一种沟槽金属氧化物半导体场效应管制造技术

本发明专利技术公开一种具有自对准特点的沟槽金属氧化物半导体场效应管，可以在节省掩模版的同时，降低开启电阻。根据本发明专利技术的沟槽金属氧化物半导体场效应管包括一个介电质侧墙，包围沟槽式源体接触区的上部分，可以降低开启电阻并改善雪崩特性。

【技术实现步骤摘要】
一种沟槽金属氧化物半导体场效应管相关申请的交叉引用本申请案要求对于2013年3月27日提交的美国专利申请第13 / 851，185号的优先权，该专利申请披露的内容通过全文引用而结合与本文中。
本专利技术涉及一种半导体功率器件的器件结构和制造过程。特别涉及一种改进的沟槽金属氧化物半导体场效应管(M0SFET，下同)的器件构造及制造方法，该沟槽MOSFET具有自对准的特点，并且能够节省掩模版的使用，并降低开启电阻。
技术介绍
在美国专利号为US6，888，196和US7，816，720中，揭示了一种沟槽MOSFET结构，如图1所示。该沟槽M0SFET100的有源区中，η+源区101位于P型体区102的上部，并围绕着沟槽栅103。同时，沟槽式源体接触区104的宽度，与绝缘层106中接触区开口的宽度相同。与大部分沟槽MOSFET相同，在沿着与N型外延层105上表面等距的方向上，所述的η+源区101具有相同的掺杂浓度和相同的结深。 同样在现有技术的美国专利号为US7，816，720中，揭示了另一种沟槽M0SFET200，如图2Α所示，该沟槽M0SFET200利用图2Β和图2C中所示的结构和方法，使用接触掩模版作为自对准的源区掩模版，可以节省源区掩模版。在图2Β中，用于形成η+源区201的源区离子注入是通过一个接触开口 210进行的，该接触开口的宽度为“CO”，如图2Β所示。接着在图2C中，进行干法硅刻蚀，使得该接触开口延伸入外延层中，并且该接触开口位于外延层中的宽度为“SBC0”，从图2C中可以看出，C0=SBC0。然后，进行P型离子注入形成一个p+体接掺杂区202，其包围该接触开口 210的底部。再一次参考图2A可以发现，在于N型外延层205的上表面等距离处，所述的η+源区201沿沟槽式源体接触区203附近的浓度和结深都大于其靠近沟槽栅204附近的沟道处。并且，沿从所述的沟槽式源体接触区203到所述的沟道处，η+源区201的浓度呈现高斯分布，因此，源区201的寄生电阻Rln+可能大于如图1所示的结构中的源区寄生电阻R2n+，导致图2所示的结构具有高的开启电阻Rdson。同时，该问题在P沟道沟槽MOSFET中的影响尤为明显，这是因为P沟道器件中，源区掺杂剂硼的固溶度分别约为磷和砷的五分之一到七分之一。要解决高RdSon的问题，一个方法是可以增大接触开口的宽度，允许更多的掺杂剂离子注入源区，使其经过扩散后更加靠近临近的沟道区。然而，该方法会导致P+体接触区与临近的沟道区之间的距离Scp+变小，使得阈值电压Vth变高，同时会导致在低Vgs下源漏电阻Rds变高。更进一步，接触区开口宽度变大容易导致栅源之间出现短接，导致成品率过低。 因此，在半导体功率器件领域中，尤其是在沟槽MOSFET器件的设计和制造领域中，需要提出一种新颖的器件构造以解决上述问题，即可以节省源区掩模版的同时，不会产生高的开启电阻Rdson。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术中存在的缺点，提供了一种改进的具有自对准特点的沟槽M0SFET，既可以节省源区掩模版，同时又可以减小开启电阻。 根据本专利技术的实施例，提供了一种沟槽金属氧化物半导体场效应管包括: (a)第一导电类型的外延层； (b)多个第一类沟槽栅，位于有源区，由第一导电类型的源区和第二导电类型的体区围绕； (C)接触绝缘层，位于所述外延层的上表面； (d)多个沟槽式源体接触区，穿过所述的接触绝缘层和所述的源区，并延伸入所述的体区，将所述的源区和所述的体区连接至源极金属层，其中多所述的沟槽式源体接触区位于所述的接触绝缘层中的部分围绕有介电质侧墙；和 (e)在与所述的外延层上表面等距离处，所述的源区位于所述的介电质侧墙下方的掺杂浓度和结深大于其靠近相邻的沟道区的掺杂浓度和结深。 在一些优选的实施例中，所述的第一导电类型是N型，所述的第二导电类型是P型。在另一些优选的实施例中，所述的第一导电类型是P型，所述的第二导电类型是N型。 在一些优选的实施例中，还包括一个靠近有源区的连接沟槽栅，其宽度大于所述的第一类沟槽栅，其中所述的连接沟槽栅通过一个沟槽式栅接触区而连接至栅极金属层，其中所述的沟槽式栅接触区也穿过所述的接触绝缘层，并且也围绕有所述的介电质侧墙。 在一些优选的实施例中，还包括一个由多个具有悬浮电压的沟槽栅构成的终端区，其中所述的多个具有悬浮电压的沟槽栅由所述体区围绕，并且在所述终端区中不存在所述的源区。更优选的，还包括至少一个沟槽式沟道截止栅，其位于所述的终端区，并围绕所述的具有悬浮电压的沟槽栅的外围，每个所述的沟槽式沟道截止栅都连接至至少一个切割沟槽栅，其中每个所述的切割沟槽栅都延伸穿过一条锯切线。更优选的，所述的至少一个沟槽式沟道截止栅和所述的至少一个切割沟槽栅都短接至所述终端区中的漏区和体区。 在一些优选的实施例中，所述的接触绝缘层包括一层未掺杂的硅化物玻璃层，该硅化物玻璃层可以为富硅氧化物。在另一些优选的实施例中，所述的接触绝缘层包括一层未掺杂的娃化物玻璃层和一层硼磷娃玻璃层。 在一些优选的实施例中，还包括一个第二导电类型的体接触掺杂区，其位于所述体区且至少包围每个所述的沟槽式源体接触区的底部。 在一些优选的实施例中，所述的源极或栅极金属衬有一层降阻层，其中所述的源极或栅极金属为铝合金或者铜，所述的降阻层为Ti或者Ti / TiN0 在一些优选的实施例中，所述的沟槽式源体接触区和所述的沟槽式栅接触区都填充以钨插塞并衬有一层势垒层，并且所述的钨插塞连接至所述的源极金属层或所述栅极金属层。 根据本专利技术的实施例，还提供了一种半导体功率器件版图结构，由双沟槽金属氧化物半导体场效应管组成，其中每个所述的切割沟槽栅都延伸穿过所述的双沟槽金属氧化物半导体场效应管之间的空间，并连接至所述的双沟槽金属氧化物半导体场效应管的沟槽式沟道截止栅。 在一些优选的实施例中，所述的双沟槽金属氧化物半导体场效应管之间的空间宽度等于切割道的宽度。 在一些优选的实施例中，晶片切割之后，所述的沟槽式沟道截止栅和所述的切割沟槽栅都短接至所述的双沟槽金属氧化物半导体场效应管的漏区。 在一些优选的实施例中，每个所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管中只存在一个沟槽式沟道截止栅，并连接至至少一个所述的切割沟槽栅。 根据本专利技术的实施例，还提供了一种制造沟槽金属氧化物半导体场效应管的制造方法，包括: (a)在第一导电类型的外延层中形成多个由第二导电类型的体区包围的沟槽栅； (b)淀积接触绝缘层，并刻蚀形成多个接触开口，暴露一部分外延层的上表面，其中所述的接触开口位于每两个相邻的所述沟槽栅之间； (C)通过所述的接触开口进行源区掺杂剂的离子注入； (d)在器件上表面淀积一层介电质层； (e)进行源区掺杂剂的离子扩散，以形成所述的源区； (f)刻蚀所述的介电质层，形成位于所述的接触开口侧壁的介电质侧墙；和 (g)刻蚀外延层，使得所述的接触开口进一步穿过所述的源区并延伸入所述的体区。 【附图说明】 本专利技术的这些和其他实施方式的优点将通过下面结合附图的详细说明如后，其中: 图1A为现有技术揭示的沟槽MOSFFT的剖视图。 图2A到图2C为现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种沟槽金属氧化物半导体场效应管，包括：第一导电类型的外延层；多个第一类沟槽栅，位于有源区，由第一导电类型的源区和第二导电类型的体区围绕；接触绝缘层，位于所述外延层的上表面；多个沟槽式源体接触区，穿过所述的接触绝缘层和所述的源区，并延伸入所述的体区，将所述的源区和所述的体区连接至源极金属层，其中所述的沟槽式源体接触区位于所述的接触绝缘层中的部分围绕有介电质侧墙；和在与所述的外延层上表面等距离处，所述的源区位于所述的介电质侧墙下方的掺杂浓度和结深大于其靠近相邻的沟道区的掺杂浓度和结深。

【技术特征摘要】
2013.03.27 US 13/851,1851.一种沟槽金属氧化物半导体场效应管，包括: 第一导电类型的外延层； 多个第一类沟槽栅，位于有源区，由第一导电类型的源区和第二导电类型的体区围绕； 接触绝缘层，位于所述外延层的上表面； 多个沟槽式源体接触区，穿过所述的接触绝缘层和所述的源区，并延伸入所述的体区，将所述的源区和所述的体区连接至源极金属层，其中所述的沟槽式源体接触区位于所述的接触绝缘层中的部分围绕有介电质侧墙；和 在与所述的外延层上表面等距离处，所述的源区位于所述的介电质侧墙下方的掺杂浓度和结深大于其靠近相邻的沟道区的掺杂浓度和结深。2.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，其中所述的第一导电类型是N型，所述的第二导电类型是P型。3.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，其中所述的第一导电类型是P型，所述的第二导电类型是N型。4.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，还包括一个靠近有源区的连接沟槽栅，其宽度大于 所述的第一类沟槽栅，其中所述的连接沟槽栅通过一个沟槽式栅接触区而连接至栅极金属层，其中所述的沟槽式栅接触区也穿过所述的接触绝缘层，并且也围绕有所述的介电质侧墙。5.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，还包括一个由多个具有悬浮电压的沟槽栅构成的终端区，其中所述的多个具有悬浮电压的沟槽栅由所述体区围绕，并且在所述终端区中不存在所述的源区。6.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，其中所述的接触绝缘层包括一层未掺杂的娃化物玻璃层，该娃化物玻璃层可以为富娃氧化物。7.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，其中所述的接触绝缘层包括一层未掺杂的娃化物玻璃层和一层硼磷娃玻璃层。8.根据权利要求5所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，还包括至少一个沟槽式沟道截止栅，其位于所述的终端区，并围绕所述的具有悬浮电压的沟槽栅的外围，每个所述的沟槽式沟道截止栅都连接至至少一个切割沟槽栅，其中每个所述的切割沟槽栅都延伸穿过一条锯切线。9.根据权利要求8所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，其中所述的至少一个沟槽式沟道截止栅和所述的至少一个切割沟槽栅都短接至所述终端区中的漏区和体区。10.根据权利要求1所述的沟槽金属氧化物半导体场效应管，还包括一个第二导电类型的体接触掺杂区，其位...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢福渊，
申请(专利权)人：力士科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71