超级接面晶体管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种超级接面晶体管，包括一漏极基底，具有一第一导电型；一外延层，具有一第二导电型，其中外延层设置在漏极基底上；多个栅极结构单元，嵌入于外延层的表面；多个沟渠，设置于漏极基底及多个栅极结构单元间的外延层中；一缓冲层，直接接触多个沟渠的内侧表面；多个紧邻多个沟渠外侧的第一导电型基体掺杂区，其中多个第一导电型基体掺杂区与外延层间具有至少一垂直于漏极基底表面的PN接面；及一源极掺杂区，具有第一导电型，其中源极掺杂区设置于外延层中，并紧邻各栅极结构单元。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别是关于一种具有不同栅极布局设计的。
技术介绍
半导体功率装置常应用于电源管理的部分，例如切换式电源供应器、计算机中心或周边电源管理1C、背光板电源供应器或马达控制等等用途，其种类包含有绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)、金氧半场效晶体管 (metal-oxi de-semi conductor field-effect transistor, M0SFET)与双极型接面晶体管 (bipolar junction transistor,BJT)等装置。其中，由于MOSFET可节省电能而且可以提供较快的装置切换速度，因此被广泛地应用各领域中。在公知的各类功率晶体管中，其中一种是在基底中设置交替排列的第二导电型外延层与第一导电型外延层，因此在基底中形成多个垂直于基底表面且互相平行的PN接面， 这样的功率装置也被叫做超级接面功率MOSFET装置。此外，在超级接面功率MOSFET装置中还包括栅极结构单元，用来控制装置的电流开关。但是，上述公知技术还是有许多缺陷需要被解决。举例来说，栅极结构单元的边缘通常有不是圆滑的转角，所述转角会降低功率装置的耐压能力。此外，栅极结构单元的设计布局种类仍不够满足产品端的需求。所以，目前业界仍需一种改良的超级接面的功率半导体装置制作方法及栅极结构与超级接面设计，用来克服先前技术的缺陷与不足。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，其具有较佳的耐压能力以及能达到不同种类产品端的需求。根据本专利技术一优选实施例，提供了一种超级接面晶体管，包括一漏极基底，具有一第一导电型；一外延层，具有一第二导电型，其中外延层设置在漏极基底上；多个栅极结构单元，嵌入于外延层的表面；多个沟渠，设置于漏极基底及多个栅极结构单元间的外延层中；一缓冲层，直接接触多个沟渠的内侧表面；多个紧邻多个沟渠外侧的第一导电型基体掺杂区，其中多个第一导电型基体掺杂区与外延层间具有至少一垂直于漏极基底表面的PN 接面；及一源极掺杂区，具有第一导电型，其中源极掺杂区设置于外延层中，并紧邻各栅极结构单元。根据本专利技术的另一优选实施例，提供一种超级接面晶体管，其特征在于包括一漏极基底，具有一第一导电型；一外延层，具有一第二导电型，其中外延层是设置于漏极基底上；多个源极掺杂单元，具有第一导电型，其中多个源极掺杂单元设置于外延层表面；一栅极结构，嵌入于外延层的表面，其中栅极结构紧邻各源极掺杂单元；多个沟渠，设置于漏极基 底及多个源极掺杂单元间的外延层中；一缓冲层，直接接触多个沟渠的内侧表面；及多个紧邻所述多个沟渠外侧的第一导电型基体掺杂区，其中所述多个第一导电型基体掺杂区与外延层具有至少一垂直于所述漏极基底表面的PN接面。根据本专利技术的又一优选实施例，提供一种超级接面晶体管的制作方法，其特征在于包括提供一漏极基底，具有一第一导电型；在漏极基底上形成一外延层，其中外延层具有一第二导电型；在外延层中形成多个沟槽；在多个沟槽内侧形成一缓冲层；填入一掺质来源层于各沟槽内，其中掺质来源层具有至少第一导电型的掺质；进行一蚀刻工艺，在各沟槽的上方形成多个凹陷结构；在多个凹陷结构的表面形成一栅极氧化层，同时，使掺质来源层内的掺质经由缓冲层扩散到外延层，形成至少一第一导电型基体掺杂区；在各凹陷结构内填入一栅极导体，而形成多个栅极结构单元；及形成一源极掺杂区，具有第一导电型，其中源极掺杂区设置于外延层中，并紧邻各栅极结构单元。为了让以上提到的目的、特征及优点能更容易被了解，下面特别写出优选实施方式，并配合附图，详细说明如下。然而下面的优选实施方式和附图仅供参考与说明，并非用来对本专利技术加以限制。附图说明图1到图8是根据本专利技术优选实施例的超级接面功率晶体管的制造方法示意图。其中，附图标记说明如下120漏极基底140晶胞区域160周边耐压区域180外延层180a井180b外延层240硬掩模层250缓冲层260沟槽260a沟槽260b沟槽270掺质来源层280凹陷结构280a 凹陷结构280b凹陷结构290第一导电型基体掺杂区360栅极氧化层370栅极导体370a栅极导体370b栅极导体380有源区域390光致抗蚀剂图案400第一导电型源极重掺杂410垂直晶体管区420通道430介电层440接触洞450栅极结构单元470源极掺杂单元480栅极结构490源极掺杂区540第二导电型重掺杂区550金属层550a源极图案560源极导体570阻挡层580保护层600超级接面晶体管HU型上部LU型下部0重叠区具体实施方式参考图1至图8，是依据 本专利技术优选实施例绘示的超级接面功率晶体管的制造方法示意图，其中附图中相同的装置或部位沿用相同的标记来表示。需注意的是，附图是以说明为目的，并未依照原尺寸作图。此外，下文的「第一导电型」以及「第二导电型」是用来描述不同材料间的相对导电型种类。举例来说，其可分别对应至N型以及P型，但是，其也可分别对应至P型以及N型。首先，如图1所示，提供一第一导电型漏极基底120，例如N型漏极基底120。漏极基底120上定义有一晶胞区域(cell region) 140以及一周边耐压区域(termination region) 160，其中晶胞区域140是用于设置具有开关功能的晶体管装置，而周边耐压区域 160是具有延缓晶胞区域140的高强度电场向外扩散的耐压结构。接着，利用一外延工艺， 于漏极基底120上形成一第二导电型外延层180,例如P型外延层。其中，在完成外延层 180后，可选择继续进行一离子注入工艺，使得外延层180上方的特定区域形成一第二导电型井180a。较佳来说，井180a的掺杂浓度大于外延层180的掺杂浓度。其中，上述外延工艺包含物理气相沉积(physical vapor deposition, PVD)、化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)或其它公知外延技术。仍然如图1，接着，在外延层180中定义出多个沟槽260，其工艺叙述如下首先， 于外延层180上形成一硬掩模层240,并进行一光刻蚀刻工艺,在硬掩模层240以及外延层 180中形成沟槽260，其中沟槽260a、260b是分别设置于晶胞区域140及周边耐压区域160， 且所述多个沟槽260的底部皆位在漏极基底120内。接着，在沟槽260的表面形成一缓冲层250，其中缓冲层250是借由热氧化法形成，其组成包括氧化硅。在此需注意的是，根据本专利技术的优选实施例，沟槽260的U型下部L是用来定义超级接面(图未示)形成的地方，而沟槽260的U型上部H侧壁的外形涉及后续栅极单元结构(图未示)外形的设计布局，也就是说，栅极结构单元的外形是以沟渠260的U型上部H的外形加以定义。根据本专利技术的优选实施例，较佳是针对晶胞区域140内的沟渠260a的U型上部H外形加以设计。但是， 根据其它优选实施例，也可以同时针对周边耐压区160内的沟渠260b的U型上部H加以设计。图2是根据本专利技术优选实施例的各种沟槽的设计布局局部俯视图。如图2的 (a)到(g)，沟槽260a的形状可以是下列的形式平行条状(parallel stripe)排列、矩阵(matrix)排列、交替(alternati本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级接面晶体管，其特征在于包括：一漏极基底，具有一第一导电型；一外延层，具有一第二导电型，其中所述外延层设置在所述漏极基底上；多个栅极结构单元，嵌入于所述外延层的表面；多个沟渠，设置于所述漏极基底及所述多个栅极结构单元间的所述外延层中；一缓冲层，直接接触所述多个沟渠的内侧表面；多个紧邻所述多个沟渠外侧的第一导电型基体掺杂区，其中所述多个第一导电型基体掺杂区和所述外延层间具有至少一垂直于所述漏极基底表面的PN接面；及一源极掺杂区，具有所述第一导电型，其中所述源极掺杂区设置于所述外延层中，并紧邻各所述栅极结构单元。

【技术特征摘要】
2011.10.24 TW 1001385251.一种超级接面晶体管，其特征在于包括一漏极基底，具有一第一导电型；一外延层，具有一第二导电型，其中所述外延层设置在所述漏极基底上；多个栅极结构单元，嵌入于所述外延层的表面；多个沟渠，设置于所述漏极基底及所述多个栅极结构单元间的所述外延层中；一缓冲层，直接接触所述多个沟渠的内侧表面；多个紧邻所述多个沟渠外侧的第一导电型基体掺杂区，其中所述多个第一导电型基体掺杂区和所述外延层间具有至少一垂直于所述漏极基底表面的PN接面；及一源极掺杂区，具有所述第一导电型，其中所述源极掺杂区设置于所述外延层中，并紧邻各所述栅极结构单元。2.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元包括栅极导体和栅极氧化层。3.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元是平行条状排列的布局。4.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元是矩阵排列的布局。5.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于各所述栅极结构单元的俯视轮廓包含圆形、矩形、六边形或多边形。6.根据权利要求5所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元是为交替排列的布局，且各所述的栅极结构单元的至少一侧边与相邻栅极结构单元的至少一侧边切齐。7.根据权利要求5所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元是交替排列的布局，且各所述的栅极结构单元的至少一侧边与相邻栅极结构单元的至少一侧边部分重叠。8.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元是蜂巢形排列的布局。9.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元的布局不同于所述多个第一导电型基体掺杂区的布局。10.根据权利要求1所述的超级接面晶体管，其特征在于所述多个栅极结构单元的布局相同于所述多个第一导电型基体掺杂区的布局。11.一种超级接面晶体管，其特征在于包括一漏极基底，具有一第一导电型；一外延层，具有一第二导电型，其中所述外延层是设置于所述漏极基底上；多个源极掺杂单元，具有所述的第一导电型，其中所述多个源极掺杂单元设置于所述外延层表面；一栅极结构，嵌入于所述外延层的表面，其中所述栅极结构紧邻各所述源极掺杂单元;多个沟渠，设置于所述漏极基底及所述多个源极掺杂单元间的所述外延层中；一缓冲层，直接接触所述多个沟渠的内侧表面；及多个紧邻所述多个沟渠外侧的第一导电型基体掺杂区，其中所述多个第一导电型基体掺杂区和所述外延层具...

【专利技术属性】
技术研发人员：林永发，徐守一，吴孟韦，陈面国，张家豪，陈家伟，
申请(专利权)人：茂达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：