專利名稱：功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有降低導通電阻值且具備有減少電流快速反向(snap-back)及增加耐雪崩擊穿(avalanche breakdown)電流能力的溝渠式功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(Trenchpower MOSFET)裝置及其制造方法，且更特定地，涉及一種雙溝渠式閘極功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置，其具有優異品質及高度可靠性，可降低導通電阻值及提高耐雪崩擊穿電流。
背景技術：
功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(下文中簡稱為功率MOSFET)裝置為了取得低的導通電阻值(RDSON)，大多采取溝渠式技術，尤其為使信道電阻值(Rch)、磊晶層電阻值(Repi)及接面電阻值(Rj)降低以獲得更低的導通電阻值，常采用雙溝渠式閘極的設計。然而，溝渠式功率MOSFET裝置在制造上往往會遇到溝渠側壁上氧化物分布無法精確控制橫向定位的問題，因而造成氧化物分布不均勻，甚至常因溝渠側壁上欠缺氧化物而發生短路或大量泄漏電流的現象。如圖1中所示的公知的溝渠式MOSFET裝置中，在溝渠底部呈直角狀的轉角部因為硅(Si)轉換成二氧化硅(SiO2)體積增加使得該處的氧化物形成更薄而導致高電場密度增加，因而降低該MOSFET裝置之可靠性。Jongdae Kim等人于2001年12月號的″IEEE ELECTRON DEVICE LETTER″第22冊12號中揭示了一種″利用自我對準技術及氫氣退火的高可靠度溝渠式DMOSFET(A Highly Reliable Trench DMOSFET EmployingSelf-Align Technique and Hygrogen Annealing)″，其中描述了利用氫氣退火以使溝渠底部形成轉圓角來克服上述問題，如圖2中符號A所示。該裝置雖可以用自我對準技術來減少制造步驟及利用轉圓角來改善漏電，但在磊晶層中的電流仍集中在雙閘極的正下方，使阱層下方的電流信道狹窄及不均勻，致導通電阻值無法進一步降低，尤其在防止電流快速反向及雪崩擊穿上并無任何改進。
在公知的功率MOSFET裝置(以N信道為例，未圖式)中，為使導通電阻值(RDSON)降低，常在源極接觸區增加一摻雜高濃度P+的栓塞(plug)用來降低接觸電阻值(Rc)，但由于該P+栓塞與源極N+摻雜區處于同一水平而當反向漏電電流產生時使該反向漏電電流從N-磊晶層流過該P-阱及P+栓塞到源極，而在P-阱與P+栓塞間產生電壓降，當此電壓降大于0.6伏特時，會使PN寄生二極管導通而產生大量反向漏電電流，以致發生電流快速反向的現象，且該大量漏電流一般集中在P阱與N-磊晶層的接口處，造成雪崩擊穿的電流，使該接口處產生高溫，使該功率MOSFET裝置損壞。
因此，有必要設計出一種溝渠式功率MOSFET裝置，其除了可利用自我對準技術制造來減少生產步驟外，同時還須具備減少電流快速反向及提高耐雪崩擊穿電流能力的溝渠式功率MOSFET裝置，使該裝置之品質及可靠性大幅提高，進而使該裝置可適應電路上各種瞬間電源電壓不穩定情況下的變化。
發明內容
為解決上述公知技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種自我對準溝渠式功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置，其除了具有低的導通電阻值之外，尚具備減少電流快速反向及增加耐雪崩擊穿電流的能力為實現上述目的，本發明提供一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置，該裝置包含一汲極，由一離子布植有第一導電型重摻雜物的硅基板形成；一磊晶層，形成于上述硅基板之上，離子布植有第一導電型微摻雜物；一阱層，形成于上述磊晶層之上，離子布植有第二導電型微摻雜物；一源極接觸區，形成于上述阱層之上，由離子布植第一導電型重摻雜物而形成；以及兩個溝渠式閘極，依靠光罩利用光刻技術蝕刻上述源極接觸區、上述阱層，直到上述磊晶層而形成，在上述溝渠的側壁形成氧化物并在上述溝渠內沉積多晶硅，該裝置還包括一栓塞，用上述溝渠式閘極作為光罩，通過蝕刻部分的源極接觸區至上述阱層上部，利用自我對準方式在上述阱層上部離子布植一第二導電型重摻雜物而形成，上述栓塞在上述經蝕刻的部分源極接觸區的正下方直到上述阱層之內，上述栓塞與上述源極接觸區并未在同一水平上。
本發明還提供一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置的制造方法，包含下列步驟a.提供一離子布植有第一導電型重摻雜的硅基板作為汲極；b.在上述硅基板之上磊晶地形成一磊晶層，并離子布植第一導電型微摻雜物；c.在上述磊晶層上形成一阱層，上述阱層離子布植第二導電型的微摻雜物；d.在上述阱層上形成一源極接觸區，上述源極接觸區離子布植第一導電型重摻雜物；以及
e.依靠光罩利用光刻技術蝕刻上述源極接觸區和上述阱層，直到上述磊晶層，形成兩個溝渠，在上述溝渠的側壁上形成氧化物，且在上述溝渠內沉積多晶硅而形成閘極，該方法還包括，用上述溝渠式閘極作為光罩，蝕刻部分的源極接觸區至上述阱層上部，利用自我對準方式在上述該阱層的上部，離子布植第二導電型重摻雜物而形成一栓塞，上述栓塞在上述經蝕刻的部分源極接觸區的正下方直到上述阱層之內，且上述栓塞與上述源極接觸區并未在同一水平上。
圖1為描繪公知技術的溝渠式功率MOSFET裝置概括結構示意圖；圖2為描繪公知技術的雙閘極功率MOSFET裝置概括結構示意圖；圖3a至圖3g為根據本發明的功率MOSFET裝置的制造步驟示意圖。
具體實施例方式
如圖3a至圖3g中所示，為本發明自我對準溝渠式功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置實施例的制造步驟，其中將以N信道型為例予以說明，相同的組件符號將代表相同的組件。
如圖3a中所示，提供一N+的第一導電型重摻雜硅基板1，該硅基板1作為該功率MOSFET裝置的汲極，其下方表面可電鍍一導電金屬作為汲極接點(未圖示)，首先，在該基板1上磊晶地形成一磊晶層2，然后，將一第一導電型微摻雜物離子布植形成N-磊晶層2，接著，在該N-磊晶層上成長一阱層3，該阱層3是使用離子布植一第二導電型之微摻雜物(P-)形成；在圖3b中，顯示一源極接觸區4，其形成于該阱層3之上通過離子布植一第一導電型重摻雜物(N+)形成；然后，在第3c圖中，使用一光罩，利用光刻技術蝕刻該源極接觸區4和該阱層3，直至該磊晶層2中，形成如圖3c所示的兩個溝渠；接著，在圖3d中，去除在該光刻技術中所涂覆的光罩材料，再在上述溝渠的側壁沉積閘極氧化物(如二氧化硅)，形成絕緣間隔物，然后在上述溝渠內沉積多晶硅而形成閘極5。
在圖3e中，在該閘極5上方沉積BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)絕緣物，且在該處涂覆光罩材料(PR)而利用光刻技術蝕刻該兩閘極間之部分的源極接觸區4至阱層3上部，然后去除光罩材料(PR)；在圖3f中，用上述閘極5當作光罩，利用自我對準方式在該經蝕刻的部分源極接觸區正下方直到該阱層3之內，離子布植一第二導電型重摻雜物，形成一P+栓塞6，其中該P+栓塞6與該N+源極接觸區4的水平上不同；然后在圖3g中，在該裝置上方電鍍一諸如鋁(Al)的源極金屬7而形成接觸該P+栓塞6的源極接點。
如上所述，根據本發明的觀點，在該N+源極接觸區4布植有P+的栓塞，可有效地降低源極接觸電阻值(Rc)而使導通電阻值(RDSON)降低，且由于該P+栓塞6與該N+源極接觸區4之水平上不同以及該栓塞6深入該阱層3之內，不易造成該阱層3、該栓塞6與該源極接觸區4間寄生二極管的導通，故可防止電流快速反向，且因該栓塞6深入該阱層3之內，使導通電阻RDSON變得更小而提升雪崩擊穿電壓。
雖然上述說明是通過N-信道功率MOSFET裝置來加以描述的，但本發明亦可適用于P-信道功率MOSFET裝置，其中僅須將P改為N，以及將N改為P即可。
權利要求
1.一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置，該裝置包含一汲極，由一離子布植有第一導電型重摻雜物的硅基板形成；一磊晶層，形成于上述硅基板之上，離子布植有第一導電型微摻雜物；一阱層，形成于上述磊晶層之上，離子布植有第二導電型微摻雜物；一源極接觸區，形成于上述阱層之上，由離子布植第一導電型重摻雜物而形成；以及兩個溝渠式閘極，依靠光罩利用光刻技術蝕刻上述源極接觸區、上述阱層，直到上述磊晶層而形成，在上述溝渠的側壁形成氧化物并在上述溝渠內沉積多晶硅，其特征在于該裝置還包括一栓塞，用上述溝渠式閘極作為光罩，通過蝕刻部分的源極接觸區至上述阱層上部，利用自我對準方式在上述阱層上部離子布植一第二導電型重摻雜物而形成，上述栓塞在上述經蝕刻的部分源極接觸區的正下方直到上述阱層之內，上述栓塞與上述源極接觸區并未在同一水平上。
2.一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置的制造方法，包含下列步驟a.提供一離子布植有第一導電型重摻雜的硅基板作為汲極；b.在上述硅基板之上磊晶地形成一磊晶層，并離子布植第一導電型微摻雜物；c.在上述磊晶層上形成一阱層，上述阱層離子布植第二導電型的微摻雜物；d.在上述阱層上形成一源極接觸區，上述源極接觸區離子布植第一導電型重摻雜物；以及e.依靠光罩利用光刻技術蝕刻上述源極接觸區和上述阱層，直到上述磊晶層，形成兩個溝渠，在上述溝渠的側壁上形成氧化物，且在上述溝渠內沉積多晶硅而形成閘極，其特征在于該方法還包括，用上述溝渠式閘極作為光罩，蝕刻部分的源極接觸區至上述阱層上部，利用自我對準方式在上述該阱層的上部，離子布植第二導電型重摻雜物而形成一栓塞，上述栓塞在上述經蝕刻的部分源極接觸區的正下方直到上述阱層之內，且上述栓塞與上述源極接觸區并未在同一水平上。
全文摘要
本發明提供一種功率金屬氧化物半導體場效應晶體管裝置，該裝置包含一汲極，由硅基板形成；一磊晶層，形成于上述硅基板之上；一阱層，形成于上述磊晶層之上；一源極接觸區，形成于上述阱層之上；以及兩個溝渠式閘極，利用光刻技術蝕刻上述源極接觸區、上述阱層，直到上述磊晶層而形成，在上述溝渠的側壁形成氧化物并在上述溝渠內沉積多晶硅，該裝置還包括一栓塞，用上述溝渠式閘極作為光罩，通過蝕刻部分的源極接觸區至上述阱層上部，利用自我對準方式在上述阱層上部離子布置一第二導電型重摻雜物而形成，上述栓塞在上述經蝕刻的部分源極接觸區的正下方直到上述阱層之內，上述栓塞與上述源極接觸區并未在同一水平上。
文檔編號H01L29/786GK1527403SQ0310519
公開日2004年9月8日 申請日期2003年3月6日 優先權日2003年3月6日
發明者涂高維, 簡鳳佐, 貢中元 申請人:華瑞股份有限公司