件領域，由于超結溝槽MOSFET器件具有較高的擊穿電壓和較低的漏-源電阻(Rds)，所以其比普通的溝槽MOSFET器件在應用中更具有優勢。然而，超結溝槽MOSFET在制造和應用中也存在不足。眾所周知，超結溝槽MOSFET器件的基本結構是在重摻雜的襯底上用離子注入的方法形成間隔交替的P型和N型柱狀摻雜結構，其二者相互靠近且相互平行。但是，在生產制造過程中，這種結構極易受到影響，例如在隨后的熱環境中，所述P型和N型柱狀摻雜結構之間的雜質離子會發生再次擴散運動以及柱狀摻雜區中的陷阱電荷等因素，這些因素都會造成超結溝槽MOSFET器件中的電荷分布不平衡，從而對超結溝槽MOSFET器件性能造成毀滅性的影響。尤其是，在電壓低于200V時，隨著柱狀摻雜區的寬度變窄，上述的因素作用將更加明顯。

在美國專利號7,601,597中揭示了一種方法可以有效地避免上述P型和N型柱狀摻雜區中雜質離子發生再次擴散的問題。具體的方法為：在所有的擴散過程(例如溝槽刻蝕后形成犧牲氧化層、形成柵極氧化層、形成P型體區以及形成n+源區等)結束之后，再進行P型柱狀摻雜區的形成。采用這種方法形成的超結溝槽MOSFET如圖1A所示。

然而，上述現有技術的不足之處在于，超結溝槽MOSFET的成本過高。首先，在進行溝槽的刻蝕后，P型柱狀摻雜區要通過生長額外的的P型外延層的方法獲得；其次，在生長P型外延層后需要進行額外的化學機械拋光(CMP)過程以實現其表面的平坦化；再次，需要進行兩次溝槽的刻蝕(一次刻蝕形成溝槽柵的溝槽，另一次刻蝕形成P型柱狀摻雜區的較深溝槽)。而上述的這些過程會大量增加制造成本而不適用于量產。此外，柱狀摻雜區中的陷阱電荷因素引起電荷分布不平衡的問題依然沒有得到解決。

在M.A.Gajda等人的文章《Industrialization?of?Resurf?SteppedOxide?Technology?for?Power?Transistors》和Xin?Yang等人的文章《Tunable?Oxide-Bypassed?Trench?Gate?MOSFET?Breaking?the?IdealSuper-junction?MOSFET?Performance?Line?at?Equal?Column?Width》中分別揭示了用于解決超結溝槽MOSFET的局限的結構，如圖1B和圖1C所示。除了技術名稱有區別外，圖1B和圖1C中所示的兩種結構極為相似，都是在其外延層中采用了大于傳統MOSFET外延層中的多數載流子濃度而具有較低的Rds和較高的擊穿電壓。與此同時，圖1B和圖1C所示的結構中的溝槽柵都延伸入漂移區并且在溝槽柵的側壁和底部都襯有相對一般超結溝槽MOSFET較厚的柵極氧化層。兩者的唯一不同之處在于，圖1B所示的結構中只有一個外延層，而圖1C所示的結構中擁有兩個外延層，即外延層1和外延層2，其中外延層1位于重摻雜的襯底上方，外延層2位于外延層1的上方，且靠近溝道區，外延層1的多數載流子濃度低于外延層2。由于不存在P型和N型柱狀摻雜區的相互，因而圖1B和圖1C所示的兩種結構中就不存在電荷分布不平衡的問題，從而解決了超結溝槽MOSFET器件中的技術局限。然而圖1B和圖1C所示兩種結構只有在電壓小于200V的條件下才能顯示出優越于超結溝槽MOSFET的特性。也就是說，在偏置電壓超過200V時，傳統的超結溝槽MOSFET器件擁有比上述兩種結構更低的Rds值，那么上述兩者結構的優點在偏置電壓超過200V時將不復存在。

因此，在半導體功率器件領域中，尤其是在超結溝槽MOSFET器件的設計和制造領域中，需要提出一種新穎的器件構造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，提供了一種改進的半導體功率器件，從而有效的改善了器件的電荷分布不平衡問題，有效的降低了器件的生產成本。

根據本發明的實施例，提供了具有一種RSO結構的超結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的上表面，且該外延層的多數載流子濃度低于所述襯底；

(c)多個溝槽，位于所述外延層內，且從所述外延層的上表面向下延伸入所述外延層；