沟槽式功率晶体管结构及其制造方法技术

技术编号:14641595 阅读:22 留言:0更新日期:2017-02-15 15:58
一种沟槽式功率晶体管结构及其制造方法,其中沟槽式功率晶体管结构包括:基材、磊晶层、沟槽栅极结构、基体区以及源极区;磊晶层位于基材上,并具有一沟槽;沟槽栅极结构位于磊晶层的沟槽中,包括底部介电结构、栅极介电层与栅极;底部介电结构位于沟槽下半部,其中底部介电结构包括一绝缘层以及一非导体结构,其中绝缘层形成于沟槽下半部的第一内壁面,并定义出一凹槽,且非导体结构填充于凹槽内;栅极介电层位于沟槽上半部的第二内壁面,栅极则位于沟槽内与栅极介电层连接;基体区位于磊晶层中,并环绕沟槽栅极结构;源极区位于基体区上方。本发明专利技术沟槽式功率晶体管结构与其制造方法可避免在沟槽中形成底部介电结构的过程中,在沟槽中形成缝隙。

【技术实现步骤摘要】

沟槽式功率晶体管结构及其制造方法

本专利技术涉及一种功率金氧半场效晶体管结构,尤其涉及一种具有底部介电层的沟槽式功率金氧半场效晶体管结构。
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。此种采垂直结构设计的功率金氧半场效晶体管也被称为沟槽式功率型金氧半场效晶体管,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。影响功率型金氧半场效晶体管的元件特性的参数包括源极/漏极导通电阻(Rdson)、崩溃电压(breakdownvoltage)以及切换速度(switchingspeed)等。然而,对于功率金氧半场效晶体管而言,源极/漏极导通电阻(Rdson)与崩溃电压之间成正相关。也就是说,在为了降低源极/漏极导通电阻而提高漂移区的掺杂浓度或者是降低漂移区厚度的同时,也会导致崩溃电压降低。因此,为了在相对较低的源极/漏极导通电阻下,使功率金氧半场效晶体管仍维持较高的崩溃电压,目前已开发多种在漂移区中的电荷平衡方式。其中一种是方式是在栅极沟槽内,在栅极下方填充较厚的底部氧化层。然而,为了增加元件密度以及增加崩溃电压,沟槽的深宽比也随之增加。请参照图1A及图1B,分别为公知技术中具有底部氧化层的功率金氧半场效晶体管在不同制作过程步骤中的剖面示意图。由图1A可以看出,在磊晶层110中形成沟槽111之后,会在沟槽111底部及侧壁填满氧化物112。然而,由于氧化物112的阶梯覆盖率(stepcoverage)较差,容易在沟槽111开口端形成凸出部(overhang),从而在沟槽111内部形成空隙(void)113。接着,请参照图1B,在将位于沟槽111上半部及磊晶层110表面的部分氧化物112蚀刻去除后,在沟槽111的底部所形成的底部氧化层112’会具有一缝隙113’。并且,缝隙113’有可能由底部氧化层112’的上表面一直延伸到沟槽111的底部。在后续于沟槽111中形成栅极结构时,栅极结构有可能填入缝隙113’中,并接触到磊晶层110,这会导致功率金氧半场效晶体管的电性表现较差。
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晶体管结构与其制造方法,其借助于形成具有不同材料的底部介电结构,来解决在沟槽中形成缝隙的问题。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:一种沟槽式功率晶体管结构,包括基材、磊晶层、沟槽栅极结构、基体区以及源极区;磊晶层位于基材上,并具有一沟槽;沟槽栅极结构位于磊晶层的沟槽中,其中沟槽栅极结构包括:底部介电结构、栅极介电层以与栅极;底部介电结构位于沟槽下半部,其中底部介电结构包括一绝缘层以及一非导体结构,其中绝缘层形成于沟槽下半部的第一内壁面,并定义出一凹槽,且非导体结构填充于凹槽内;栅极介电层位成于该沟槽上半部的一第二内壁面,而栅极位成于沟槽内并连接栅极介电层;基体区位于磊晶层中,并环绕沟槽栅极结构;源极区位于基体区上方。更好地,该非导体结构的顶部凸出于该绝缘层的顶面。更好地,该栅极介电层完全覆盖该绝缘层的顶面。更好地,该绝缘层的顶面切齐或低于该基体区的最低边缘。更好地,该栅极为重掺杂多晶硅结构,该非导体结构为未掺杂的多晶硅结构。更好地,该栅极介电层的一部分完全覆盖该非导体结构的顶部表面,以隔绝该栅极与该非导体结构。更好地,该绝缘层的侧厚度与该沟槽宽度的比值介于0.2至0.5之间。本专利技术提供一种沟槽式功率晶体管结构的制作方法,包括提供一基材;形成一磊晶层于基材上方;形成一沟槽于该磊晶层中;形成一底部介电结构于沟槽的下半部,其中底部介电结构包括一绝缘层以及一非导体结构,其中绝缘层形成于沟槽下半部的第一内壁面,并定义出一凹槽,且非导体结构填充于凹槽内;形成一栅极介电层覆盖沟槽上半部的第二内壁面及底部介电结构的上表面;形成栅极于沟槽内;对该磊晶层进行一基体掺杂制作过程,以形成一基体区;以及进行一源极掺杂制作过程以形成一源极区,其中源极区位于基体区上方。更好地,形成该底部介电结构于该沟槽的下半部的步骤包括:形成一第一绝缘层覆盖该沟槽的一内壁面,其中该第一绝缘层在该沟槽内定义出一第一凹槽;填入一非导体材料于该第一凹槽内;去除位于该第一凹槽上半部的非导体材料,以在该沟槽下半部形成该非导体结构;以及部分地移除位于该沟槽上半部的该第一绝缘层,以形成位于该沟槽下半部的该绝缘层。更好地,该非导体结构的顶部凸出于该绝缘层的顶面。更好地,多个所述的沟槽由该磊晶层表面向下延伸至该基体区下方。更好地,该绝缘层的顶面切齐或低于该基体区的最低边缘。更好地,该栅极为重掺杂多晶硅结构,该非导体结构为未掺杂的多晶硅结构。更好地,该栅极介电层的一部分完全覆盖该非导体结构的顶部表面,以隔绝该栅极与该非导体结构。更好地,该绝缘层的侧厚度与该沟槽宽度的比值介于0.2至0.5之间。综上所述,本专利技术的沟槽式功率晶体管结构与其制造方法可避免在沟槽中形成底部介电结构的过程中,在沟槽中形成缝隙。另外,在沟槽中所形成的底部介电结构也可以维持漂移区内的电荷平衡(chargebalance),以使沟槽式功率晶体管在较高的崩溃电压之下,仍具有较低的源极/漏极导通电阻。为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为公知技术的沟槽式功率晶体管结构在制作过程中的局部剖面结构示意图;图1B为公知技术的沟槽式功率晶体管结构在制作过程中的局部剖面结构示意图;图2为本专利技术实施例的沟槽式功率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晶体管结构制造方法的流程图;图4A至图4I为本专利技术一实施例的沟槽式功率晶体管结构在各步骤的局部剖面示意图。【附图标记说明】基材200磊晶层110、210氧化物112底部氧化层112’空隙113缝隙113’漂移区220基体区230源极区240沟槽栅极结构250底部介电结构254栅极介电层255沟槽111、210h栅极256绝缘层252第一绝缘层252’第一凹槽252h’凹槽252h第二凹槽255h非导体结构253非导体材料253’顶面252a沟槽宽度W表面厚度T侧厚度t流程步骤S300~S307具体实施方式图2为本专利技术一实施例的沟槽式功率晶体管结构的局部剖面结构示意图。图2中,基材200具有高浓度的第一型导电性杂质,而形成第一重掺杂区。第一重掺杂区是用来作为沟槽式功率金氧半场效晶体管的漏极(drain),且可分布于基材200的局部区域或是分布于整个基材200中。在本实施例的第一重掺杂区是分布于整个基材200内,但仅用于举例而非用以限制本专利技术。前述的第一型导电性杂质可以是N型或P型导电性杂质。假设基材200为硅基材,N型导电性杂质为五价元素离子,例如磷离子或砷离子,而P型导电性杂质为三价元素离子,例如硼离子、铝离子或镓离子。若沟槽式功率金氧半场效晶体管为N型,基材200掺杂N型导电性杂质。另一方面,若为P型沟槽式功率金氧半场效晶体管,则基材200掺杂P型导电性本文档来自技高网
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<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/59/201510461227.html" title="沟槽式功率晶体管结构及其制造方法原文来自X技术">沟槽式功率晶体管结构及其制造方法</a>

【技术保护点】
一种沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该沟槽式功率晶体管结构包括:一基材;一磊晶层,位于该基材上,其中该磊晶层中具有一沟槽;一沟槽栅极结构,位于该沟槽中,其中该沟槽栅极结构包括:一底部介电结构,位于该沟槽下半部,其中该底部介电结构包括一绝缘层以及一非导体结构,其中该绝缘层形成于该沟槽下半部的一第一内壁面,并定义出一凹槽,且该非导体结构填充于该凹槽内;一栅极介电层,位于该沟槽上半部的一第二内壁面;及一栅极,位于该沟槽内与栅极介电层连接;一基体区,位于该磊晶层中,并环绕该沟槽栅极结构;以及一源极区,位于该基体区上方。

【技术特征摘要】
1.一种沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该沟槽式功率晶体管结构包括:一基材;一磊晶层,位于该基材上,其中该磊晶层中具有一沟槽;一沟槽栅极结构,位于该沟槽中,其中该沟槽栅极结构包括:一底部介电结构,位于该沟槽下半部,其中该底部介电结构包括一绝缘层以及一非导体结构,其中该绝缘层形成于该沟槽下半部的一第一内壁面,并定义出一凹槽,且该非导体结构填充于该凹槽内;一栅极介电层,位于该沟槽上半部的一第二内壁面;及一栅极,位于该沟槽内与栅极介电层连接;一基体区,位于该磊晶层中,并环绕该沟槽栅极结构;以及一源极区,位于该基体区上方。2.如权利要求1所述的沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该非导体结构的顶部凸出于该绝缘层的顶面。3.如权利要求1所述的沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该栅极介电层完全覆盖该绝缘层的顶面。4.如权利要求1所述的沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该绝缘层的顶面切齐或低于该基体区的最低边缘。5.如权利要求1所述的沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该栅极为重掺杂多晶硅结构,该非导体结构为未掺杂的多晶硅结构。6.如权利要求5所述的沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该栅极介电层的一部分完全覆盖该非导体结构的顶部表面,以隔绝该栅极与该非导体结构。7.如权利要求1所述的沟槽式功率晶体管结构,其特征在于,该绝缘层的侧厚度与该沟槽宽度的比值介于0.2至0.5之间。8.一种沟槽式功率晶体管结构的制造方法,其特征在于,该方法包括:提供一基材;形成一磊晶层于该基材上;形成一沟槽于该磊晶层中;形成一底部介电结构于该沟槽的下半部,其中该底部介电结构包括一绝缘层以及一非导体结构,其中该绝...

【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

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