一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種由以下步驟制得的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管：在外延層的上表面淀積形成接觸絕緣層；提供接觸掩模版并刻蝕所述的接觸絕緣層形成接觸孔洞；在接觸孔洞上方對(duì)所述外延層進(jìn)行有角度的源區(qū)摻雜劑的離子注入并經(jīng)過離子擴(kuò)散形成源區(qū)。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省源區(qū)掩模版并改善源區(qū)的電阻特性。
【專利說明】一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件的器件構(gòu)造及制造方法。特別涉及一種改進(jìn)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(M0SFET，下同)的器件溝槽及制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1A所示為美國(guó)專利號(hào)US6，888，196B2的美國(guó)專利中揭示的一種N溝道溝槽MOSFET單元結(jié)構(gòu)。在這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中，η+源區(qū)104具有傳統(tǒng)的特點(diǎn)，即沿著η+源區(qū)104上表面的方向，從溝道區(qū)到溝槽式源體接觸區(qū)106的側(cè)壁之間，η+源區(qū)104具有相同的表面摻雜濃度和相同的結(jié)深。此外，該揭示的N溝道溝槽MOSFET形成于一個(gè)N型外延層102中并位于一個(gè)N+襯底100之上。P型體區(qū)103形成于所述的N型外延層102中，所述的η+源區(qū)104靠近該P(yáng)型體區(qū)103的上表面，并且延伸于溝槽柵105的上部分和臨近的溝槽式源體接觸區(qū)106的側(cè)壁之間。如圖所示，所述的η+源區(qū)104在沿其上表面的方向上具有相同的表面摻雜濃度和相同的結(jié)深(Ds，如圖1A所示)，這與該η+源區(qū)104的形成過程有關(guān)。
[0003]圖1B所示為所述的η+源區(qū)104的制造方法。在經(jīng)過P型離子注入和離子擴(kuò)散形成所述的P型體區(qū)103之后，再經(jīng)由一層源區(qū)掩模(未示出)對(duì)所述P型體區(qū)103的整個(gè)上表面進(jìn)行N型源區(qū)摻雜劑的離子注入并進(jìn)行離子擴(kuò)散。由于所述的P型體區(qū)103的整個(gè)上表面承受了同樣摻雜濃度的N型離子注入和離子擴(kuò)散的步驟，因此所述的η+源區(qū)104在與其上表面等距離處，具有相同的摻雜濃度和相同的結(jié)深。
[0004]上述η+源區(qū)具有的這種摻雜濃度和結(jié)深的均勻分布的特點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致該N溝道溝槽MOSFET在UIS (Unclamped Induetive Switching,非甜位感性開關(guān))測(cè)試中產(chǎn)生失效點(diǎn)，如圖1C所示。該圖為圖1A中所示的N溝道溝槽MOSFET單元結(jié)構(gòu)的η+源區(qū)104和溝槽式源體接觸區(qū)106的俯視圖，Rbe為溝槽式源體接觸區(qū)106到單元拐角處的電阻，Rbe為溝槽式源體接觸區(qū)106到單元邊緣處的電阻。由于溝槽式源體接觸區(qū)106到單元拐角處的距離大于其到單元邊緣處的距離，因而Rb。的阻值大于Rbe的阻值，這就會(huì)導(dǎo)致在nS測(cè)試中在單元拐角處產(chǎn)生失效點(diǎn)。
[0005]因此，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域中，尤其是在溝槽MOSFET器件的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域中，需要提出一種新穎的器件構(gòu)造以解決上述的在溝槽MOSFET單元拐角處產(chǎn)生nS失效點(diǎn)的問題，同時(shí)提高器件的雪崩擊穿特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供了一種改進(jìn)的溝槽MOSFET的制造方法，可以減小器件的尺寸，并且在制造過程中可以節(jié)省源區(qū)掩模版，從而減少制造成本。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，包括:
[0008](I)在第一導(dǎo)電類型的外延層中形成多個(gè)第一類溝槽柵和第二導(dǎo)電類型的體區(qū)；
[0009](2)在所述外延層的上表面淀積一層接觸絕緣層；[0010](3)提供接觸掩模版并在所述的接觸絕緣層中刻蝕形成接觸孔洞；
[0011](4)通過所述的接觸孔洞進(jìn)行多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入，并進(jìn)行離子擴(kuò)散形成源區(qū)；和
[0012](5)沿所述的接觸孔洞的側(cè)壁進(jìn)行硅刻蝕，使其穿過所述的源區(qū)并延伸入所述的體區(qū)。
[0013]根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施例，還包括在刻蝕所述的接觸孔洞進(jìn)入所述的體區(qū)之后，將通過該接觸孔洞進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑離子的離子注入，并通過快速熱退火或爐退火工序激活所摻雜的離子，形成位于所述的體區(qū)中的第二導(dǎo)電類型的體摻雜區(qū)，其大部分載流子濃度大于所述的體區(qū)，并且至少包圍所述的接觸溝槽的底部。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了另一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，包括:
[0015](a)在第一導(dǎo)電類型的襯底上生長(zhǎng)所述第一導(dǎo)電類型的外延層，其中所述的外延層的大部分載流子濃度低于所述襯底；
[0016](b)在所述外延層的上表面提供溝槽掩模版，并刻蝕所述外延層形成多個(gè)柵溝槽；
[0017](C)在所述的多個(gè)柵溝槽的內(nèi)表面生長(zhǎng)犧牲氧化層，并通過移除該犧牲氧化層來消除在刻蝕過程中引入的缺陷；
[0018](d)在所述多個(gè)溝槽柵的內(nèi)表面淀積一層氧化層作為柵極氧化層；
[0019](e)在所述的柵極氧化層上方淀積摻雜的多晶硅層，通過回刻該多晶硅層和柵極氧化層，形成位于有源區(qū)的多個(gè)第一類溝槽柵、位于柵接觸區(qū)的至少一個(gè)第二類寬溝槽柵和位于終端區(qū)的多個(gè)第三類懸浮的溝槽柵；
[0020](f)對(duì)所述的外延層進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑離子的離子注入和擴(kuò)散，形成體區(qū)；
[0021](g)在所述的外延層的上表面淀積一層接觸絕緣層；
[0022](h)在所述接觸絕緣層上方提供接觸掩模版，并刻蝕所述的接觸絕緣層形成多個(gè)接觸孔洞；
[0023](i)通過該多個(gè)接觸孔洞進(jìn)行多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入并進(jìn)行離子擴(kuò)散形成源區(qū)；
[0024](j)沿側(cè)壁繼續(xù)刻蝕所述的多個(gè)接觸孔洞使其向下分別延伸入所述的體區(qū)和所述的第二類寬溝槽柵；和
[0025](k)對(duì)所述的多個(gè)接觸孔洞進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入，并進(jìn)行快速熱退火或爐退火工序激活該離子，形成體接觸區(qū)。
[0026]根據(jù)一些優(yōu)選的實(shí)施例，其中所述的多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入包括至少兩種角度，該兩種角度相對(duì)于所述的外延層上表面的垂線在5° -30°之間。更優(yōu)選地，其中所述的多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入包括零角度，該零角度是相對(duì)于所述外延層上表面的垂線的角度。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體功率器件，由工藝步驟(1)-(5)制得。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體功率器件，由工藝步驟(a)-(k)制得。
[0029]本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以在不使用源區(qū)掩模版的條件下對(duì)源區(qū)進(jìn)行離子注入，由此可以降低制造成本。
[0030]本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由本發(fā)明的方法形成的源區(qū)可以有效降低源區(qū)的寄生電阻。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]本發(fā)明的這些和其他實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)將通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明如后，其中:
[0032]圖1A為現(xiàn)有技術(shù)揭示的溝槽MOSFET的剖視圖。
[0033]圖1B為圖1A所揭示的溝槽MOSFET的源區(qū)制造方法。
[0034]圖1C為圖1A所揭示的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0035]圖2A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的源區(qū)制造方法。
[0036]圖2B為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0037]圖2C為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0038]圖3A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的剖視圖，也是圖2B或圖2C中的俯視圖沿X1-X/方向的剖視圖。
[0039]圖3B為圖3A中所揭示的溝槽式源體接觸區(qū)和溝道區(qū)到源區(qū)表面的距離和源區(qū)多數(shù)載流子摻雜濃度之間的曲線關(guān)系。
[0040]圖3C為圖2B或圖2C中沿X2X2’方向的剖視圖。
[0041]圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的剖視圖。
[0042]圖5為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的剖視圖。
[0043]圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的剖視圖。
[0044]圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的剖視圖。
[0045]圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的剖視圖。
[0046]圖9A為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0047]圖9B為圖9A中沿A1B1C1D1方向的剖視圖。
[0048]圖1OA為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0049]圖1OB為圖1OA中沿A2-B2C2D2方向的剖視圖。
[0050]圖1OC為圖1OA中沿E-F-G方向的剖視圖。
[0051]圖1lA為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0052]圖1lB為圖1lA中部分區(qū)域放大圖。
[0053]圖1lC為圖1lB中沿H-H’方向的剖視圖。
[0054]圖12為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0055]圖13為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0056]圖14A為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0057]圖14B為圖14A中沿1-J-K-L方向的剖視圖。
[0058]圖14C為圖14A中沿M-M’方向的剖視圖。
[0059]圖15為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖。
[0060]圖16A-16D為根據(jù)圖1OB所示的本發(fā)明實(shí)施例的溝槽MOSFET制作過程的剖視圖。
[0061]圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的源區(qū)制造方法?！揪唧w實(shí)施方式】
[0062]下面參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是本發(fā)明不局限于在此所述的實(shí)施例。例如，這里的說明更多地引用N溝道的半導(dǎo)體集成電路，但是很明顯其他器件也是可能的。下文是通過參考各個(gè)附圖來對(duì)實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。一些方向術(shù)語，例如“頂部”、“底部”、“前”、“后”、“上方”、“下方”等，是參考各個(gè)附圖的方向進(jìn)行描述的。由于實(shí)施例中的元件可以被放置在許多不同的方向，因此，本發(fā)明中的方向術(shù)語只是用于描述而不能被視為對(duì)本發(fā)明的限制。應(yīng)該理解的是，實(shí)施例中各種結(jié)構(gòu)或者邏輯上的替代和修改都應(yīng)該被涵蓋在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)。因此，以下的詳細(xì)描述不能被視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的涵蓋范圍由權(quán)利要求界定。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明中所描述的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的技術(shù)特征可以相互結(jié)合，有特別說明的除外。
[0063]圖2A揭示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的溝槽MOSFET中源區(qū)的制造方法，與圖1B對(duì)照可知，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的溝槽MOSFET中的源區(qū)的離子注入過程不是位于體區(qū)的全部上表面上方，而是在位于體區(qū)中央的部分上表面的上方，之后再進(jìn)行源區(qū)摻雜劑離子的橫向和縱向擴(kuò)散。
[0064]圖2B和2C分別為根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的溝槽MOSFET單元結(jié)構(gòu)的俯視圖，其不同之處在于源區(qū)摻雜劑離子橫向擴(kuò)散的程度和范圍不同。
[0065]圖3A揭示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的有源區(qū)(active area)的剖視圖。該圖同時(shí)也示出了圖2B或圖2C所示俯視圖的X1-X/方向的剖視圖。根據(jù)該優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET形成于N型外延層301中，且位于N+襯底300之上，同時(shí)該襯底的下表面襯有漏金屬390，其優(yōu)選地為Ti/Ni/Ag。在所述的N型外延層301中，形成有多個(gè)第一類溝槽柵310，其優(yōu)選地可以由摻雜的多晶硅層形成，且襯有一層?xùn)艠O氧化層320。P型體區(qū)304位于每?jī)蓚€(gè)相鄰的第一類溝槽柵310之間，其中，靠近所述的P型體區(qū)304的上表面，形成有η+源區(qū)308。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，從溝槽式源體接觸區(qū)314的側(cè)壁到臨近的溝道區(qū)之間，該η+源區(qū)308的大部分載流子的濃度沿其上表面方向呈現(xiàn)高斯分布的特點(diǎn)。其中，所述的溝槽式源體接觸區(qū)314填充以金屬插塞且襯有一層勢(shì)壘層316，其中所述的金屬插塞可以優(yōu)選地為鎢插塞315，所述的勢(shì)壘層316可以優(yōu)選地為Ti/TiN或者Co/TiN或者Ta/TiN0該溝槽式源體接觸區(qū)314穿過一層接觸絕緣層和所述的η+源區(qū)308并延伸入所述的P型體區(qū)304中，其中所述的接觸絕緣層優(yōu)選地包括:一層未摻雜的SRO(Silicon RichOxide,富氧娃)層 33O-1 ;和一M BPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass,硼憐娃玻璃)層或PSG (Phosphorus Silicon Glass,磷娃玻璃)層330-2。值得注意的是,所述的溝槽式源體接觸區(qū)314具有垂直的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，即其側(cè)壁與所述的η+源區(qū)308上表面之間的夾角為90° ±5°，但是其在所述的BPSG或PSG層330-2中的溝槽寬度大于位于其他部分的溝槽寬度，這樣會(huì)提高所述的溝槽式源體接觸區(qū)314與源金屬340之間的接觸特性。在所述的溝槽式源體接觸區(qū)314下方，形成有一個(gè)ρ+體接觸區(qū)317，其位于所述的P型體區(qū)304中，且至少包圍所述的溝槽式源體接觸區(qū)314的底部，以降低所述的鎢插塞315和所述的P型體區(qū)304之間的接觸電阻。此外，所述的接觸絕緣層上方形成有一層降阻層318，其優(yōu)選地為Ti或者Ti/TiN。同時(shí)，在該降阻層318上方，形成源金屬340以與所述的鎢插塞315之間形成電氣接觸，并且該源金屬340優(yōu)選地為Al合金或Cu。[0066]圖3B分別示出了圖3A中N溝道溝槽MOSFET的溝槽式源體接觸區(qū)314和溝道區(qū)到η+源區(qū)308表面的距離和源區(qū)大部分載流子摻雜濃度之間的曲線關(guān)系。其中η+代表η+源區(qū)308，P代表P型體區(qū)304，ρ+代表ρ+體接觸區(qū)317。圖3C示出了圖2Β或圖2C中的俯視圖沿X2-X2’方向的剖視圖。在單元拐角處，η區(qū)域328的大部分載流子濃度低于η+源區(qū)308，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，耐壓增大，從而進(jìn)一步提高了溝槽MOSFET的雪崩擊穿特性。
[0067]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的有源區(qū)的一個(gè)剖視圖，其與圖3Α所示的優(yōu)選的實(shí)施例有相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，在圖4中每個(gè)溝槽式源體接觸區(qū)414只在BPSG或PSG層430-2中具有垂直的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，而在未摻雜的SRO層430-1、η+源區(qū)408和在P型體區(qū)404中都具有傾斜的側(cè)壁結(jié)構(gòu)。通過采用這樣的傾斜的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，增大了 P+體接觸區(qū)417與所述的溝槽式源體接觸區(qū)414之間的接觸面積，從而進(jìn)一步降低了鎢插塞415與所述的P型體區(qū)404之間的接觸電阻，提高了雪崩擊穿特性。
[0068]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的有源區(qū)的一個(gè)剖視圖，其與圖4所示的優(yōu)選的實(shí)施例有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，在圖5中所述的溝槽式源體接觸區(qū)514僅在P型體區(qū)504中具有傾斜的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，而在η+源區(qū)508和未摻雜的SRO層530-1中都具有垂直的側(cè)壁結(jié)構(gòu)，采取這樣的側(cè)壁結(jié)構(gòu)可以在有效增大ρ+體接觸區(qū)517與所述的溝槽式源體接觸區(qū)514之間接觸面積的同時(shí)，避免在所述的η+源區(qū)中引入其他的摻雜劑離子從而保證良好的源區(qū)接觸特性。
[0069]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的有源區(qū)的一個(gè)剖視圖，其與圖3Α所示的優(yōu)選的實(shí)施例有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，在圖6中所述的溝槽式源體接觸區(qū)614中的金屬插塞優(yōu)選地為源金屬640，并襯有一層勢(shì)壘層616。
[0070]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的有源區(qū)的一個(gè)剖視圖，其與圖4所示的優(yōu)選的實(shí)施例有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，在圖7中所述的溝槽式源體接觸區(qū)714中的金屬插塞優(yōu)選地為源金屬740，并襯有一層勢(shì)壘層716。
[0071]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的有源區(qū)的一個(gè)剖視圖，其與圖5所示的優(yōu)選的實(shí)施例有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于，在圖8中所述的溝槽式源體接觸區(qū)814中的金屬插塞優(yōu)選地為源金屬840，并襯有一層勢(shì)壘層816。
[0072]圖9Α示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖，其具有由封閉單元結(jié)構(gòu)(正方形或矩形單元結(jié)構(gòu))構(gòu)成的有源區(qū)和由多個(gè)懸浮溝槽柵構(gòu)成的終端區(qū)。其沿A1-B1-C1-D1方向的剖視圖如圖9Β所示。該剖視圖包括:有源區(qū)、柵接觸區(qū)和終端區(qū)。其中，有源區(qū)的結(jié)構(gòu)采用圖3Α中所示的實(shí)施例，包括多個(gè)第一類溝槽柵350。柵接觸區(qū)位于所述的有源區(qū)和所述的終端區(qū)之間，包括至少一個(gè)第二類寬溝槽柵354，其寬度和深度都大于所述的第一類溝槽柵350。所述的第一類溝槽柵350都通過所述的第二類寬溝槽柵354由溝槽式柵接觸區(qū)359中的鎢插塞360連接至柵金屬362。終端區(qū)包括多個(gè)第三類懸浮的溝槽柵352，其具有懸浮的電壓且周圍環(huán)繞有不包括η+源區(qū)的P型體區(qū)364，同時(shí)所述的第三類懸浮的溝槽柵352的寬度和深度都等于或大于所述的第一類溝槽柵350。其中，所述的第一類溝槽柵350、第二類寬溝槽柵354和第三類懸浮的溝槽柵352都優(yōu)選地由摻雜的多晶硅層形成并襯有一層?xùn)艠O氧化層353。
[0073]圖1OA示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖，其具有由封閉單元結(jié)構(gòu)(正方形或矩形)構(gòu)成的有源區(qū)和由多個(gè)懸浮溝槽柵構(gòu)成的終端區(qū)。其沿A2-B2-C2-D2方向的剖視圖如圖1OB所示。該剖視圖包括:有源區(qū)、柵接觸區(qū)和終端區(qū)。與圖9B相比的不同之處在于，圖1OB中所述的N溝道溝槽MOSFET還包括一個(gè)第四類溝槽柵440，其位于所述的有源區(qū)邊緣，作用在于阻止位于有源區(qū)邊緣的η+源區(qū)(如圖1OB所示)的過度橫向擴(kuò)散，從而提高器件的雪崩擊穿特性。此外，所述的第四類溝槽柵440通過位于一個(gè)溝槽式邊緣接觸區(qū)441中的鎢插塞446而短接至源金屬442。圖1OC示出了圖1OA中沿E-F-G方向的剖視圖，根據(jù)圖1OB和圖1OC可以看出，位于有源區(qū)和靠近柵接觸區(qū)的P型體區(qū)443都短接至源金屬442，而位于所述的終端區(qū)中的P型體區(qū)443’具有懸浮的電壓。
[0074]圖1lA示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖，圖1lB示出了根據(jù)圖1lA中有源區(qū)的優(yōu)選的放大示意圖，同時(shí)，圖1lB中沿Η-Η’界面的剖視圖如圖1lC所示。結(jié)合圖11Α、圖1lB和圖1IC可以看出，該溝槽MOSFET的有源區(qū)中包括:Α類溝槽式源體接觸區(qū)和B類溝槽式源體接觸區(qū)，其中A類溝槽式源體接觸區(qū)的溝槽寬度小于B類溝槽式源體接觸區(qū)(Α類和B類溝槽式源體接觸區(qū)的個(gè)數(shù)根據(jù)具體的實(shí)施例確定)。因此，在圖1IC中，位于所述的B型溝槽式源體接觸區(qū)下方的ρ+體接觸區(qū)497的橫向?qū)挾却笥谖挥谒龅腁型溝槽式源體接觸區(qū)下方的ρ+體接觸區(qū)497’的橫向?qū)挾?，進(jìn)而ρ+體接觸區(qū)497比497’更靠近位于有源區(qū)的第一類溝槽柵498。因此，將包含所述的B型溝槽式源體接觸區(qū)的單元作為緩沖單元，其Vth (閾值電壓)必然大于包含所述的A型溝槽式源體接觸區(qū)的普通單元，這是由于當(dāng)提供柵極電壓偏置時(shí)，由于P+體接觸區(qū)497更接近溝道區(qū)，緩沖單元就不會(huì)被首先開啟。
[0075]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖，其具有由帶狀單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的有源區(qū)和由多個(gè)懸浮溝槽柵構(gòu)成的終端區(qū)，其中位于有源區(qū)中的溝槽式源體接觸區(qū)具有相同的溝槽寬度。圖13示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖，其具有由帶狀單元結(jié)構(gòu)構(gòu)成的有源區(qū)和由多個(gè)懸浮溝槽柵構(gòu)成的終端區(qū)，其中靠近有源區(qū)邊緣的溝槽式源體接觸區(qū)的溝槽寬度最大。
[0076]圖14Α示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的俯視圖，其沿1-J-K-L方向的剖視圖如圖14Β所示，其沿Μ-Μ’截面的剖視圖如圖14C所示。結(jié)合圖14Β與圖14C可以看出，與圖9Β相比，根據(jù)該實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET中位于有源區(qū)和柵接觸區(qū)之間的P型體區(qū)620不是通過溝槽式源體接觸區(qū)短接至源金屬621，而是具有懸浮的電壓。
[0077]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的溝槽MOSFET的俯視圖，與圖14Α有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于圖14Α所示的溝槽MOSFET的有源區(qū)具有封閉的單元結(jié)構(gòu)，而圖15中所示的溝槽MOSFET具有帶狀的單元結(jié)構(gòu)。
[0078]圖16Α至圖16D為制造圖1OB所示的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的制造方法和步驟。如圖16Α所示，首先，N型外延層435形成于N+襯底436之上，其中，所述的N+襯底436的大部分載流子濃度高于所述的N型外延層435。之后，在所述的N型外延層435的上表面提供一層溝槽掩模版(未不出)，根據(jù)該溝槽掩模版的定義，在所述的N型外延層435中刻蝕形成多個(gè)柵溝槽(437-1-437-4)并至一定的深度。然后，形成一層犧牲氧化層(未示出)并通過去除該犧牲氧化層來消除刻蝕柵溝槽的過程中可能引入的缺陷。接著，在所有柵溝槽(437-1-437-4)的內(nèi)表面和N型外延層435的上表面形成一層氧化層并在其上淀積一層摻雜的多晶硅用來填充柵溝槽。之后，通過CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)或等離子刻蝕移除位于N型外延層435表面的氧化層和摻雜的多晶娃,使其填充于柵溝槽中用來形成柵極氧化層438和多個(gè)溝槽柵，其中所述的多個(gè)溝槽柵包括:多個(gè)第一類溝槽柵439-1，至少一個(gè)第二類寬溝槽柵439-2，第三類懸浮的溝槽柵439-3和第四類溝槽柵440。接著，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的上方進(jìn)行P型體區(qū)摻雜劑離子的離子摻雜和離子擴(kuò)散以形成P型體區(qū)443和443’，其中P型體區(qū)443’位于終端區(qū)。
[0079]在圖16B中，首先在圖16A中的結(jié)構(gòu)的上表面先后淀積一層未摻雜的SRO層444-1和一層BPSG或PSG層444-2。之后,提供一層接觸掩模版(未不出)，根據(jù)該接觸掩模版的定義，先后刻蝕所述的BPSG或PSG層444-2、所述的未摻雜的SRO層444-1，形成多個(gè)接觸孔洞(445-1-445-3)。接著，移除所述的接觸掩模版，沿所述的多個(gè)接觸孔洞(445-1-445-3)的內(nèi)表面和所述的BPSG或PSG層444-2的上表面淀積一層厚度約為300A的屏蔽氧化層(screen oxide，未示出)。然后，進(jìn)行η+源區(qū)摻雜劑離子的離子注入通過接觸孔洞進(jìn)入P型體區(qū)，并進(jìn)行離子擴(kuò)散以形成η+源區(qū)448。
[0080]在圖16C中，先通過干法或濕法的氧化層刻蝕移除所述的屏蔽氧化層，再對(duì)所述的多個(gè)接觸孔洞沿其側(cè)壁進(jìn)行干法硅刻蝕，使得:接觸孔洞445-1進(jìn)一步穿過所述的η+源區(qū)448而延伸入P型體區(qū)；接觸孔洞445-2延伸入所述的第四類溝槽柵440 ;接觸孔洞445-3延伸入所述的第二類寬溝槽柵439-2。之后，進(jìn)行BF2離子注入以形成ρ+體接觸區(qū)447，并通過快速熱退火或爐退火工序以激活該摻雜的離子。
[0081]在圖16D中，現(xiàn)在稀HF氛圍中進(jìn)行濕法刻蝕，擴(kuò)大所述的多個(gè)接觸孔洞(445-1-4453，如圖16C所示)位于所述的BPSG或PSG層4442中的寬度。然后，在所述的多個(gè)接觸孔洞(445-1-445-3，如圖16C所示)的內(nèi)表面和所述的BPSG或PSG層444-2的上表面淀積一層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN作為勢(shì)壘層(未示出)，并在其上淀積金屬鎢449，之后，通過回刻該金屬鎢和勢(shì)壘層，使二者位于所述的多個(gè)接觸孔洞中(445-1-445-3，如圖16C所示)，分別形成:溝槽式源體接觸區(qū)450、溝槽式邊緣接觸區(qū)441和溝槽式柵接觸區(qū)451。接著，在所形成的結(jié)構(gòu)的上表面淀積一層降阻層Ti或Ti/TiN(未示出)，并在其上淀積金屬層Al合金或銅，通過金屬掩模版(未示出)的定義刻蝕該金屬層和降阻層，使其形成源金屬442和柵金屬452。最后，對(duì)N+襯底436的下表面進(jìn)行研磨并淀積形成漏金屬453。
[0082]圖17示出了一個(gè)制作η+源區(qū)更優(yōu)選的方法，其包括通過所述的接觸孔洞進(jìn)行η+源區(qū)摻雜劑離子的多角度的離子注入并進(jìn)行離子擴(kuò)散，其中所述的多角度包括零角度和至少兩個(gè)傾斜角度的離子注入，并且相對(duì)于所述外延層435’的上表面的垂線，該傾斜角度的范圍在5° -30°之間。通過這種多角度的離子注入形成的η+源區(qū)448’，其到臨近的溝道區(qū)的橫向濃度增加，進(jìn)而降低了位于η+源區(qū)448’的寄生電阻的大小。
[0083]盡管在此說明了各種實(shí)施例，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可以對(duì)本發(fā)明作出各種修改。例如，可以用本發(fā)明的方法形成其導(dǎo)電類型與文中所描述的相反的導(dǎo)電類型的各種半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)構(gòu)，但所作出的修改應(yīng)包涵在本發(fā)明要求保護(hù)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，包括: 在第一導(dǎo)電類型的外延層中形成多個(gè)第一類溝槽柵和第二導(dǎo)電類型的體區(qū)； 在所述外延層的上表面淀積一層接觸絕緣層； 提供接觸掩模版并在所述的接觸絕緣層中刻蝕形成接觸孔洞； 通過所述的接觸孔洞進(jìn)行多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入，并進(jìn)行離子擴(kuò)散形成源區(qū)；和 沿所述的接觸孔洞的側(cè)壁進(jìn)行硅刻蝕，使其穿過所述的源區(qū)并延伸入所述的體區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括在刻蝕所述的接觸孔洞進(jìn)入所述的體區(qū)之后，將通過該接觸孔洞進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑離子的離子注入，并通過快速熱退火或爐退火工序激活所摻雜的離子，形成位于所述的體區(qū)中的第二導(dǎo)電類型的體摻雜區(qū)，其大部分載流子濃度大于所述的體區(qū)，并且至少包圍所述的接觸溝槽的底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括在所述的接觸孔洞內(nèi)淀積形成勢(shì)壘層和金屬插塞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，其中所述的多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入包括至少兩種角度，該兩種角度相對(duì)于所述的外延層上表面的垂線在5° -30°之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，其中所述的多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入包括零角度，該零角度相對(duì)于所述外延層上表面的垂線的角度。
6.一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，包括: 在第一導(dǎo)電類型的襯底上生長(zhǎng)所述第一導(dǎo)電類型的外延層，其中所述的外延層的大部分載流子濃度低于所述襯底； 在所述外延層的上表面提供溝槽掩模版，并刻蝕所述外延層形成多個(gè)柵溝槽； 在所述的多個(gè)柵溝槽的內(nèi)表面生長(zhǎng)犧牲氧化層，并通過移除該犧牲氧化層來消除在刻蝕過程中引入的缺陷； 在所述多個(gè)溝槽柵的內(nèi)表面淀積一層氧化層作為柵極氧化層； 在所述的柵極氧化層上方淀積摻雜的多晶硅層，通過回刻該多晶硅層和柵極氧化層，形成位于有源區(qū)的多個(gè)第一類溝槽柵、位于柵接觸區(qū)的至少一個(gè)第二類寬溝槽柵和位于終端區(qū)的多個(gè)第三類懸浮的溝槽柵； 對(duì)所述的外延層進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑離子的離子注入和擴(kuò)散，形成體區(qū)； 在所述的外延層的上表面淀積一層接觸絕緣層； 在所述接觸絕緣層上方提供接觸掩模版，并刻蝕所述的接觸絕緣層形成多個(gè)接觸孔洞； 通過該多個(gè)接觸孔洞進(jìn)行多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入并進(jìn)行離子擴(kuò)散形成源區(qū)； 沿側(cè)壁繼續(xù)刻蝕所述的多個(gè)接觸孔洞使其向下分別延伸入所述的體區(qū)和所述的第二類寬溝槽柵；和 對(duì)所述的多個(gè)接觸孔洞進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入，并進(jìn)行快速熱退火或爐退火工序激活該離子，形成體接觸區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，還包括在所述的多個(gè)接觸孔洞內(nèi)淀積形成勢(shì)壘層和金屬插塞。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，其中所述的多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入包括至少兩種角度，該兩種角度相對(duì)于所述的外延層上表面的垂線在5° -0°之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，其中所述的多角度的第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入包括零角度，該零角度相對(duì)于所述外延層上表面的垂線的角度。
10.一種半導(dǎo)體功率器件，由權(quán)利要求1制得。
11.一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，由權(quán)利要求6制得。
【文檔編號(hào)】H01L21/336GK103681348SQ201310308826
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2009年7月8日
【發(fā)明者】謝福淵 申請(qǐng)人:力士科技股份有限公司