槽沟MOSFET技术在直流-直流变换器中的应用制造技术

槽沟型电源半导体装置，包括有一个凹槽端接结构（１５）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有关申请的交叉参照本申请是2003年9月提交的美国专利申请第10/674,444号，题名为“半导体装置加工”的部分继续，该申请要求于2002年9月30日提交的美国临时申请第60/415,302号和2003年1月29日提交的美国临时申请第60/444,064号的优先权。本申请还基于2003年1月29日提交的美国临时申请第60/444,064号，专利技术名称为“槽沟MOSFET技术在直流-直流变换器中的应用”，特此要求优先权。
技术介绍
DC-DC(直流-直流)变换器主要用于诸如手提电脑、移动电话、个人数字助理的电池操作装置中，用来调节电池提供给装置的电力。用于移动装置中的电池寿命取决于电源线路的效率，因此，日益增长的、要求提供更大电能和更长使用时间的电池需求已成为设计者提高DC-DC变换器效率的一个重要因数。如果变换器中半导体开关装置的某些特征能得到改善，DC-DC变换器的效率是可以改进的。特别是当电源金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用于变换器时，降低开机电阻和栅电荷以及增加MOSFET的电流可容性将对提高装置的效率发挥重要的作用。一种改善电源MOSFET主要特性的方法，例如，MOSFET的开机电阻的方法是增加其激活区的单元密度。然而，电源MOSFET中单元密度的增加可能会受到组成该装置的材料条件和加工工序的固有缺点的限制。光刻是加工过程中的一个特殊环节，它使装置零件变小受到限制。一种限制MOSFET中零件变小的材料条件是制造该装置的硅片的表面平面性。一般来说，当半导体装置的零件制造得较小，从而零件密度加大时，硅片的表面(或者是在加工过程中硅片成为其部分的极板)必须造得尽量扁平，以便光刻期间装置的零件能正常成像。当零件密度增高时，硅片的表面平面性就成为关键性的因数。因此，较为理想的方法便是克服早先技术的局限性，以便获得拥有更高激活区密度的有源电池的装置。
技术实现思路
本专利技术涉及在装置激活区周围和在装置激活区主要表面下构建有凹槽端接结构的槽沟型电源半导体装置。所述的凹槽端接结构能大量地减少聚集在终端的电场，从而不需使用P+保护环，也不会危及装置的击穿电压和坚固耐用性。本专利技术的凹槽端接结构包括一个场氧化层和位于场氧化层上面的一个场电极，两者均生成在分布于装置激活区周围的槽沟中。本专利技术端接结构中的场氧化层是当端接槽沟在半导体硅片中形成后，采用LOCOS工序生长的。经测定，当硅片在DPAK中为最大尺寸时，本专利技术端接结构的典型雪崩能量大于1J。按照本专利技术的一个方面，场氧化层分布在该装置激活区表面的下方。当场氧化层坐落于硅表面的上部时，场氧化层周边便存有光刻胶增厚效应，这种增厚效应使得光刻期间分辩亚微米零件极为困难。众所周知，将场氧化层分布于激活区上表面的下方，有可能会增强分辨率和显著地改善亚微米零件的生产难度。因此，采用本专利技术的凹槽端接结构时，槽沟的尺寸可以缩小，从而增大装置的单元密度。例如，应用本专利技术的方法，运用较薄的光刻胶可以减小槽沟的宽度至0.5微米以下。采用本专利技术的方法可以得到0.4微米的槽宽，与早先的技术相比，有了20％的改进。可以相信，使用本专利技术的原理还可以生产出更小的零件。此外，根据本专利技术的装置的生产工序还可以得到深度较浅的槽沟，从而诸如开机电阻和载流容量特性也可得到改善。不仅如此，鉴于零件尺寸的减小，本专利技术装置包括一个更高的槽沟密度。但令人吃惊的是，它仍能保持低的栅电荷，特别是QGD和QSWITCH。尽管诸如槽宽和槽深这样的零件尺寸都有所下降，栅氧化层的完整性仍保持较高。本专利技术的专利技术人发现其绝缘牢固性可达7MV/cm以上。另外，在生产本专利技术的一个较佳实施例的工序中，运用了接触法优化槽沟的长度，降低装置的开机电阻。尽管是亚微米级的零件尺寸，这种新的工艺次序完全可以使金属台阶覆盖达到100％。它还能使用较薄的外延层进一步降低开机电阻。使用较薄的外延层的另一个好处是降低QIT，在高频时QIT至管重要。在本专利技术的一个装置中，进一步优化可使衬底电阻减少50％左右。附图说明图1是本专利技术半导体装置的部分横断面图。图2a-2u描述了生产本专利技术装置的工艺。图3显示的是基于早先技术的典型变换器电路。图4图解说明本专利技术装置的品质因数是槽沟深度的函数。图5a-5b和6a-6b用图形比较本专利技术装置内电路效率与早先技术装置的效率。具体实施例方式在图1中，本专利技术的半导体装置在硅片5中形成，硅片5包括第一导电率型的漏电区10和用与漏电区10搀杂剂相反的导电率型搀杂剂稍许搀杂的沟道区12。本专利技术的半导体装置包括从硅片5顶部表面延伸到漏电区10的多重槽沟14，槽沟14在此运用诸如搀杂的多晶硅导电材料组成栅电极16。栅电极16因氧化层18与沟道区12电绝缘。氧化层18生长在每条槽沟14的两侧墙壁上，必须注意在每条槽沟的底部形成有一个较厚的氧化层15。本专利技术的半导体装置还包括自对准源区20，其配置在每条槽沟14的对边且延伸到小于沟道区12厚度的预定深度。自对准源区20用与漏电区10相同导电率的搀杂剂搀杂。每个栅电极16配置在栅隔离层22的顶部表面，在每个栅隔离层22的顶部表面装有一层低温绝缘材料24。接触区26用与沟道区12相同导电率的搀杂剂高度搀杂，它与每个源区20相邻，从沟道区12的顶部表面延伸，最好是延伸到小于相邻源区20深度的深度。高度搀杂的接触区26生成于硅片5顶部表面的凹底部。源接触层28通常由铝合金构成，配置在硅片5顶部表面的上面，与源区20和接触区26电阻性接触，从而使源区20和接触区26短路。漏电接触层30可用三价金属或某些其它的合适焊接金属构成，配置在硅片5的自由面，与源接触层28相对，与漏电区10电阻性接触。本专利技术的半导体包括含有端接区40。该端接区40包含一凹槽端接结构。该凹槽端接结构包括深度低于激活区(包含有激活单元)表面的场氧化层44和场电极50。端接结构配置在装置的激活区周围。图1仅显示了依据本专利技术生产的半导体装置的一部分。熟悉本领域的技术人员一定会知道，在实际的半导体装置中，激活区必然包括更多数量的槽沟14。图1所示的半导体装置是一种槽沟品种。槽沟型装置是将电压加到栅电极16上，以便将紧邻氧化层18的区域转化，使其源区20与其漏电区10电连接。图1所示的半导体装置是一种N沟道装置，颠倒每区中搀杂剂的极性便可得到一个P沟道装置。较佳实施例中的硅片5是由单片硅衬底2构成，硅衬底2在其顶部表面上有一个外延层，上述的槽沟14就生成在外延层上。在此所述的漏电区10系指漂移区4，位于衬底2与沟道区12之间。熟悉本领域的技术人员必然发现，使用其它材料或结构的半导体硅片不会偏离本专利技术的原则。诸如图1所示的半导体装置是依据下述工艺生产的。首先来看图2a，开始时先在硅片5外延层3顶部生成衬垫氧化层32，用第一导电率型搀杂剂搀杂。在所示实施例中，第一导电率型搀杂剂是N型搀杂剂。然后，与第一导电率型搀杂剂相对的导电率型搀杂剂(P型)通过衬垫氧化层32注入形成浅沟道注入区34，这便是后来形成的下面将要介绍的沟道区12(图1)。下面来看图2b，渗氮白层36沉淀在衬垫氧化层32的顶部，含有一层光刻胶38的激活光刻掩模沉淀在渗氮白层36的绝大部分上，仅仅使端接区40暴露在外部。下一步，如图2c所示，利用光刻胶38作为光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流－直流变换器，包括：一个同步半导体装置；和一个控制半导体装置；其中，至少一种所述的半导体装置包括：一个具有主要表面的半导体管；一个在所述的半导体管内生成的激活区；和一个端接结构，所述的 端接结构包括：一个在所述的半导体管内生成的端接槽沟，和一个在所述的端接槽沟中以及所述的主要表面下方生成的场氧化层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：林马，亚当阿玛丽，悉达多凯耶沃特，阿什塔迈克丹尼，唐纳德何，娜瑞雪坦帕，瑞图索德黑，凯丽斯伯林，丹尼尔金泽，
申请(专利权)人：国际整流器有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]