功率金属氧化物半导体场效晶体管装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种功率金属氧化物半导体场效晶体管装置及其制造方法。该装置依次地具有Ｎ＃＋［＋］硅基板的汲极，形成在该Ｎ＃＋［＋］硅基板上的Ｎ＃＋［－］磊晶层，形成在该Ｎ＃＋［－］磊晶层上方的Ｐ＃＋［－］阱中形成的Ｎ＃＋［＋］及蚀刻后布植的Ｐ＃＋［＋］型掺杂物阱的源极接触区，以及在该Ｎ＃＋［－］磊晶层与Ｎ＃＋［＋］型源极接触区之间通道上方沉积有多晶硅的门极电极。该源极接触区为先蚀刻至Ｐ＃＋［－］阱中再离子布植Ｐ＃＋［＋］掺杂物于Ｎ＃＋［－］磊晶层与Ｐ＃＋［－］阱间的界面处，以及该Ｎ＃＋［＋］型阱的源极接触区与该Ｐ＃＋［＋］型阱的源极接触区并非在同一电压上，由此可减少反向漏电流急变，增加功率ＭＯＳＦＥＴ装置的耐雪崩崩溃电流能力。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有减少反向漏电流急变现象的发生并提高耐雪崩崩溃电流(avalanche breakdown current)能力的功率MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor金属氧化物半导体场效晶体管)装置及其制造方法，且特别涉及一种平面技术式功率MOSFET装置及其制造方法。
技术介绍
图1(a)至图1(h)显示了常见的平面技术的功率MOSFET装置的制造步骤。其中图1(a)显示了成长场氧化物3在N-磊晶层(EPI)2上的步骤，该N-磊晶层形成在N+基板1上。图1(b)显示了蚀刻该场氧化物3及执行门极氧化物4的形成步骤。图1(c)显示多晶硅层5沉积的步骤。图1(d)显示执行多晶硅层光罩遮覆及多晶硅层蚀刻而形成多晶硅门极，以及布植P-掺杂物及驱入该P-掺杂物而形成P+阱6，即形成P-通道区6的步骤。图1(e)显示施加P+掺杂物的光罩遮覆及布植P+掺杂物而形成P+阱7的步骤。图1(f)显示施加N+掺杂物的光罩遮覆及布植N+掺杂物8而形成源极接触区的步骤。图1(g)显示沉积BPSG(硼磷硅酸盐玻璃)9的步骤。图1(h)显示使用源极接点金属化10及处理晶圆背面接点为汲极接点11的步骤。在由常见的制造步骤所制成的上述功率MOSFET装置中，当该装置为关闭(OFF)而反向漏电流在P-阱，即P-通道区6中流动时，由于N+及P+阱8及9的电位相同(因源极电位相同)，且因该阱P-为微掺杂区，因此该反向漏电流会从N-磊晶层2流过P-阱6及P+阱7到源极(8，10)而将在P-阱6及P+阱7的区域中产生电压降，当该压降大于0.6至0.7伏特时，会使该装置内的PN寄生二极管开启导通(ON)，产生大量的反向漏电流而发生反向漏电流急变的现象，且由于该大量的电流一般均集中在该P-阱6与N-磊晶层2的界面的转角处，因此该界面处的温度易于增高而使该装置损坏，所以该装置在耐雪崩崩溃电流的能力上也不高。此外，近年来垂直式功率晶体管(Vertical Power MOSFET)装置大量地应用于自动电动机的功率切换电源电路上，该应用的最严重的失效模式在于电感性切换(Inductive Switching)下会引起大量的雪崩电流而导致装置产生毁坏性的雪崩崩溃电流。近年来，在例如美国专利第4774198、5057884、4587713、5268586号揭示有利用在P-阱区中加上一重掺杂的P+区，以降低P-阱中的寄生BJT(双极性接面晶体管)导通的机率，进而保护该装置不受过量雪崩电流破坏而达成提升耐雪崩电流能力，如图3至图6所示，其V-I特性将在后文中予以描述。因此，有必要设计出一种具有减少反向漏电流急变现象来提高耐雪崩崩溃电流能力的功率MOSFET装置，使该装置的品质及可靠性大幅度地提高，进而保护该装置在电路应用上各类瞬间电源不稳下的变化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有减少反向漏电流急变来提高耐雪崩崩溃电流能力的功率MOSFET装置及其制造方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种功率MOSFET装置，其依序地具有N+硅基板的汲极，形成在该N+硅基板上的N-磊晶层，形成在该N-磊晶层上方的P-阱，在该P-阱中形成的N+及蚀刻后布植的P+型掺杂物阱的源极接触区，以及在该N-磊晶层与N+型源极接触区之间通道上方沉积有多晶硅的门极电极，其中，所述源极接触区为先蚀刻至P-阱中再离子布植P+掺杂物之后完成且位于该N-磊晶层与该P-阱间的界面处，以及该N+型阱的源极接触区与该P+型柱塞的源极接触区并非在同一电压上，由此可增加功率MOSFET装置的耐雪崩崩溃电流能力。本专利技术还提供一种功率MOSFET装置的制造方法，包括下列步骤①在N+硅基板上磊晶地成长N-磊晶层；②成长场氧化物在该N-磊晶层之上；③蚀刻该场氧化物及形成门极氧化物；④沉积多晶硅层；⑤执行该多晶硅层的光罩遮覆及多晶硅层的蚀刻而形成多晶硅层门极，以及布植P-掺杂物及驱入该P-掺杂物而形成P-阱；⑥施加N+掺杂物的光罩遮覆及布植N+掺杂物而形成源极接触区；⑦制作光阻，界定出源极蚀刻区蚀刻后，布植P+掺杂物而形成P+阱区，接着去除光阻；⑧沉积BPSG；及⑨使源极接触点金属化及处理晶圆背面接点为汲极接点；其中，布植P+掺杂物于该N+型源极区而形成P+阱区的步骤为向下蚀刻该N+源极区1微米至1.2毫米的深度(依不同耐压装置而做调整)至该P-阱中，从该P-阱的蚀刻区之处布植P+掺杂物，使该P+掺杂物阱位于该P-阱与该N-磊晶层间的界面处。根据本专利技术的功率MOSFET装置的特点，当其开启时，电子流流自源极，经N+掺杂层及P-反转层通道区到N-磊晶层及汲极。而当关闭时，反向漏电流从汲极经N-磊晶层直接地流过P+阱至源极，由于该P+型掺杂层阱属重掺杂层，电阻极小，故不易在源极与N+磊晶层间产生电压降及使该装置内的PN寄生二极管导通，产生大量的反向漏电流而发生反向漏电流急变的现象，且提高了该装置耐雪崩崩溃电流的能力。再者，虽然在现有技术中，布植该重掺杂的P+阱较不易深入至P-阱与N-磊晶层间的界面处，但根据本专利技术的制造方法，其中布植P+掺杂物于该N+型源极区而形成P+型阱的步骤为，向下蚀刻该N+源极区1微米至1.2毫米的深度于该P-阱之中，从该P-阱的源极区之处布植P+掺杂物，使该P+型阱位于该P-阱与该N-磊晶层间的界面处。附图说明本专利技术的上述内容与其它目的、特性及优点将结合下面的附图进行详细说明，其中相同元件用相同符号来表示图1(a)至图1(h)为常见的平面技术的功率MOSFET装置的制造步骤；图2(a)至图2(j)为本专利技术的功率MOSFET装置的制造步骤；图3至图6分别显示美国专利第4774198、5057884、4587713、5268586号的结构概略图；图7(a)和图7(b)分别显示测量功率MOSFET装置耐雪崩电流能力的常见的测试电路概略图及V-I特性图；图8显示典型的现有技术MOSFET装置(经参考美国专利第4774198号的模拟图)的耐雪崩电流的V-I特性图，其中该装置虽在源极布植P+掺杂物，但源极并未蚀刻；图9显示根据本专利技术功率MOSFET装置的耐雪崩电流的V-I特性图，其中源极为蚀刻且布植P+掺杂物。具体实施例方式图2(a)至图2(j)显示了本专利技术的功率MOSFET装置的制造步骤。其中，图2(a)显示了在N基板11上磊晶地成长N-磊晶层12及在该N-磊晶层12上成长场氧化物13。在图2(b)中，显示施加光罩蚀刻该场氧化物13及形成门极氧化物14当作介电质。图2(c)显示沉积多晶硅层15在该门极氧化物14上。图2(d)显示执行该多晶硅层15的光罩遮覆及多晶硅层15的蚀刻而形成多晶硅门极，以及布植P-掺杂物及驱入该P-掺杂物而形成P-阱16。在图2(e)中，显示施加N+掺杂物的光罩遮覆及布植N+掺杂物而形成源极区18。在图2(f)中，向下蚀刻该N+源极区1微米至1.2毫米的深度(该深度将按不同的耐压装置而有所调整，此处为30伏特耐压的MOSFET装置)至该P-阱16之中。然后，如图2(g)所示，在从该P-阱16的该源极区之处布植P+掺杂物，使该P+型掺杂物阱17位于该P-阱16与该N-磊晶层12间的界面处而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率金属氧化物半导体场效晶体管装置，其依序地具有Ｎ↑［＋］硅基板的汲极，形成在该Ｎ↑［＋］硅基板上的Ｎ↑［－］磊晶层，形成在该Ｎ↑［－］磊晶层上方的Ｐ↑［－］阱，在该Ｐ↑［－］阱中形成的Ｎ↑［＋］及蚀刻后布植的Ｐ↑［＋］型掺杂物阱的源极接触区，以及在该Ｎ↑［－］磊晶层与Ｎ↑［＋］型源极接触区之间通道上方沉积有多晶硅的门极电极，其特征在于：所述源极接触区为先蚀刻至Ｐ↑［－］阱中再离子布植Ｐ↑［＋］掺杂物之后完成且位于该Ｎ↑［－］磊晶层与该Ｐ↑［－］阱间的界面处，以及该Ｎ ↑［＋］型阱的源极接触区与该Ｐ↑［＋］型柱塞的源极接触区并非在同一电压上，由此可增加功率ＭＯＳＦＥＴ装置的耐雪崩崩溃电流能力。

【技术特征摘要】
1.一种功率金属氧化物半导体场效晶体管装置，其依序地具有N+硅基板的汲极，形成在该N+硅基板上的N-磊晶层，形成在该N-磊晶层上方的P-阱，在该P-阱中形成的N+及蚀刻后布植的P+型掺杂物阱的源极接触区，以及在该N-磊晶层与N+型源极接触区之间通道上方沉积有多晶硅的门极电极，其特征在于所述源极接触区为先蚀刻至P-阱中再离子布植P+掺杂物之后完成且位于该N-磊晶层与该P-阱间的界面处，以及该N+型阱的源极接触区与该P+型柱塞的源极接触区并非在同一电压上，由此可增加功率MOSFET装置的耐雪崩崩溃电流能力。2.一种功率金属氧化物半导体场效晶体管装置的制造方法，包括下列步骤①在N+硅基板上磊晶地成长N-磊晶层...

【专利技术属性】
技术研发人员：简凤佐，陈启文，林正峰，涂高维，
申请(专利权)人：华瑞股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]