[發明專利]溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件及其制造方法

有效

• 申請號: 202010113782.5
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN113035931B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 劉莒光;羅祎侖
• 申請（專利權）人: 杰力科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司 11205
• 代理人: 羅英;臧建明

本發明提供一種溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件及其制造方法。所述器件包括基板、具有第一導電型的外延層、位于外延層中的溝槽內的柵極、柵氧化層、具有第一導電型的源極區、具有第二導電型的本體區與抗擊穿摻雜區。抗擊穿摻雜區是位于本體區與源極區的界面，且其摻雜濃度高于本體區的摻雜濃度。外延層具有接近源極區的第一pn結和接近基板的第二pn結。以兩個pn結之間劃分為N等分的N個區域，N是大于1的整數。所述N個區域內的摻雜濃度愈接近第一pn結愈大。所述N個區域分別具有一摻雜濃度積分面積，且所述N個區域中愈接近第一pn結的區域的摻雜濃度積分面積愈大。通過抗擊穿摻雜區使該處具有陡峭的濃度分布，因此改善器件的UIS能力。

技術領域

本發明涉及一種功率半導體器件，尤其涉及一種溝槽式金屬氧化物半導體場效應管元件及其制造方法。

背景技術

在功率半導體器件中，垂直設置于溝槽的功率半導體器件因為能大幅增加單元密度，所以已成為各界發展的重點之一。

圖1是已知的一種溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件的示意圖。在圖1中，基板100上的外延層102內有源極區104和本體(body)區106，而溝槽式柵極108則是設置于外延層102中，內層介電層(ILD)110覆蓋外延層102與溝槽式柵極108。另外，溝槽式柵極108表面會有柵氧化層112。

圖2是沿著圖1的溝槽式柵極結構108的側壁108a的摻雜濃度曲線圖，其中顯示源極區104和本體區106之間的摻雜濃度分布平緩，而使本體電阻(body resistance)變高。一旦本體電阻變高，將容易造成寄生N(源極104)-P(本體106)-N(外延層102)雙極性晶體管導通，MOSFET發生二次崩潰(Secondary breakdown)，使得器件溫度上升，造成器件永久損傷，即非箝位電感開關(Unclamped Inductive Switching,UIS)的性能變差。

發明內容

本發明是針對一種溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件，其本體與源極之間設有特定摻雜濃度范圍的抗擊穿摻雜區(anti-punch through region)，能降低本體電阻率，藉此改善溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件的UIS能力。

本發明還針對一種溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件的制造方法，可使本體與源極之間產生高摻雜濃度區域，以降低本體電阻率(Rs_{_Body})，以抑制寄生雙極性晶體管開啟。

根據本發明的實施例，一種溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件，包括基板、具有第一導電型的外延層、柵極、柵氧化層、具有第一導電型的源極區、具有第二導電型的本體區與具有第二導電型的抗擊穿摻雜區。外延層是形成于基板上。外延層則具有溝槽，柵極位于所述溝槽內，柵氧化層位于柵極與溝槽之間。源極區是位于溝槽兩側的外延層的表面，本體區是位于源極區下方的部分外延層內，且抗擊穿摻雜區是位于本體區與源極區的界面，其中所述抗擊穿摻雜區的摻雜濃度高于本體區的摻雜濃度。所述外延層具有接近源極區的一個第一pn結(pn junction)與接近基板的一個第二pn結，且以第一pn結與第二pn結之間劃分為N等分的N個區域，N是大于1的整數。所述N個區域內的摻雜濃度愈接近第一pn結愈大。所述N個區域分別具有一摻雜濃度積分面積，且所述N個區域中愈接近第一pn結的區域的摻雜濃度積分面積愈大。

在根據本發明的實施例的溝槽式金屬氧化物半導體場效應管器件中，上述N為2，且所述N個區域包括接近第一pn結的第一區域與接近第二pn結的第二區域，所述第一區域內的摻雜濃度均大于所述第二區域內的摻雜濃度，所述第一區域的所述摻雜濃度積分面積大于所述第二區域的所述摻雜濃度積分面積。