[發明專利]溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管與其制造方法

有效

• 申請號: 201410010625.6
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN104779282B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 許修文
• 申請（專利權）人: 帥群微電子股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 隆天知識產權代理有限公司72003
• 代理人: 李昕巍,章侃銥

技術領域

本發明涉及一種功率金屬氧化物半導體(Metal Oxide Semiconductor)場效晶體管，尤其涉及一種具有低導通阻抗與高崩潰電壓的溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管與其制造方法。

背景技術

功率型金屬氧化場效晶體管(PowerMetalOxideSemiconductor FieldTransistor，PowerMOSFET)是一種電壓控制元件，主要有水平式與垂直式兩種結構，其具有開關速度快、高頻特性良好、輸入阻抗高與驅動功率小等優點。功率型金屬氧化場效晶體管被廣泛地應用于電力裝置的切換元件，例如是電源供應器、整流器或低壓馬達控制器等等。現今的功率金屬氧化物半導體導體場效晶體管多采取垂直結構的設計，以提升元件密度。

功率型金屬氧化場效晶體管的工作損失可分成切換損失(switching loss)及導通損失(conductingloss)兩大類，其中在晶體管導通狀態(ON)下的導通電阻Rds為影響工作損失的重要參數。導通電阻Rds愈小，晶體管的導通損失愈小，功率消耗愈低。功率型金屬氧化場效晶體管的導通電阻Rds通常與漂移區的厚度相關，降低漂移區的厚度可以縮小導電電阻Rds，但是降低漂移區的厚度會導致崩潰電壓降低而影響晶體管的耐壓特性。

發明內容

本發明提供一種溝槽式功率型金屬氧化場效晶體管與其制造方法，其利用降低表面電場(reducedsurfacefield，RESURF)技術在基體區域(bodyregion)下方設置氧化物層以增加崩潰電壓，借此在相同的崩潰電壓特性下獲得較低的導通電阻。

本發明實施例提出一種溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管，包括一基材、一磊晶層、一氧化物層、一溝道區域、一基體區域、一第二重摻雜區以及一溝槽柵極結構。基材具有一第一重摻雜區；磊晶層形成于基材上方，其中磊晶層中具有一漂移區；氧化物層形成于漂移區上方；溝道區域形成于氧化物層的一側；基體區域形成于氧化物層與溝道區域上方，其中溝道區域連接基體區域與漂移區；第二重摻雜區形成于基體區域上方；第一溝槽柵極結構形成于第二重摻雜區與基體區域的側邊。其中，溝道區域位于溝槽柵極結構與氧化物層之間。

更好地，其中溝道區域的寬度小于該氧化物層的寬度。

更好地，其中溝道區域與漂移區為N型摻雜區，基體區域為P型摻雜區，第一重摻雜區與第二重摻雜區為N型摻雜區。

更好地，其中氧化物層、溝道區域、基體區域、第二重摻雜區與第一溝槽柵極結構形成于該磊晶層中，而第一溝槽柵極結構可延伸至漂移區之中。

本發明還提出一種溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管的制造方法，包括下列步驟：提供一基板；形成一磊晶層于基板上方，并在磊晶層中形成一漂移區與一氧化物層，其中氧化物層位于漂移區上方；形成一溝槽柵極結構與一溝道區域于磊晶層中，其中溝道區域位于氧化物層與溝槽柵極結構之間；形成一基體區域于氧化物層與溝道區域上方，其中溝道區域連接基體區域與漂移區；以及形成一重摻雜區于基體區域上方。

更好地，在上述形成磊晶層的步驟中，包括下列步驟：形成一下磊晶層于基板上；形成一主氧化物層在一下磊晶層的上方；蝕刻主氧化層以形成多個區段，其中該些區段之一形成氧化物層；以及使下磊晶層向上成長增加厚度以覆蓋氧化物層并形成磊晶層。

綜上所述，本發明的溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管與其制造方法利用在磊晶層中形成一埋入式的氧化物層以改變縱向電場分布，借此提高元件的崩潰電壓，所以可以突破硅限制(siliconlimitation)，獲得較低的導通電阻。

為了讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

圖1A～圖1H為本發明溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管的制造方法示意圖；

圖2為本發明溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管的制造方法流程圖；

圖3為本發明溝槽式功率金屬氧化物半導體場效晶體管的局部結構示意圖。

【附圖標記說明】

基板 110

下磊晶層 119

磊晶層 120

主氧化物層 130

氧化物層 131、132、133

溝槽式柵極結構 150、155

導電柵極 151

絕緣層 152

溝槽 153

第二重摻雜區 160