專利名稱：溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具體是溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的新型功率器件，由于它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(dòng)電流，沒(méi)有少子存儲(chǔ)效應(yīng)，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，并有良好的電流自調(diào)節(jié)能力，可有效地防止電流局部集中和熱點(diǎn)的產(chǎn)生，電流分布均勻，容易通過(guò)并聯(lián)方式增加電流容量，具有較強(qiáng)的功率處理能力，熱穩(wěn)定性好，安全工作區(qū)大，沒(méi)有二次擊穿等，已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如高速開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)關(guān)電源，不間斷電源，高功率放大電路，高保真音響電路，射頻功放電路，電力轉(zhuǎn)換電路，電機(jī)變頻電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，固體繼電器，控制電路與功率負(fù)載之間的接口電路寸。傳統(tǒng)的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Trench M0SFET)由于其特定的結(jié)構(gòu)，在制造的過(guò)程中需要七層掩膜，生產(chǎn)成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種節(jié)約生產(chǎn)成本的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本實(shí)用新型的目的主要通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括N-外延層，N-外延層包括設(shè)置在其上部的源區(qū)層，以及設(shè)置在源區(qū)層下端面的P_body層，該P(yáng)_body層內(nèi)設(shè)有P型雜質(zhì)層。溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括設(shè)置在N-外延層下端面的N+襯底層，以及設(shè)置在N+襯底層下端面的背面金屬層；所述N-外延層的上端面設(shè)置有環(huán)狀的場(chǎng)氧化層，N-外延層還設(shè)有溝槽，該溝槽內(nèi)填充有摻雜的多晶硅層；N-外延層與多晶硅層之間、N-外延層的上端面、以及場(chǎng)氧化層的上端面和內(nèi)側(cè)壁均設(shè)置有柵氧化層；多晶硅層上端面、以及N-外延層和場(chǎng)氧化層上端面的柵氧化層上依次設(shè)置有硼磷硅玻璃層和金屬層； P型雜質(zhì)層的上端面設(shè)有與其接通的源電極接觸孔，該源電極接觸孔依次穿過(guò)P_body層、 源區(qū)層、柵氧化層、以及硼磷硅玻璃層，多晶硅層內(nèi)設(shè)有柵電極接觸孔，該柵電極接觸孔穿過(guò)硼磷硅玻璃層，源電極接觸孔和柵電極接觸孔均由金屬層填充，且源電極接觸孔端的金屬層和柵電極接觸孔端的金屬層之間設(shè)有將兩者分隔開(kāi)的開(kāi)口。所述多晶硅層摻雜的物質(zhì)為磷或砷。所述多晶硅層高于溝槽開(kāi)口的水平面4800埃。所述硼磷硅玻璃層的厚度為6000埃。所述的金屬層的金屬為鋁硅銅合金。上述溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，包括以下步驟[0012]步驟一、在N+襯底層上端面依次外延生長(zhǎng)N-外延層、熱生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層；步驟二、設(shè)計(jì)第一層掩模，并進(jìn)行有源區(qū)光刻；步驟三、設(shè)計(jì)第二層掩模，在有源區(qū)后淀積一層四乙基原硅酸鹽并增密，涂膠，用第二層掩模曝光顯影，然后干法腐蝕四乙基原硅酸鹽，去膠，最后溝槽腐蝕；步驟四、在溝槽的底部和側(cè)壁、N-外延層的上端面、以及場(chǎng)氧化層的上端面和內(nèi)側(cè)壁均生長(zhǎng)一層?xùn)叛趸瘜?；步驟五、在溝槽內(nèi)淀積多晶硅并摻雜磷或砷，形成摻雜的多晶硅層，并刻蝕掉多晶硅層上端面的多晶硅，在多晶硅層的上端面形成外圍溝槽；步驟六、對(duì)N-外延層進(jìn)行摻雜，形成？_130(^層；步驟七、向N-外延層注入砷，形成源區(qū)層；步驟八、淀積硼磷硅玻璃層；步驟九、設(shè)計(jì)第三層掩模，刻蝕掉與外圍溝槽位置對(duì)應(yīng)的硼磷硅玻璃層形成柵電極接觸孔，刻蝕掉部分硼磷硅玻璃層并深刻N(yùn)-外延層形成源電極接觸孔；步驟十、向N-外延層注入高濃度的P型雜質(zhì)，形成P型雜質(zhì)層；步驟十一、在步驟九形成的源電極接觸孔和柵電極接觸孔，以及上述整體結(jié)構(gòu)的上表面淀積一層金屬，形成金屬層，作為柵源電極；步驟十二、設(shè)計(jì)第四層掩模，并刻蝕一開(kāi)口將源電極接觸孔端的金屬層和柵電極接觸孔端的金屬層分隔開(kāi)，分別作為源電極和柵電極；步驟十二、在N+襯底層的下端面金屬化，形成背面金屬層，作為漏電極。所述的步驟四還包括在生產(chǎn)柵氧化層前，在溝槽的底部和側(cè)壁、N-外延層的上端面、以及場(chǎng)氧化層的上端面和內(nèi)側(cè)壁均生長(zhǎng)一層犧牲氧化層，優(yōu)化溝槽表面，然后刻蝕掉犧牲氧化層。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本實(shí)用新型高濃度P 型雜質(zhì)的注入N-外延層型的注入窗口與源電極接觸孔相同，這樣在形成P型雜質(zhì)層的過(guò)程中不需要涉及掩模。(2)本實(shí)用新型芯片表面沒(méi)有多晶硅的通道，而是利用外圍溝槽作為多晶硅的通道，通道直接開(kāi)在溝槽上面，這樣做即節(jié)省了一層掩模，又減少了芯片的面積，同時(shí)也減小了多晶硅通道的電阻，有利于對(duì)柵極進(jìn)行均勻的供電。(3)本實(shí)用新型由于采用接觸孔型源接觸，所以源區(qū)層可以采用普注方式形成，不用使用掩模，降低了寄生晶體管基極電阻，也就消弱了器件本身的寄生晶體管效應(yīng)，可靠性得到提高。

圖1為本實(shí)用新型溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的加工流程圖。附圖中所對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記為1、N+襯底層，2、N_外延層，3、背面金屬層，4、場(chǎng)氧化層，5、多晶硅層，6、柵氧化層，7、硼磷硅玻璃層，8、金屬層，9、源區(qū)層，10、P_body層，11、P型雜質(zhì)層。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖1所示，溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括N+襯底層1，N+襯底層 1的上下端面分別設(shè)置有N-外延層2和背面金屬層3，背面金屬層3形成漏電極。N-外延層2上端面設(shè)置有環(huán)狀的場(chǎng)氧化層4，N-外延層2設(shè)有溝槽，該溝槽內(nèi)填充有摻雜的多晶硅層5，摻雜的物質(zhì)優(yōu)選為磷或砷，濃度數(shù)量級(jí)為102°cm_3，作為優(yōu)選，多晶硅層5高于溝槽開(kāi)口的水平面4800埃。N-外延層2與多晶硅層5之間、N-外延層2的上端面、以及場(chǎng)氧化層4 的上端面和內(nèi)側(cè)壁均設(shè)置有柵氧化層6，多晶硅層5上端面、以及N-外延層2和場(chǎng)氧化層4 上端面的柵氧化層6上依次設(shè)置有硼磷硅玻璃層7和金屬層8，硼磷硅玻璃層7的厚度優(yōu)選為6000埃，金屬層8金屬優(yōu)選為鋁硅銅合金。N-外延層2包括源區(qū)層9和設(shè)置在源區(qū)層9 下端面的P_body層10，P_body層10內(nèi)設(shè)有P型雜質(zhì)層11，其中，P_body層10是摻有P型雜質(zhì)的半導(dǎo)體層，其與P型雜質(zhì)層11的主要區(qū)別在于P型雜質(zhì)層11內(nèi)注入的是高濃度的 P型雜質(zhì)。硼磷硅玻璃層7、柵氧化層6、源區(qū)層9、P_body層10形成與P型雜質(zhì)層11接通的源電極接觸孔，硼磷硅玻璃層7與多晶硅層5形成一道柵電極接觸孔，源電極接觸孔和柵電極接觸孔均由金屬層8填充，且源電極接觸孔端的金屬層和柵電極接觸孔端的金屬層通過(guò)一道開(kāi)口分隔開(kāi)，分隔開(kāi)后分別形成金屬源電極和金屬柵電極。如圖2所述，上述溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，包括以下步驟在N+襯底層1外延生長(zhǎng)N-外延層2、熱生長(zhǎng)場(chǎng)氧化層4、有源區(qū)光刻、溝槽腐蝕、優(yōu)化溝槽表面、生長(zhǎng)柵氧化層6、淀積多晶硅、P_body區(qū)的注入、形成源區(qū)、淀積BPSG、刻蝕源電極接觸孔和柵電極接觸孔、P型雜質(zhì)層11生成、淀積金屬層8、刻蝕形成源電極和柵電極、以及N+襯底層1下端面金屬化。本實(shí)用新型在制造的過(guò)程為，先提供一個(gè)N+襯底層1，再在N+襯底層1外延生長(zhǎng)N-外延層2，之后熱生產(chǎn)場(chǎng)氧化層4。有源區(qū)光刻，先設(shè)計(jì)第一層掩模，按照第一層掩?？涛g出器件的有源區(qū)，具體刻蝕工藝可以是反應(yīng)離子刻蝕或等離子刻蝕，在刻蝕過(guò)程中加入合適的氣體成分以加快刻蝕速度和提高刻蝕效果，如在刻蝕二氧化硅時(shí)加入四氟化碳?xì)怏w，而在刻蝕多晶硅時(shí)加入四氯化碳?xì)怏w。溝槽腐蝕，設(shè)計(jì)第二層掩模，在有源區(qū)后淀積一層TEOS (四乙基原硅酸鹽)并增密，然后涂膠，涂膠為涂覆光刻膠，用第二層掩模曝光顯影， 再干法腐蝕TE0S，去膠，最后溝槽腐蝕，在此以增密的TEOS作為溝槽腐蝕的掩膜層，這是因?yàn)樵雒艿腡E0S，在溝槽腐蝕的過(guò)程中其保形性比光刻膠好。其中，光刻膠是感光化合物、基體材料和溶劑混合而成。在刻蝕溝槽結(jié)束后，在溝槽的底部和側(cè)壁、N-外延層2的上端面、以及場(chǎng)氧化層4 的上端面和內(nèi)側(cè)壁均生長(zhǎng)一層犧牲氧化層，優(yōu)化溝槽表面，犧牲氧化層通常先擇為SiO2,然后刻蝕掉犧牲氧化層，生長(zhǎng)柵氧化層6。然后在溝槽內(nèi)淀積多晶硅并摻雜磷或砷，形成摻雜的多晶硅層5，并刻蝕掉多晶硅層5上端面的多晶硅，此步工藝與傳統(tǒng)工藝不同，傳統(tǒng)工藝表面要留有多晶硅的通道，而在此采用的工藝是刻蝕掉多晶硅層5表面所有的多晶硅并形成外圍溝槽，用外圍溝槽作為多晶硅的通道，這樣就能節(jié)省了一層掩模。P_body區(qū)的注入， 對(duì)N-外延層2進(jìn)行摻雜，摻雜的物質(zhì)為硼，形成P_body層10，再向N-外延層2注入砷，形成源區(qū)層9，砷的注入可采用普注的方式，這樣較傳統(tǒng)工藝又可節(jié)省一層掩模。淀積BPSGdP 淀積硼磷硅玻璃層7，硼磷硅玻璃層7則作為柵源之間的隔離。刻蝕源電極接觸孔和柵電極接觸孔，即設(shè)計(jì)第三層掩模，刻蝕掉與外圍溝槽位置對(duì)應(yīng)的硼磷硅玻璃層形成柵電極接觸孔，刻蝕掉部分硼磷硅玻璃層并深刻N(yùn)-外延層形成源電極接觸孔，刻蝕方式可以是反應(yīng)離子刻蝕或等離子刻蝕，刻蝕N-區(qū)的厚度要保證穿透整個(gè)N+區(qū)，即源區(qū)層9，一般在0. 3um。P型雜質(zhì)層11的生成，即向N-外延層2注入高濃度的P型雜質(zhì)，形成P型雜質(zhì)層 11，該步驟的目的是減小寄生晶體管的基極電阻，降低閂鎖效應(yīng)。再在形成的源電極接觸孔和柵電極接觸孔，以及上述整體結(jié)構(gòu)的上表面淀積一層金屬，形成金屬層8，作為柵源電極， 淀積的金屬優(yōu)選為鋁硅銅合金?？涛g形成源電極和柵電極，即設(shè)計(jì)第四層掩模，并刻蝕一開(kāi)口將源電極接觸孔端的金屬層和柵電極接觸孔端的金屬層分隔開(kāi)，分別作為源電極和柵電極。最后，在N+襯底層1的下端面金屬化，形成背面金屬層3，作為漏電極。當(dāng)給柵電極供正電時(shí)，多晶硅層5上產(chǎn)生電壓，通過(guò)柵氧化層6形成電場(chǎng)，該電場(chǎng)將使P_body層10與柵氧化層6相接觸的表面離子反型，與柵氧化層6接觸的P_body層10 表面形成反型層，即由原來(lái)的P型雜質(zhì)變?yōu)镹型雜質(zhì)。這樣，源區(qū)層9、N-外延層2、N+襯底層1就通過(guò)P_body層10的反型層連接起來(lái)。當(dāng)給漏電極加正電壓，給源電極加負(fù)電壓時(shí)， 就會(huì)有電子從源電極經(jīng)過(guò)源區(qū)層9、P_body層10的反型層、N-外延層2、N+襯底層1到漏電極，形成電流。如上所述，則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括N-外延層，N-外延層包括設(shè)置在其上部的源區(qū)層，以及設(shè)置在源區(qū)層下端面的P_body層，該P(yáng)_body層內(nèi)設(shè)有P型雜質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，還包括設(shè)置在N-外延層下端面的N+襯底層，以及設(shè)置在N+襯底層下端面的背面金屬層；所述 N-外延層的上端面設(shè)置有環(huán)狀的場(chǎng)氧化層，N-外延層還設(shè)有溝槽，該溝槽內(nèi)填充有摻雜的多晶硅層；N-外延層與多晶硅層之間、N-外延層的上端面、以及場(chǎng)氧化層的上端面和內(nèi)側(cè)壁均設(shè)置有柵氧化層；多晶硅層上端面、以及N-外延層和場(chǎng)氧化層上端面的柵氧化層上依次設(shè)置有硼磷硅玻璃層和金屬層；P型雜質(zhì)層的上端面設(shè)有與其接通的源電極接觸孔，該源電極接觸孔依次穿過(guò)P_body層、源區(qū)層、柵氧化層、以及硼磷硅玻璃層，多晶硅層內(nèi)設(shè)有柵電極接觸孔，該柵電極接觸孔穿過(guò)硼磷硅玻璃層，源電極接觸孔和柵電極接觸孔均由金屬層填充，且源電極接觸孔端的金屬層和柵電極接觸孔端的金屬層之間設(shè)有將兩者分隔開(kāi)的開(kāi)口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述多晶硅層摻雜的物質(zhì)為磷或砷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述多晶硅層高于溝槽開(kāi)口的水平面4800埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述硼磷硅玻璃層的厚度為6000埃。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的金屬層的金屬為鋁硅銅合金。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括N+襯底層、N-外延層、柵氧化層、硼磷硅玻璃層、金屬層、以及背面金屬層，N-外延層上端面設(shè)置有環(huán)狀的場(chǎng)氧化層，N-外延層設(shè)有溝槽，該溝槽內(nèi)填充有摻雜的多晶硅層，N-外延層包括源區(qū)層和設(shè)置在源區(qū)層下端面的P_body層；本實(shí)用新型還包括源電極接觸孔和柵電極接觸孔，源電極接觸孔和柵電極接觸孔均由金屬層填充，且源電極接觸孔端的金屬層和柵電極接觸孔端的金屬層通過(guò)一道開(kāi)口分隔開(kāi)。采用上述結(jié)構(gòu)，在制造本實(shí)用新型的時(shí)候能節(jié)約制造成本。
文檔編號(hào)H01L29/78GK201936886SQ20112002433
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者朱懷宇, 王新 申請(qǐng)人:成都瑞芯電子有限公司