高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管制造技术

本申请涉及沟槽MOSFET和形成沟槽MOSFET的方法。高迁移率的P-沟道功率金属氧化物半导体场效应晶体管。根据本发明专利技术的一种实施例，功率MOSFET被制作成使空穴在沿着(110)晶面或其等价面的反转/累积沟道中流动，当相对于源极施加负电压到栅极时，电流沿[110]方向或其等价方向。增强的空穴沟道迁移率导致导通电阻的沟道部分减小，因此，有利地减少了装置的全“导通”电阻。

【技术实现步骤摘要】
高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管本申请是申请日为2006年12月22日、申请号为200680052188.8、专利技术名称为“高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管”的专利申请的分案申请。
本专利技术的实施例涉及半导体的设计和制作。更具体地，本专利技术的实施例涉及高迁移率功率金属氧化物半导体场效应晶体管的系统和方法。
技术介绍
MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置的导通状态(或“导通”)电阻是重要的性能指数，尤其是对于功率装置。例如，当这样的装置导通或导电时，系统功率的一部分由于装置里的电阻热而损耗。这将导致效率有害地降低。这种电阻热也会导致热损耗问题，进而可导致系统过热和/或可靠度降低。因此，特别需要低导通电阻的装置。MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)装置的导通电阻主要包括沟道电阻、漂移层(driftlayer)电阻和衬底部件电阻。对于低压MOSFET，沟道电阻分量提供主要作用。沟道电阻与沟道中的载流子的迁移率成反比。在硅里，沟道中的载流子迁移率依赖于晶面和电流方向，对于不同类型的载流子，例如电子相对于空穴，这种依赖性不同。MOSFET可以用晶体硅来制作。与晶格有关的几何结构通常根据密勒指数(Millerindex)来描述，密勒指数依据晶体的晶轴，例如，a,b和c。当晶体是周期性的，存在等效方向和等效平面族。在这里，平面，例如从晶体锭切开的晶片的表面，用被圆括号括到里面的例如(abc)来描述。这种表示方法描述了(abc)平面和等效平面。相对于晶格的方向用被方括号括到里面的例如[abc]来描述。这种表示方法描述了[abc]方向和等效方向。已知，在硅中电子的迁移率在(100)晶面达到最大，同时对电流的方向的依赖性小。相反，晶面的方向和电流的方向对空穴的迁移率都有很强的作用。空穴的迁移率在(110)晶面和[110]方向达到最大。很久以前就知道，(110)晶面里的空穴的迁移率依赖于电流方向，在[110]方向达到最大(D.Colman等，JournalofAppliedPhysics(应用物理杂志)，pp.1923-1931，1968)。他们的实验结果显示在图1的曲线图里(传统技术)。从图1的曲线图里，比起常规的(100)方向，很明显取决于栅极偏压，在(110)晶面里的空穴的迁移率增加到多于两倍。Plummer等(1980IEDM，pp.104-106)也已经报道了制作在沟槽侧壁平行于(110)晶面的晶片上的沟槽功率MOSFET比沟槽壁平行于(110)平面但是其电流方向也在[100]方向的相应沟槽MOSFET在较高栅极电压展示了较高的空穴迁移率。更近地，多名作者已经重申空穴迁移率在(110)平面里和[110]方向上是最高的(H.Irie等，IEDM，pp.225-228，2004和其参考文献)。沟槽侧向装置的专利已经被授予WendellP.Noble等(2003年6月17日公布的美国专利号6,580,154)。然而，传统的P-沟道沟槽MOSFET装置被制作成使得空穴在沿着(100)晶面的反转沟道中运动，且电流方向在[100]方向。因此，存在对导通电阻降低的功率MOSFET装置的需求。另外地存在对用于空穴被限制在(110)平面以及在[110]方向运动的P-沟槽功率MOSFET的系统和方法的需求。进一步存在对用于与半导体设计和制造的现有系统和方法兼容互补的功率MOSFET的系统和方法的需求。本专利技术的实施例提供了这些优点。
技术实现思路
公开了高迁移率P-沟道功率金属氧化物半导体场效应晶体管。根据本专利技术的实施例，功率MOSFET被制作成使空穴在反转/累积沟道中流动，该反转/累积沟道沿着(110)晶面，当相对于源极施加负电压到栅极时，电流沿[110]方向。增强的空穴沟道迁移率导致导通状态电阻的沟道部分减小，因此，有利地减少了装置的全“导通”电阻。根据本专利技术的另一实施例，功率MOSFET结构包括栅极和源极。功率MOSFET还包括反转/累积沟道，其中空穴在所述反转/累积沟道中流动。沟槽沿(110)晶面对齐，当相对于源极施加负电压到所述栅极时电流沿[110]方向。附图说明结合于此形成本说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且与描述一起用来解释本专利技术的原理。除非另有说明，附图未按照比例绘制。图1示出了基于晶面方向的空穴迁移率的实验测量结果。图2示出了用于制作传统的P沟道沟槽功率MOSFET的传统晶片。图3、4、5、6和7示出了在多种不同的沟槽旋转(trenchrotation)的沟槽的结构。图8A、8B、8C、8D示出了根据本专利技术实施例的带有各种平坦部(flat)的(110)晶片。图9示出了根据本专利技术实施例的垂直于晶片平坦部的蚀刻沟槽。图10示出了根据本专利技术实施例的平行和垂直于晶片平坦部的蚀刻沟槽。图11示出了根据本专利技术实施例的沟槽MOSFET结构的示意图。图12示出了根据本专利技术实施例的平面耗尽模MOSFET(DMOSFET)P-沟道结构的示意图。图13示出了根据本专利技术实施例的高迁移率的P-沟道沟槽MOSFET装置的示意图。具体实施方式现在将详细参照本专利技术的各种实施例，在附带的图纸里示出了本专利技术的各种实施例的实例。尽管结合这些实施例描述本专利技术，应理解这不是为了将本专利技术局限于这些实施例。而是相反，本专利技术旨在覆盖由附属附带权利要求限定的包括在本专利技术的实质和范围内的可选、更改和等价形式。另外，在本专利技术下面详细的描述中，大量特殊细节被阐述以提供对本专利技术的全面理解。但是，本领域普通技术人员应理解，可以实践本专利技术而不需要这些特定细节。另一方面，众所周知的方法，程序，部件，流程(电路)没有详细描述，以免不必要地混淆本专利技术的各个方面。图2示出了用于制作传统的P-沟道沟槽功率MOSFET的传统晶片200。晶片200被描述为带(001)平坦部的(001)晶片。晶片200也被描述为在<010>方向有平坦部。晶片200的顶面是(100)平面。应理解沟槽MOSFET中的电流方向，其中电流是从例如晶片200等的晶片的顶面到底面，将一直沿[100]方向，例如，如图2所示，进入图纸平面。图3、4、5、6和7示出了在多种不同的沟槽旋转中沟槽的结构。图3示出了封闭单元沟槽结构300。竖直沟槽310和水平沟槽320沟槽都在(100)等价面上。图4示出了旋转45°形成的封闭单元沟槽结构400。旋转的沟槽410和420都在(110)等价面上。图5示出了条带单元沟槽结构500。竖直沟槽510在(100)等价面上。图6示出了旋转45°形成的条带单元沟槽结构600。旋转的沟槽610在(110)等价面上。图7示出了旋转-45°形成的条带单元沟槽结构700。旋转的沟槽710在(110)等价面上。包括图5的条带单元沟槽结构500的芯片(die)和包括图6的旋转45°形成的芯片的沟槽结构600的实验实例已经被制作出来。初步分析显示例如当电流在(110)平面时，旋转45°形成的旋转沟槽结构600的全电阻比沟槽在(100)平面的传统技术装置低。但是，应该理解，尽管电流可以和晶片200的(110)平面对准，但是沟槽电流在[100]方向，如前所述。图8A、8B、8C和8D示出了根据专利技术实施例的带多种平坦部的(110)晶片。应理解其它的平坦部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成沟槽MOSFET的方法，包括：得到具有沿选自包括[110]、[111]、[112]和[001]的组的方向的表面方向的硅晶片；在所述晶片的(110)平面中蚀刻矩形沟槽；邻近并平行于所述矩形沟槽的第一侧壁形成第一源极区；邻近并平行于所述矩形沟槽的第二侧壁形成第二源极区，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述矩形沟槽的相对侧；并且在所述第一和第二源极区之间形成栅极结构。

【技术特征摘要】
2005.12.22 US 60/753,5501.一种形成沟槽MOSFET的方法，包括：得到包括沿选自由[110]、[111]、[112]和[001]组成的组的方向的表面方向的底面和顶面的硅晶片；使用硅晶片形成漂移区和本体区，其中所述漂移区位于所述本体区和所述硅晶片的水平部分之间；在所述晶片的(110)平面中通过所述本体区和部分通过所述漂移区蚀刻矩形沟槽；邻近并平行于所述矩形沟槽的第一侧壁并在所述本体区和所述矩形沟槽外部形成第一源极区；邻近并平行于所述矩形沟槽的第二侧壁并在所述本体区和所述矩形沟槽外部形成第二源极区，其中所述第一侧壁和所述第二侧壁在所述矩形沟槽的相对侧；在所述第一和第二源极区之间并在所述矩形沟槽内部形成栅极结构；并且在所述硅晶片的所述底面形成漏极区，其中所述硅晶片的水平部分位于所述漂移区和所述漏极区之间，其中所述漏极区，和所述第一源极区和所述第二源极区中的至少一个，被配置成在[110]方向中提供电流。2.如权利要求1所述的方法，其中所述沟槽MOSFET被配置成当所述沟槽MOSF...

【专利技术属性】
技术研发人员：德瓦帕塔纳亚克，KI陈，TT朝，
申请(专利权)人：维西埃硅化物公司，
类型：发明
国别省市：美国;US