[發(fā)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

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410216116.9
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN104183644A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)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: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

相關申請的交叉引用

本申請案是要求對2013年5月22日提交的美國專利申請第13／899，745號的優(yōu)先權，該專利申請披露的內容通過全文引用而結合與本文中。

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體功率器件的器件結構和制造過程。特別涉及一種改進的超結溝槽金屬氧化物半導體場效應管(super-junction?trench?MOSFET，下同)的器件構造及制造方法。

背景技術

與傳統(tǒng)的溝槽金屬氧化物半導體場效應管相比，具有超結(super-junction，下同)結構的溝槽金屬氧化物半導體場效應管由于具有更高的擊穿電壓和更低的漏源電阻Rds而更受人們青睞。美國專利申請?zhí)枮?3／751，458的專利中揭示了一個超結溝槽式MOSFET100，如圖1所示。該超結溝槽式MOSFET100的終端區(qū)包括多個保護環(huán)結構(GR，如圖1所示)，其中該終端區(qū)的長度約為200μm。然而，隨著半導體功率器件的集成度越來越高，需要減小該超結溝槽式MOSFET的終端區(qū)的長度以減少空間占用率，提高產(chǎn)品的性價比。

因此，在半導體功率器件領域中，尤其是在超結溝槽式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問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中存在的缺點，提供了一種改進的具有短終端區(qū)長度的超結溝槽式MOSFET，其終端區(qū)長度約為現(xiàn)有技術的十分之一，并且具有良好的穩(wěn)定性和較高的性價比。

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

(a)第一導電類型的襯底；

(b)第一導電類型的外延層，位于所述襯底之上，其中所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；

(c)多個填充以介電質層的深溝槽，由所述外延層的上表面向下延伸入所述的襯底中，其中每個深溝槽中的電介質層內部都包括一個孔洞；

(d)每兩個相鄰的深溝槽之間的臺面結構；

(e)第一導電類型的第一柱狀摻雜區(qū)，位于所述的臺面結構中；

(f)第二導電類型的第二柱狀摻雜區(qū)，位于所述的臺面結構中，靠近所述深溝槽的側壁，并平行圍繞所述的第一柱狀摻雜區(qū)；

(g)第二導電類型的體區(qū)，位于所述的臺面結構中，覆蓋所述第一柱狀摻雜區(qū)和所述第二柱狀摻雜區(qū)的上表面；

(h)至少一個柵溝槽，其填充以摻雜的多晶硅層并襯有柵極氧化層，該柵溝槽由所述臺面結構的上表面向下穿過所述的體區(qū)，并延伸入所述的第一柱狀摻雜區(qū)中；

(i)多個填充以接觸金屬插塞的溝槽式源體接觸區(qū)，穿過一層接觸絕緣層并延伸入所述的體區(qū)；

(j)第一導電類型的源區(qū)，圍繞所述柵溝槽的上部分，并位于所述柵溝槽的側壁和與之相鄰的溝槽式源體接觸區(qū)的側壁之間；和

(k)終端區(qū)，包括一個由第一導電類型的第三柱狀摻雜區(qū)和第二導電類型的第四柱狀摻雜區(qū)構成的電荷平衡區(qū)，其靠近一個所述的深溝槽，該終端區(qū)還包括一個靠近所述外延層上表面的溝道阻止區(qū)，其多數(shù)載流子的濃度高于所述的外延層。

在一些優(yōu)選的實施例中，其中所述的第三柱狀摻雜區(qū)的寬度為所述的第一柱狀摻雜區(qū)寬度的一半，所述的第四柱狀摻雜區(qū)的寬度等于所述的第二柱狀摻雜區(qū)的寬度。

在一些優(yōu)選的實施例中，其終端區(qū)還包括一個溝槽式終端接觸區(qū)，其穿過所述的溝道阻止區(qū)并延伸入所述的外延層中。

在一些優(yōu)選的實施例中中，所述的超結溝槽式金屬氧化物半導體場效應管還包括一個第二導電類型的歐姆體接觸區(qū)，其位于所述的體區(qū)中，且至少包圍每個所述的溝槽式源體接觸區(qū)的底部，其中所述的歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述的體區(qū)。更優(yōu)選地，還包括一個第二導電類型的歐姆體接觸區(qū)，其位于所述的溝道阻止區(qū)下方，至少包圍所述的溝槽式終端接觸區(qū)的底部。

在一些優(yōu)選的實施例中，其中所述的接觸金屬插塞襯有一層勢壘層Ti／TiN或Co／TiN或Ta／TiN。

在一些優(yōu)選的實施例中，所述的超結溝槽式金屬氧化物半導體場效應管還包括一個等勢環(huán)金屬層，其位于所述的終端區(qū)，覆蓋并連接至位于溝槽式終端接觸區(qū)中的接觸金屬插塞。更優(yōu)選地，還包括一個鈍化層，其覆蓋所述終端區(qū)的上表面。

在一些優(yōu)選的實施例中，在位于終端區(qū)的深溝槽中的孔洞頂端由所述的介電質層所密封。在另一些優(yōu)選的實施例中，在位于終端區(qū)的深溝槽中的孔洞頂端有開口并與外界相連。更優(yōu)選地，還包括一個鈍化層，其位于所述頂端有開口的孔洞上方。