[發(fā)明專利]溝槽式功率半導(dǎo)體元件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110234133.1
• 申請(qǐng)日: 2011-08-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102938414A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張淵舜;蔡依蕓;涂高維
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 帥群微電子股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 項(xiàng)榮;姚垚

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體元件及其制造方法，特別是涉及一種溝槽式功率半導(dǎo)體元件及其制造方法。

背景技術(shù)

平面式功率半導(dǎo)體元件，例如功率金屬氧化層半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Power?MOSFET，Power?Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect?Transistor)，以下簡(jiǎn)稱為功率金氧半場(chǎng)效晶體管，將柵極設(shè)置于基板表面，其電流信道沿著平行基材表面的走向流動(dòng)，會(huì)占據(jù)基板的面積，而導(dǎo)致相鄰單元(cell)之間隔距離無(wú)法任意縮減。相較之下，溝渠式功率半導(dǎo)體元件將柵極設(shè)置于溝槽內(nèi)，使電流通道改為垂直走向，因而可以縮短單元間的間隔距離，提高積集度(integration)。

圖1為一典型溝槽式功率金氧半場(chǎng)效晶體管的剖面示意圖。如圖中所示，此溝槽式功率金氧半場(chǎng)效晶體管具有一N型重?fù)诫s基板10、一N型輕摻雜磊晶層12、多個(gè)柵極溝槽14、多個(gè)柵極結(jié)構(gòu)16、多個(gè)P型本體區(qū)17、多個(gè)源極摻雜區(qū)18與一層間介電層19。其中，N型輕摻雜磊晶層12位于N型重?fù)诫s基板10上，柵極溝槽14位于N型輕摻雜磊晶層12中。柵極結(jié)構(gòu)16位于柵極溝槽14內(nèi)。P型本體區(qū)17位于N型輕摻雜磊晶層12的上部分，并且環(huán)繞柵極溝槽14。柵極結(jié)構(gòu)16的周?chē)灿幸粬艠O介電層15，以與P型本體區(qū)17及N型輕摻雜磊晶層12相區(qū)隔。源極摻雜區(qū)18位于P型本體區(qū)17的表面層，并且環(huán)繞柵極溝槽14。層間介電層19覆蓋于柵極結(jié)構(gòu)16上方。此層間介電層19內(nèi)并制作有多個(gè)源極接觸窗，以裸露源極摻雜區(qū)18。

一般而言，此溝槽式功率金氧半場(chǎng)效晶體管的源極電壓通過(guò)一形成于層間介電層19上方的源極金屬層(未圖示)施加于源極摻雜區(qū)18，柵極電壓通過(guò)一形成于層間介電層19上方的柵極金屬層(未圖示)施加于柵極結(jié)構(gòu)16，漏極電壓則是通過(guò)一形成于N型重?fù)诫s基板10下方的漏極金屬層(未圖示)施加于N型重?fù)诫s基板10。因此，芯片封裝時(shí)需同時(shí)連接基板上下表面的電極，而造成封裝技術(shù)上的限制。

于是，如何簡(jiǎn)化既有的溝槽式功率半導(dǎo)體元件的結(jié)構(gòu)與制作方法，是本技術(shù)領(lǐng)域一個(gè)重要的課題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提出一種溝槽式功率半導(dǎo)體元件以及此溝槽式功率半導(dǎo)體元件的制造方法，可以簡(jiǎn)化制作流程，降低制作成本。

為解決上述問(wèn)題，達(dá)到本發(fā)明提供一種溝槽式功率半導(dǎo)體元件。此溝槽式功率半導(dǎo)體元件包括一底材、多個(gè)溝槽、至少一個(gè)柵極多晶硅結(jié)構(gòu)、一柵極介電層、多個(gè)第一重?fù)诫s區(qū)、至少一本體區(qū)、至少一源極摻雜區(qū)、一層間介電層、一漏極接觸窗、一第二重?fù)诫s區(qū)與一金屬圖案層。其中，這些溝槽位于底材內(nèi)，并且包括至少一個(gè)柵極溝槽，至少一個(gè)柵極多晶硅結(jié)構(gòu)，位于該柵極溝槽內(nèi)；一柵極介電層，包覆該柵極多晶硅結(jié)構(gòu)的側(cè)面與底面。各個(gè)第一重?fù)诫s區(qū)分別形成于相對(duì)應(yīng)的溝槽的下方，該第一重?fù)诫s區(qū)與相對(duì)應(yīng)的該溝槽的底部間隔一定距離，并且互相連接形成一導(dǎo)電通道。在各個(gè)第一重?fù)诫s區(qū)與相對(duì)應(yīng)的溝槽之間分別具有一輕摻雜區(qū)，以阻止第一重?fù)诫s區(qū)向上擴(kuò)張。本體區(qū)環(huán)繞柵極溝槽，并與第一重?fù)诫s區(qū)間隔一預(yù)設(shè)距離。源極摻雜區(qū)位于本體區(qū)上方。該層間介電層覆蓋該柵極多晶硅結(jié)構(gòu)，并定義出至少一源極接觸窗以裸露該源極摻雜區(qū)。該漏極接觸窗位于底材的邊緣處。第二重?fù)诫s區(qū)位于接觸窗的下方，并電性連接導(dǎo)電通道。金屬圖案層填入接觸窗以電性連接第二重?fù)诫s區(qū)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述底材為一輕摻雜硅基板。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述底材由一硅基板與位于其上的一輕摻雜磊晶層所構(gòu)成。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，所述底材由一表面覆蓋有氧化層的硅基板與位于氧化層上方的一輕摻雜磊晶層所構(gòu)成。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，形成于底材的溝槽包括柵極溝槽、第一溝槽與第二溝槽。其中，第一溝槽位于相鄰二個(gè)柵極溝槽間，以容納一介電結(jié)構(gòu)。第二溝槽位于柵極溝槽外側(cè)，以容納一終端結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一實(shí)施例中，形成于底材的溝槽可區(qū)分為寬度較寬的第一部分的溝槽與寬度較窄的第二部分的溝槽，在第一部分的溝槽底部形成有窄溝槽。第一重?fù)诫s區(qū)則是位于窄溝槽的下方。