沟槽式功率金氧半场效晶体管与其制作方法技术

一种沟槽式功率金氧半场效晶体管与其制作方法，沟槽式功率金氧半场效晶体管的栅极包括一上掺杂区、一中间区与一下掺杂区，其中中间区为本质区或淡掺杂区，而在栅极中形成一PIN接面、P+/N-或N+/P-接面。本发明专利技术的沟槽式功率金氧半场效晶体管与其制作方法，当沟槽式功率金氧半场效晶体管运作时，PIN接面或PN接面所形成的接面电容可和降低栅极/漏极之间的电容串联，而使栅极/漏极之间的等效电容降低。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及一种功率金氧半场效晶体管及其制作方法，尤其涉及一种沟槽式功率金氧半场效晶体管及其制作方法。

技术介绍

功率金氧半场效晶体管(PowerMetalOxideSemiconductorFieldTransistor，PowerMOSFET)被广泛地应用于电力装置的切换元件，例如是电源供应器、整流器或低压马达控制器等等。现今的功率金氧半场效晶体管多采取垂直结构的设计，以提升元件密度。而具有沟槽栅极结构的功率式金氧半场效晶体管，不但具有更高的元件密度，也有更低的导通电阻，其优点是可以在耗费低功率的状况下，控制电压进行元件的操作。
功率型金氧半场效晶体管的工作损失可分成切换损失(switchingloss)及导通损失(conductingloss)两大类，其中栅极/漏极的电容值(Cgd)是影响切换损失的重要参数。栅极/漏极电容值太高会造成切换损失增加，进而限制功率型金氧半场效晶体管的切换速度，不利于应用高频电路中。

技术实现思路

本专利技术所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种沟槽式功率金氧半场效晶体管与其制作方法，其借助于一具有PIN接面、P+/N-接面或N+/P-接面的栅极来降低栅极/漏极等效电容。
本专利技术所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
本专利技术提供一种沟槽式功率金氧半场效晶体管，包括基材、磊晶层及多个沟槽式晶体管单元；磊晶层形成于该基材上方，而多个沟槽式晶体管单元形成于磊晶层中，其中各沟槽式晶体管单元包括一沟槽栅极结构；沟槽栅极结构包括沟槽与栅极，其中沟槽形成于磊晶层中，而沟槽的内侧壁形成一绝缘层，而栅极形成于沟槽内，其中栅极包括一上掺杂区、一下掺杂区及夹设于上掺杂区与下掺杂区之间的一中间区，其中上掺杂区与下掺杂区具有相反的导电型，且中间区的载子浓度小于上掺杂区与下掺杂区的载子浓度；源极区，位于沟槽栅极结构的侧边，以及基体区位于沟槽栅极结构的侧边并形成于源极区下方。
更好地，该中间区具有一第一边界位于上掺杂区与该中间区之间，且该第一边界位于或低于该基体区下方边缘。
更好地，该上掺杂区与源极区为N型掺杂区，该下掺杂区为P型掺杂区，该中间区为本质区或P型淡掺杂区。
更好地，该上掺杂区与源极区为P型掺杂区，该下掺杂区为N型掺杂区，该中间区为本质区或N型淡掺杂区。
更好地，该上掺杂区的宽度大于该下掺杂区及该中间区的宽度。
更好地，该绝缘层包括一上绝缘层与一下绝缘层，该上绝缘层位于该下绝缘层上方，其中该下绝缘层的厚度大于该上绝缘层的厚度，且该下绝缘层的顶部低于该沟槽式晶体管单元的一基体区下方边缘。
更好地，该绝缘层包括一上绝缘层与一下绝缘层，该上绝缘层用以隔离该上掺杂区与该磊晶层，该下绝缘层用以隔离该下掺杂区与该磊晶层，其中该下绝缘层内夹置有一氮化物层，且该下绝缘层的顶部低于该沟槽式晶体管单元的一基体区的下方边缘。
更好地，该上掺杂区的掺杂浓度由邻近该中间区朝远离该中间区的方向增加。
本专利技术还提出一种沟槽式功率金氧半场效晶体管的制作方法，包括提供一基材；形成一磊晶层于基材上方；对磊晶层进行一基体掺杂制作过程以形成一第一掺杂区；形成第一掺杂区后，形成多个沟槽栅极结构于磊晶层与第一掺杂区中，各沟槽栅极结构包括一上掺杂区、一下掺杂区与夹设于上掺杂区与下掺杂区之间的一中间区，其中上掺杂区与下掺杂区具有相反的导电型，中间区的载子浓度小于上掺杂区与下掺杂区的载子浓度；以及对第一掺杂区进行一源极掺杂制作过程以形成一源极区与一基体区，其中源极区位于基体区上方。
更好地，该中间区具有一第一边界，位于该上掺杂区与该中间区之间，且该第一边界低于该基体区的下方边缘。
更好地，形成各该沟槽栅极结构的步骤包括：
形成一沟槽于该磊晶层中；
形成一绝缘层于该沟槽的内侧壁；以及
形成一栅极于该沟槽内，其中该栅极包括该上掺杂区、该中间区与该下掺杂区，且该中间区具有一第一边界与该第二边界。
更好地，形成该绝缘层的步骤更包括：
形成一下绝缘层于该沟槽底部，以隔离该磊晶层与该下掺杂区及该中间区；以及
形成一上绝缘层于该下绝缘层上方，以隔离该上掺杂区与该磊晶层，其中该下绝缘层的厚度大于该上绝缘层的厚度，且该下绝缘层的顶部低于该基体区的下方边缘。
更好地，形成该下绝缘层的步骤更包括：
形成一氮化物层于该下绝缘层中，使该下绝缘层夹置该氮化物层。
更好地，该源极区与该上掺杂区为N型掺杂区，该下掺杂区为P型掺杂区，该中间区为本质区或P型淡掺杂区。
更好地，该源极区与该上掺杂区为P型掺杂区，该下掺杂区为N型掺杂区，该中间区为本质区或N型淡掺杂区。
综上所述，本专利技术的沟槽式功率金氧半场效晶体管与其制作方法可在栅极中形成PIN接面、P+/N-接面或N+/P-接面。由于PIN接面、P+/N-接面或N+/P-接面在逆向偏压下可产生接面电容(junctioncapacitance，Cj)，且接面电容可和栅极/漏极之间的寄生电容(Cp)串联，因此可降低栅极/漏极的等效电容值。
为了让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
附图说明
图1A为本专利技术一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的局部剖面结构示意图；
图1B为本专利技术一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的局部剖面结构示意图；
图2A为本专利技术另一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的局部剖面结构示意图；
图2B为本专利技术另一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的局部剖面结构示意图；
图3为本专利技术一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管制作方法的流程图；
图4A至图4M为本专利技术一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的制作方法中各步骤的局部剖面示意图；
图5A至图5G为本专利技术一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的制作方法中各步骤的局部剖面示意图。
【附体标记说明】
基材100
沟槽式晶体管单元101、101’
磊晶层110
漂移区120
基体区130
源极区140
沟槽栅极结构150
沟槽151
绝缘层154、154’、180
栅极158
上掺杂区155
中间区156
下掺杂区157
第一边界102
第二边界103
上绝缘层152
下绝缘层153、153”
第一绝缘层153a、180a
第二绝缘层153b、180b
第三绝缘层153c、180c
第一掺杂区130’
氧化物层153’
多晶硅结构160、160’
第一空间151a
第二空间151b
流程步骤S100～S104
具体实施方式
在下文中，将借助于附图说明本专利技术的实施例来详细描述本专利技术，而附图中的相同参考数字可用以表示类似的元件。有关本专利技术的前述及其他
技术实现思路
、特点与功效，在以下配合参考图式的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：”上”、”下”、”前”、”后”、”左”、”右”等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本专利。并且，在下列各实施例中，采用相同的附图标记来表示相同或近似的元件。
图1A为本专利技术一实施例的沟槽式功率金氧半场效晶体管的局部剖面结构示意图。沟槽式功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在于，该沟槽式功率金氧半场效晶体管包括：一基材；一磊晶层，形成于该基材上方；以及多个沟槽式晶体管单元，形成于该磊晶层中，其中各沟槽式晶体管单元包括一沟槽栅极结构，该沟槽栅极结构包括：一沟槽，形成于该磊晶层中，该沟槽的内侧壁形成有一绝缘层；以及一栅极，形成于该沟槽内，其中该栅极包括一上掺杂区、一下掺杂区及夹设于该上掺杂区与该下掺杂区之间的一中间区，其中该上掺杂区与该下掺杂区具有相反的导电型，且该中间区的载子浓度小于该上掺杂区与该下掺杂区的载子浓度；一源极区，位于该沟槽栅极结构的侧边；以及一基体区，位于该沟槽栅极结构的侧边并形成于该源极区下方。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在于，该沟槽式功
率金氧半场效晶体管包括：
一基材；
一磊晶层，形成于该基材上方；以及
多个沟槽式晶体管单元，形成于该磊晶层中，其中各沟槽式晶体
管单元包括一沟槽栅极结构，该沟槽栅极结构包括：
一沟槽，形成于该磊晶层中，该沟槽的内侧壁形成有一绝缘层；
以及
一栅极，形成于该沟槽内，其中该栅极包括一上掺杂区、一下掺
杂区及夹设于该上掺杂区与该下掺杂区之间的一中间区，其中该上掺
杂区与该下掺杂区具有相反的导电型，且该中间区的载子浓度小于该
上掺杂区与该下掺杂区的载子浓度；
一源极区，位于该沟槽栅极结构的侧边；以及
一基体区，位于该沟槽栅极结构的侧边并形成于该源极区下方。
2.如权利要求1所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该中间区具有一第一边界位于上掺杂区与该中间区之间，且该第
一边界位于或低于该基体区下方边缘。
3.如权利要求2所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该上掺杂区与源极区为N型掺杂区，该下掺杂区为P型掺杂区，
该中间区为本质区或P型淡掺杂区。
4.如权利要求2所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该上掺杂区与源极区为P型掺杂区，该下掺杂区为N型掺杂区，
该中间区为本质区或N型淡掺杂区。
5.如权利要求1所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该上掺杂区的宽度大于该下掺杂区及该中间区的宽度。
6.如权利要求1所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该绝缘层包括一上绝缘层与一下绝缘层，该上绝缘层位于该下绝
缘层上方，其中该下绝缘层的厚度大于该上绝缘层的厚度，且该下绝
缘层的顶部低于该沟槽式晶体管单元的一基体区下方边缘。
7.如权利要求1所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该绝缘层包括一上绝缘层与一下绝缘层，该上绝缘层用以隔离该
上掺杂区与该磊晶层，该下绝缘层用以隔离该下掺杂区与该磊晶层，
其中该下绝缘层内夹置有一氮化物层，且该下绝缘层的顶部低于该沟
槽式晶体管单元的一基体区的下方边缘。
8.如权利要求1所述的沟槽式功率金氧半场效晶体管，其特征在
于，该上掺杂区的掺杂浓度由邻近该中间区朝远离该中间区的方向增

【专利技术属性】
技术研发人员：许修文，
申请(专利权)人：帅群微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71