專利名稱：溝槽型垂直雙擴散晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管結(jié)構(gòu)，具體涉及一種溝槽型垂直雙擴散晶體管結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
雙擴散晶體管(DMOS)是采用大規(guī)模集成電路精細工藝制造的分立器件，由于 DMOS晶體管比雙極型功率器件具有許多優(yōu)良性能，如高輸入阻抗、低驅(qū)動電流、開關(guān)速度快、具有負的電流溫度系數(shù)、有良好的電流自調(diào)節(jié)能力、熱穩(wěn)定性好、沒有二次擊穿等，目前已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，在高壓大電流的電路應(yīng)用中逐步取代了許多原來為雙極型功率器件所占據(jù)的領(lǐng)域。一種特定的DMOS晶體管成為溝槽型雙擴散晶體管(TDMOS)，其中的溝道是垂直形成的，而柵極形成于在源和漏之間延伸的溝槽中。內(nèi)襯柵氧化層并填充多晶硅的溝槽結(jié)構(gòu)相比普通的DMOS晶體管結(jié)構(gòu)，對電流的限制更少，從而提供了較低的導(dǎo)通電阻值。TDMOS晶體管的源極和漏極分別位于半導(dǎo)體襯底的兩面，通常其源極位于襯底正面，且各晶體管的源極連接在一起，而漏極位于襯底背面，通過在半導(dǎo)體襯底背面覆蓋一金屬層直接引出漏電極。TDMOS晶體管結(jié)構(gòu)在美國專利US5541425和US5072266中均有詳細描述。圖1所示為傳統(tǒng)的TDMOS晶體管結(jié)構(gòu)。如圖1所示，傳統(tǒng)的TDMOS晶體管100包括一 N+半導(dǎo)體襯底101以及依次位于其表面的N-外延層102和P型阱區(qū)103，多晶硅柵極130位于延伸至外延層102的溝槽內(nèi)， 其與N-外延層102、P型阱區(qū)103以及N+摻雜的源區(qū)111間有柵氧化層131隔開，該TDMOS 晶體管100的漏電極由N+半導(dǎo)體襯底101底面覆蓋的漏極金屬層120引出，其源電極由覆蓋N+摻雜的源區(qū)111表面的源極金屬層110引出。由圖1所示可知，該結(jié)構(gòu)中，源極金屬層110位于P型阱區(qū)103表面，其與硅體區(qū)接觸的部分為輕摻雜的P型阱區(qū)103，此處金屬-半導(dǎo)體接觸易引發(fā)各種寄生效應(yīng)，影響晶體管性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種溝槽型垂直雙擴散晶體管(TDMOS)，改善現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中的金屬接觸，防止各種寄生效應(yīng)的產(chǎn)生，進一步改善器件性能。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的TDMOS晶體管包括第一半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體襯底(201)；位于半導(dǎo)體襯底(201)表面的第一半導(dǎo)體類型摻雜的外延層(202)；位于外延層(202)內(nèi)的、第二半導(dǎo)體類型摻雜的阱區(qū)(203)；若干位于阱區(qū)(203)內(nèi)的第一溝槽(210)，其溝槽深度大于阱區(qū)(203)深度，延伸至外延層(202)內(nèi)，且該第一溝槽(210)內(nèi)襯柵氧化層(212)并填充多晶硅形成多晶硅柵 (211)；以及
若干位于阱區(qū)(203)內(nèi)相鄰兩第一溝槽(210)之間的接觸孔(220)，其內(nèi)填充有第一金屬層(230)用以引出源電極；若干位于接觸孔(220)下方的第二半導(dǎo)體類型摻雜的體接觸區(qū)(204)；若干位于阱區(qū)(203)內(nèi)第一溝槽(210)和接觸孔(220)之間的第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)(231)。進一步的，半導(dǎo)體襯底(201)和第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)(231)均為重摻雜，且源區(qū)(231)摻雜濃度小于半導(dǎo)體襯底(201)的摻雜濃度；外延層(202)為輕摻雜，且外延層 (202)的摻雜濃度小于半導(dǎo)體襯底(201)和源區(qū)(231)的摻雜濃度。進一步的，體接觸區(qū)(204)為重摻雜，阱區(qū)(203)為輕摻雜，S卩體接觸區(qū)(204)的摻雜濃度大于阱區(qū)(203)的摻雜濃度。進一步的，接觸孔(220)孔徑為0. 5 μ m 1 μ m，孔深為0. 35 μ m 1 μ m，該接觸孔(220)的孔深大于源區(qū)(231)的離子注入深度、且遠小于第一溝槽(210)的溝槽深度。進一步的，第一溝槽(210)內(nèi)襯的柵氧化層(212)向外延伸至覆蓋源區(qū)(231)表面。進一步的，多晶硅柵(211)表面覆蓋有氧化層(214)。進一步的，覆蓋源區(qū)(231)表面的柵氧化層(212)和覆蓋多晶硅柵(211)表面的氧化層(214)表面均覆蓋有一絕緣介質(zhì)層(213)。可選的，柵氧化層(212)和氧化層(214)表面覆蓋的絕緣介質(zhì)層(213)為硼磷硅玻璃(BPSG)。進一步的，絕緣介質(zhì)層(213)表面覆蓋有第一金屬層(230)，其與接觸孔(220)內(nèi)填充的第一金屬層(230)同步形成，且二者連為一體。進一步的，第一金屬層(230)為一疊層結(jié)構(gòu)，包括粘合層(232)和第二金屬層 (233)?？蛇x的，粘合層(232)為Ti/TiN疊層，第二金屬層(233)為AlSiCu合金。
作為最佳實施方案，第一半導(dǎo)體類型摻雜為N型摻雜，第二半導(dǎo)體類型摻雜為P型摻雜。作為又一實施方案，第一半導(dǎo)體類型摻雜為P型摻雜，第二半導(dǎo)體類型摻雜為N型摻雜。本發(fā)明的技術(shù)效果是，通過將用以引出源電極的金屬層填充在位于相鄰兩源區(qū) (231)之間的接觸孔(220)內(nèi)，并在接觸孔(220)下方形成一重摻雜的體接觸區(qū)域(204)， 此時，該TDMOS結(jié)構(gòu)中金屬均通過接觸孔(220)內(nèi)填充的第一金屬層(230)與硅體接觸，接觸孔(220)側(cè)壁接觸的硅體為第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)(231)，接觸孔(220)底部接觸的硅體為第二半導(dǎo)體類型摻雜的體接觸區(qū)(204)，二者均為重摻雜區(qū)域，S卩本發(fā)明提供的 TDMOS晶體管結(jié)構(gòu)中，源極金屬層與硅體接觸的區(qū)域均為重摻雜區(qū)域，有效防止了金屬與輕摻雜硅體接觸產(chǎn)生的各種寄生效應(yīng)，改善TDMOS晶體管性能。


圖1為現(xiàn)有溝槽型垂直雙擴散晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的溝槽型垂直雙擴散晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。圖2為本發(fā)明提供的溝槽型垂直雙擴散晶體管(TDMOS)結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，TDMOS晶體管200包括第一半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體襯底201 ；位于半導(dǎo)體襯底201表面的第一半導(dǎo)體類型摻雜的外延層202 ；位于外延層202內(nèi)的、第二半導(dǎo)體類型摻雜的阱區(qū)203 ；若干位于阱區(qū)203內(nèi)的第一溝槽210，其溝槽深度大于阱區(qū)203深度，延伸至外延層202內(nèi)，且該第一溝槽210內(nèi)襯柵氧化層212并填充多晶硅形成多晶硅柵211 ；以及若干位于阱區(qū)203內(nèi)相鄰兩第一溝槽210之間的接觸孔220，其內(nèi)填充有第一金屬層230用以引出源電極；若干位于接觸孔220下方的第二半導(dǎo)體類型摻雜的體接觸區(qū)204 ；若干位于阱區(qū)203內(nèi)第一溝槽210和接觸孔220之間的第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū) 231。本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體襯底201和源區(qū)231均為重摻雜，且源區(qū)231摻雜濃度小于半導(dǎo)體襯底201的摻雜濃度，外延層202為輕摻雜，且外延層202的摻雜濃度小于半導(dǎo)體襯底201和源區(qū)231的摻雜濃度；體接觸區(qū)204為重摻雜，阱區(qū)203為輕摻雜，即體接觸區(qū)204的摻雜濃度大于阱區(qū)203的摻雜濃度。本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，接觸孔220孔徑為0. 5 μ m 1 μ m,孔深為0. 35 μ m 1 μ m，該接觸孔220的孔深大于源區(qū)231的離子注入深度、且遠小于第一溝槽210的溝槽深度。作為最佳實施例，接觸孔220孔徑為0. 75 μ m,孔深為0. 7 μ m，且接觸孔220位于阱區(qū)203內(nèi)，其孔深小于阱區(qū)203的深度。本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，第一溝槽210內(nèi)襯的柵氧化層 212向外延伸并覆蓋源區(qū)231表面，多晶硅柵211上表面覆蓋有氧化層214。作為又一實施例，源區(qū)231和多晶硅柵211表面均覆蓋有一薄層氧化層214。本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，覆蓋源區(qū)231表面的柵氧化層 212和覆蓋多晶硅柵211上表面的氧化層214表面均覆蓋有一絕緣介質(zhì)層213。作為最佳實施例，柵氧化層212和氧化層214表面覆蓋的絕緣介質(zhì)層213為硼磷硅玻璃(BPSG)。本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，絕緣介質(zhì)層213表面覆蓋有第一金屬層230，其與接觸孔220內(nèi)填充的第一金屬層230同步形成，且二者連為一體。在本具體實施方式
中，第一金屬層230為一疊層結(jié)構(gòu)，包含粘合層232和第二金屬層233。作為最佳實施例，粘合層232為Ti/TiN疊層，用以在有源區(qū)(即第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)231)和體接觸區(qū)204、柵極接觸區(qū)域形成金屬接觸，由于Ti/TiN具有良好的填充能力，且與硅體間的結(jié)合能力強，與絕緣介質(zhì)層213結(jié)合緊密，大大提高了金屬結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；第二金屬層233為AlSiCu合金，作為源電極金屬層，用以連接外部源電極。
作為最佳實施方案，第一半導(dǎo)體類型摻雜為N型摻雜，第二半導(dǎo)體類型摻雜為P型摻雜，即所采用的半導(dǎo)體襯底201為N型襯底，充當(dāng)TDMOS晶體管200的漏區(qū)，位于半導(dǎo)體襯底201表面的外延層202也為N型，且其摻雜濃度小于半導(dǎo)體襯底201的摻雜濃度，源摻雜區(qū)231為N型重摻雜區(qū)域，該TDMOS晶體管200為一垂直結(jié)構(gòu)的NPN晶體管，其溝道區(qū)為 N+摻雜的源區(qū)231下方至N型外延層202沿溝槽210側(cè)壁的P型輕摻雜的區(qū)域。TDMOS晶體管200工作時，其漏電極由位于半導(dǎo)體襯底201底面的金屬層引出，柵極211和源區(qū)231 之間所加正壓Ves>_值電壓Vt時，P型溝道反型成N型成為反型層，源區(qū)231和漏區(qū)(即 半導(dǎo)體襯底201)之間的結(jié)構(gòu)由N+-P-N+變?yōu)榱?N+-N-N+，在Vds的作用下，N型源區(qū)的電子經(jīng)過溝道區(qū)到達漏區(qū)，形成由漏流向源的漏源電流。顯然，Ves的數(shù)值越大，表面處的電子密度越大，相對的溝道電阻越小，在同樣的Vds的作用下，漏源電流越大。電子流經(jīng)溝道后改為垂直方向，由半導(dǎo)體襯底201流出。作為又一實施方案，第一半導(dǎo)體類型摻雜為P型摻雜，第二半導(dǎo)體類型摻雜為N型摻雜，即所采用的半導(dǎo)體襯底201為P型襯底，充當(dāng)TDMOS晶體管200的漏區(qū)，位于半導(dǎo)體襯底201表面的外延層202也為P型，且其摻雜濃度小于半導(dǎo)體襯底201的摻雜濃度，源摻雜區(qū)231為P型重摻雜區(qū)域，該TDMOS晶體管200為一垂直結(jié)構(gòu)的PNP晶體管，其溝道區(qū)為 P+摻雜的源區(qū)231下方至P型外延層202沿溝槽210側(cè)壁的N型輕摻雜的區(qū)域。TDMOS晶體管200工作時，其漏電極由位于半導(dǎo)體襯底201底面的金屬層引出，柵極211和源區(qū)231 之間加負壓Ves，當(dāng)|Ves| >閾值電壓|Vt|時，N型溝道反型成P型成為反型層，源區(qū)231和漏區(qū)(即半導(dǎo)體襯底201)之間的結(jié)構(gòu)由P+-N-P+變?yōu)榱?P+-P-P+，在相對于源電極端為負的漏源電壓的作用下，源端的正電荷空穴經(jīng)過導(dǎo)通的P型溝道到達漏端，形成從源到漏的源漏電流，Vgs越負(絕對值越大)，溝道的導(dǎo)通電阻越小，電流的數(shù)值越大。本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，將用以弓丨出源電極的金屬層230 填充在位于相鄰兩源區(qū)231之間的接觸孔220內(nèi)，并在接觸孔220下方形成一重摻雜的體接觸區(qū)域204，此時，該TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中金屬均通過接觸孔220內(nèi)填充的金屬層230 與硅體接觸，接觸孔220側(cè)壁接觸的硅體為第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)231，接觸孔220底部接觸的硅體為第二半導(dǎo)體類型摻雜的體接觸區(qū)204，二者均為重摻雜區(qū)域，即本具體實施方式
提供的TDMOS晶體管200結(jié)構(gòu)中，源極金屬層230與硅體接觸的區(qū)域均為重摻雜區(qū)域，有效防止了金屬與輕摻雜硅體接觸產(chǎn)生的各種寄生效應(yīng)，改善TDMOS晶體管性能。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權(quán)利要求
1.一種溝槽型垂直雙擴散晶體管，包括第一半導(dǎo)體類型的半導(dǎo)體襯底；第一半導(dǎo)體類型摻雜的外延層，位于所述半導(dǎo)體襯底表面；第二半導(dǎo)體類型摻雜的阱區(qū)，位于所述外延層內(nèi)；若干第一溝槽，位于所述阱區(qū)內(nèi)，其內(nèi)襯薄柵氧化層并填充有多晶硅形成多晶硅柵；其特征在于，所述溝槽型垂直雙擴散晶體管還包括若干接觸孔，位于所述阱區(qū)內(nèi)相鄰兩所述第一溝槽之間，其內(nèi)填充有第一金屬層用以引出源電極；若干第二半導(dǎo)體類型摻雜的體接觸區(qū)域，位于所述接觸孔下方；若干第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)，位于所述阱區(qū)內(nèi)第一溝槽與接觸孔之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述接觸孔孔徑為 0. 5 μ m 1 μ m，孔深為0. 35 μ m 1 μ m，所述接觸孔的孔深大于所述源區(qū)的離子注入深度、 遠小于所述第一溝槽的溝槽深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述體接觸區(qū)的摻雜濃度大于所述阱區(qū)的摻雜濃度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述第一溝槽內(nèi)襯的柵氧化層向外延伸至覆蓋所述源區(qū)表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述多晶硅柵表面覆蓋一氧化層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述覆蓋源區(qū)表面的柵氧化層以及所述覆蓋多晶硅柵表面的氧化層表面均覆蓋一絕緣介質(zhì)層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層為硼磷硅玻璃層。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)層表面覆蓋第一金屬層，其與所述接觸孔內(nèi)填充的第一金屬層同步形成，且二者連為一體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述第一金屬層為一疊層結(jié)構(gòu)，包括粘合層和第二金屬層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述粘合層為Ti/ TiN疊層結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述第二金屬層為 AlSiCu 合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 11中任意一項所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體類型摻雜為N型摻雜，第二半導(dǎo)體類型摻雜為P型摻雜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 11中任意一項所述的溝槽型垂直雙擴散晶體管，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體類型摻雜為P型摻雜，第二半導(dǎo)體類型摻雜為N型摻雜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種溝槽型垂直雙擴散晶體管，源電極金屬層填充在位于相鄰兩源摻雜區(qū)之間的接觸孔內(nèi)，并在接觸孔下方形成一重摻雜的體接觸區(qū)域，此時，該TDMOS結(jié)構(gòu)中金屬均通過接觸孔內(nèi)填充的金屬層與硅體接觸，接觸孔側(cè)壁接觸的硅體為第一半導(dǎo)體類型摻雜的源區(qū)，接觸孔底部接觸的硅體為第二半導(dǎo)體類型摻雜的體接觸區(qū)，二者均為重摻雜區(qū)域，從而有效防止了金屬與輕摻雜硅體接觸產(chǎn)生的各種寄生效應(yīng)，改善TDMOS晶體管性能。
文檔編號H01L29/78GK102403351SQ20101028005
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者吳宗憲, 王根毅 申請人:無錫華潤上華半導(dǎo)體有限公司