[發明專利]一種使用球形溝槽的功率器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201010223220.2
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN102315264A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發明（設計）人: 王鵬飛;劉磊;劉偉
• 申請（專利權）人: 蘇州東微半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種溝槽型功率器件及其制造方法，特別涉及一種使用球形溝槽的功率器件及其制造方法，屬于半導體功率器件領域。

背景技術

隨著微電子技術的不斷發展，功率MOS晶體管以其輸入阻抗高、低損耗、開關速度快、無二次擊穿、安全工作區寬、動態性能好、易與前極耦合實現大電流化、轉換效率高等優點，逐漸替代雙極型器件成為當今功率器件發展的主流。現在的功率器件主要有平面擴散型MOS晶體管(LDMOS)和溝槽型MOS晶體管(Trench?MOS)等類型。溝槽型MOS晶體管因為采用了垂直的溝道，器件的面積可以比平面擴散型MOS晶體管大很多，因此其電流密度可以得到很大的提高。但是溝槽型MOS晶體管管的柵極和漏極的重合面積比較大，導致柵極寄生電容增大，這使得溝槽型MOS晶體管在導通、關閉時的功耗上升。

為了降低溝槽型MOS晶體管柵極與漏極之間的寄生電容，美國專利6,882,004B2中提出了先將MOS晶體管的溝槽深度延長，再形成做填充用的多晶硅，然后形成柵極的方法，其工藝過程為：

首先，提供一個半導體襯底，所述半導體襯底包括具有第一種摻雜類型的硅層101和具有第二種摻雜類型的硅層102，所述第一種摻雜類型為n型或p型，所述第二種摻雜類型為p型或n型。然后在提供的半導體襯底上形成器件的凹槽區域103，接著形成一層場氧化層104，比如為二氧化硅。再淀積氮化硅材料105作為填充介質，并對氮化硅進行刻蝕，使得氮化硅的表面低于硅層102的表面。然后對場氧化層104進行刻蝕，形成如圖1a所示的結構。

接下來，形成一層柵氧化層106，比如為氧化硅。接著，在凹槽區域內填充多晶硅材料107，并對多晶硅進行回刻。然后，對柵氧化層106進行刻蝕形成如圖1b所示的結構。

接下來，剝除剩余的氮化硅材料105，然后形成一層絕緣氧化物108，絕緣氧化物108覆蓋柵氧化層106和場氧化層104，如圖1c所示。

接下來，淀積一層多晶硅材料109，然后對多晶硅109和絕緣氧化物108進行刻蝕，然后淀積多晶硅材料110，將之前刻蝕形成的凹槽區域103完全填滿，如圖1d所示。

最后，形成器件的源區，并形成金屬接觸電極，該工藝是業界所熟知的，在此我們沒有畫圖示出。

美國專利6,882,004B2中提出的功率器件可以使得柵極與漏極之間的寄生電容得到降低。但是其制造工藝過程復雜，而且電場集中于凹槽和主結的交匯處，容易擊穿。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種功率器件，該功率器件可以改善現有溝槽型功率器件柵極寄生電容大、容易擊穿的問題。

為達到本發明的上述目的，本發明提出了一種使用球形溝槽的N型MOS器件，包括：

一個半導體襯底；

位于所述半導體襯底部的漏區；

位于所述半導體襯底內的凹槽結構；

覆蓋在所述凹槽之內的柵極；

位于所述柵極與半導體襯底之間的柵介質層；

位于所述凹槽兩側的，襯底頂部的源區；

將所述源區和漏區隔開的P型摻雜阱；

以及將所述P型摻雜阱引出到半導體襯底頂部的高濃度P型摻雜區。

進一步地，所述凹槽的下半部分嵌在漏區中并呈圓形或者橢圓形；所述P型摻雜阱被所述凹槽隔開處的垂直表面形成所述功率器件的垂直溝道；位于所述凹槽下半部分處的柵介質層厚度明顯厚于所述垂直溝道處的柵介質層厚度；所述柵介質層是氧化硅或者氮化硅，其厚度為1-50納米。

更進一步地，所述柵極覆蓋在所述柵介質層之上，并填充滿整個凹槽；或者所述凹槽的下半部分被絕緣介質填充，所述柵極覆蓋在所述絕緣介質之上，所述絕緣介質為氧化硅或者為氮化硅。

本發明所提出的溝槽型MOS功率器件使用圓形或者橢圓形的溝槽底部，使得電場的分布更加分散，降低了凹槽底部的最大電場。同時，在溝道處使用薄的柵介質層，在圓形或橢圓形的溝槽底部使用厚的柵介質層，使得柵極寄生電容得到減小，從而降低了開關功耗，提高了器件的開關速度。

本發明還提出了上述溝槽型功率器件的制造方法，包括：

提供一個半導體襯底；

在所述半導體襯底上形成第一種絕緣介質；

淀積形成第一層光阻層；

掩膜曝光后刻蝕第一種絕緣介質，直至露出半導體襯底；

刻蝕半導體襯底形成開口結構；

剝除剩余的第一層光阻層；

在所述開口內氧化形成一層犧牲介質層；