功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法技术

一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法，其中，所述功率金属氧化物半导体场效应晶体管包括：具有第一导电类型的衬底；位于所述衬底上、具有第一导电类型且浓度低于衬底掺杂浓度的外延层；位于所述外延层上、具有第二导电类型的体区；位于所述体区上、具有高掺杂浓度的第一导电类型的源区；穿过所述源区和所述体区、到达所述外延层的栅极以及其表面的栅绝缘层；穿过所述源区且到达所述体区的接触孔，其中，所述接触孔的底部形成向内凹陷部，在且仅在所述向内凹陷部的外侧表面具有第二导电类型的重掺杂区。本发明专利技术通过使所采用的接触孔结构具有垂直侧壁以及向内凹陷的底部，减轻甚至避免雪崩击穿，进而提高了产品稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件，尤其是功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方 法。
技术介绍
由于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(功率M0SFET)具有功率低、开关速度 快等特点，并且在正向偏置工作时，多数载流子导电使得通常被认为不存在二次击穿现象， 功率MOSFET被广泛应用于电源的开关器件中。然而，当功率MOSFET反向偏置时，受漏源极电压、电流等作用，功率MOSFET内部容 易发生雪崩击穿。参考图1，在功率MOSFET体内的等效电路中，其源极和漏极之间包括一个 寄生三极管110，该寄生三极管110的集电极、发射极分别是所述功率MOSFET的漏极和源 极，并且其源极及体区之间还包括一个正向导通的寄生体二极管120。当所述功率MOSFET 的漏极存在大电流和高电压时，电离作用加剧，产生大量的空穴并通过体区流入源极，导致 该寄生三极管110的基极电势升高；当基极电势升高到一定程度时，该寄生体二极管120的 反向电压快速达到其击穿电压，该寄生体二极管120反向导通，使得反向电流迅速增加，产 生雪崩击穿。在雪崩击穿后如果没有适当的缓冲或抑制措施，随着反向电流的增大，功率 MOSFET消耗内部能量的能力越来越差，温度将上升很快，甚至烧毁功率M0SFET。在现代功 率半导体技术中，功率MOSFET设计和制造的一个很重要方面就是优化单元结构，促进雪崩 击穿时的能量耗散能力。关于减轻雪崩击穿的研究，在专利号为02812811. 1、名称为“具 有减轻的击穿现象的沟道型双扩散金属氧化物半导体晶体管”的中国专利以及专利号为 01144661. 7、名称为“功率金属氧化物半导体场效晶体管装置及其制造方法”的中国专利中 可以得到更多信息。参考图2，专利技术人对现有功率MOSFET的结构进行了研究，发现在功率MOSFET的一 种结构中，其接触孔采用穿过η型重掺杂(即η+)源区201且到达ρ型体区202的U型沟 槽203，并且在U型沟槽203表面形成ρ型载流子的重掺杂区(即P+) 204。在U型沟槽203 的底端，P型体区202向η型重掺杂(即η+)源区201延伸，由于U型沟槽203表面具有ρ 型重掺杂区204，ρ型体区202的延伸部沿U型沟槽203侧壁与η型重掺杂源区201形成集 中的电场；而且，当功率MOSFET的漏极电压升高到一定电压时，由于U型沟槽203表面覆盖 重掺杂的P型载流子，会导致载流子沿U型沟槽203的侧壁和底部聚集。因此，在U型沟槽 表面，由于电场集中并且反向电流密度较大，很容易引发雪崩击穿。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种功率M0SFET，以减小甚至避免雪崩击穿效应的产生。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管，包括具有第一导电类型的衬底；位于所述衬底上、具有第一导电类型且浓度低于衬底掺 杂浓度的外延层；位于所述外延层上、具有第二导电类型的体区；位于所述体区上、具有高 掺杂浓度的第一导电类型的源区；穿过所述源区和所述体区、到达所述外延层的栅极以及 其表面的栅绝缘层；穿过所述源区且到达所述体区的接触孔，其中，所述接触孔的底部形成 向内凹陷部，在且仅在所述向内凹陷部的外侧表面具有第二导电类型的重掺杂区。此外，本专利技术还提供了一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法，包 括提供具有第一导电类型的衬底；在所述衬底上形成外延层，所述外延层位于所述衬底 上、具有第一导电类型且浓度低于所述衬底掺杂浓度；在所述外延层上形成体区，所述体区 位于所述外延层上且具有第二导电类型；形成源区及栅极，所述源极具有高掺杂浓度的第 一导电类型，并且所述栅极穿过所述源区和所述体区、到达所述外延层；形成穿过所述源区 且到达所述体区的接触孔，所述接触孔的底部具有向内凹陷部；在所述接触孔底部的向内 凹陷部的外侧表面形成具有第二导电类型的重掺杂区。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点通过采用具有垂直侧壁以及向内凹陷的 底部的接触孔结构，使所述接触孔的侧壁避免产生集中的电场，并且也避免了体pn结空间 电荷区扩散产生的空穴进入所述接触孔的底部，从而减轻甚至避免雪崩击穿，进而提高了 产品的稳定性。附图说明图1是现有技术中功率金属氧化物半导体场效应晶体管结构示意图以及其寄生 三极管和寄生体二极管的示意图；图2是现有技术中功率金属氧化物半导体场效应晶体管接触孔的结构示意图；图3是本专利技术功率金属氧化物半导体场效应晶体管实施方式的结构示意图；图4是本专利技术功率金属氧化物半导体场效应晶体管制作方法实施方式的流程示 意图；图5是本专利技术功率金属氧化物半导体场效应晶体管制作方法一种具体实施例的 流程示意图；图6-图17是采用图5所示功率金属氧化物半导体场效应晶体管制作方法具体实 施例的各个阶段中，功率金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面示意图。具体实施例方式专利技术人在进行了大量的实验之后，提出了一种新型的功率MOSFET结构及其制作 方法，在所述功率MOSFET中，其接触孔沟槽具有垂直侧壁，以及在接触孔沟槽底部形成向 内凹陷部，在且仅在所述向内凹陷部形成重掺杂区，从而使侧壁与底部的重掺杂区分离，减 轻甚至避免雪崩击穿。下面结合附图和具体实施例，对本专利技术功率MOSFET的实施方式作进一步说明。在本专利技术功率MOSFET的一种具体实施例中，所述向内凹陷部可为半球形。参考图 3，功率MOSFET可包括具有第一导电类型的衬底301 ；位于衬底301上、具有第一导电类型 且浓度低于衬底掺杂浓度的外延层302 ；位于外延层302上、具有第二导电类型的体区303 ； 位于体区303上、具有高掺杂浓度的第一导电类型的源区304 ；穿过源区304和体区303、到5达外延层302的栅极305以及其表面的栅绝缘层306 ；位于源区304上及栅极305上的绝 缘层307 ；穿过绝缘层307和源区304且到达体区303的接触孔308，其中，接触孔308底部 为向内凹陷的半球形，且在所述底部半球形的外侧表面具有第二导电类型的重掺杂区309。具体来说，其中，衬底301和源区304可为η型重掺杂。例如，可采用砷、或锑、或 磷等离子注入，形成掺杂浓度在1016/Cm3-1019/Cm3范围内的η型重掺杂区。其中，外延层302可为η型轻掺杂。例如，可采用砷、或锑、或磷等离子注入，掺杂 浓度在 1014/Cm3-1015/Cm3 范围。其中，体区303可为ρ型轻掺杂。例如，可采用硼离子对体区303进行掺杂，使体 区303为掺杂浓度在1014/cm3-1015/cm3范围内的ρ型轻掺杂区。其中，接触孔308具有垂直侧壁，以避免载流子沿侧壁进行聚集；并且，重掺杂区 309仅分布于其底部向内凹陷的半球形的外侧，重掺杂区309可为ρ型重掺杂，其掺杂离子 可为硼离子，掺杂浓度可为IOlfVcm3-IO1Vcm3范围。接触孔308的侧壁与源区304与体区303所形成的体ρη结邻接，由于重掺杂区 309仅分布于接触孔308向内凹陷的底部外侧表面，因此重掺杂区309与所述体ρη结相互 分离。功率MOSFET正是通过将重掺杂区309与体ρη结分离，从而减小甚至避免了 ρη结空 间电荷区扩展所产生的载流子对重掺杂区309的影响，进而避免了载流子在集中的电场下 聚集，造成反向电流激增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率金属氧化物半导体场效应晶体管，包括：具有第一导电类型的衬底；位于所述衬底上、具有第一导电类型且浓度低于衬底掺杂浓度的外延层；位于所述外延层上、具有第二导电类型的体区；位于所述体区上、具有高掺杂浓度的第一导电类型的源区；穿过所述源区和所述体区、到达所述外延层的栅极以及其表面的栅绝缘层；穿过所述源区且到达所述体区的接触孔；其特征在于，所述接触孔的底部形成向内凹陷部，在且仅在所述向内凹陷部的外侧表面具有第二导电类型的重掺杂区。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]