專利名稱：功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有減少反向漏電流急變現(xiàn)象的發(fā)生并提高耐雪崩崩潰電流(avalanche breakdown current)能力的功率MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管)裝置及其制造方法，且特別涉及一種平面技術(shù)式功率MOSFET裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1(a)至圖1(h)顯示了常見的平面技術(shù)的功率MOSFET裝置的制造步驟。其中圖1(a)顯示了成長場氧化物3在N-磊晶層(EPI)2上的步驟，該N-磊晶層形成在N+基板1上。圖1(b)顯示了蝕刻該場氧化物3及執(zhí)行門極氧化物4的形成步驟。圖1(c)顯示多晶硅層5沉積的步驟。圖1(d)顯示執(zhí)行多晶硅層光罩遮覆及多晶硅層蝕刻而形成多晶硅門極，以及布植P-摻雜物及驅(qū)入該P(yáng)-摻雜物而形成P+阱6，即形成P-通道區(qū)6的步驟。圖1(e)顯示施加P+摻雜物的光罩遮覆及布植P+摻雜物而形成P+阱7的步驟。圖1(f)顯示施加N+摻雜物的光罩遮覆及布植N+摻雜物8而形成源極接觸區(qū)的步驟。圖1(g)顯示沉積BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)9的步驟。圖1(h)顯示使用源極接點金屬化10及處理晶圓背面接點為汲極接點11的步驟。
在由常見的制造步驟所制成的上述功率MOSFET裝置中，當(dāng)該裝置為關(guān)閉(OFF)而反向漏電流在P-阱，即P-通道區(qū)6中流動時，由于N+及P+阱8及9的電位相同(因源極電位相同)，且因該阱P-為微摻雜區(qū)，因此該反向漏電流會從N-磊晶層2流過P-阱6及P+阱7到源極(8，10)而將在P-阱6及P+阱7的區(qū)域中產(chǎn)生電壓降，當(dāng)該壓降大于0.6至0.7伏特時，會使該裝置內(nèi)的PN寄生二極管開啟導(dǎo)通(ON)，產(chǎn)生大量的反向漏電流而發(fā)生反向漏電流急變的現(xiàn)象，且由于該大量的電流一般均集中在該P(yáng)-阱6與N-磊晶層2的界面的轉(zhuǎn)角處，因此該界面處的溫度易于增高而使該裝置損壞，所以該裝置在耐雪崩崩潰電流的能力上也不高。
此外，近年來垂直式功率晶體管(Vertical Power MOSFET)裝置大量地應(yīng)用于自動電動機(jī)的功率切換電源電路上，該應(yīng)用的最嚴(yán)重的失效模式在于電感性切換(Inductive Switching)下會引起大量的雪崩電流而導(dǎo)致裝置產(chǎn)生毀壞性的雪崩崩潰電流。近年來，在例如美國專利第4774198、5057884、4587713、5268586號揭示有利用在P-阱區(qū)中加上一重?fù)诫s的P+區(qū)，以降低P-阱中的寄生BJT(雙極性接面晶體管)導(dǎo)通的機(jī)率，進(jìn)而保護(hù)該裝置不受過量雪崩電流破壞而達(dá)成提升耐雪崩電流能力，如圖3至圖6所示，其V-I特性將在后文中予以描述。
因此，有必要設(shè)計出一種具有減少反向漏電流急變現(xiàn)象來提高耐雪崩崩潰電流能力的功率MOSFET裝置，使該裝置的品質(zhì)及可靠性大幅度地提高，進(jìn)而保護(hù)該裝置在電路應(yīng)用上各類瞬間電源不穩(wěn)下的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有減少反向漏電流急變來提高耐雪崩崩潰電流能力的功率MOSFET裝置及其制造方法。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種功率MOSFET裝置，其依序地具有N+硅基板的汲極，形成在該N+硅基板上的N-磊晶層，形成在該N-磊晶層上方的P-阱，在該P(yáng)-阱中形成的N+及蝕刻后布植的P+型摻雜物阱的源極接觸區(qū)，以及在該N-磊晶層與N+型源極接觸區(qū)之間通道上方沉積有多晶硅的門極電極，其中，所述源極接觸區(qū)為先蝕刻至P-阱中再離子布植P+摻雜物之后完成且位于該N-磊晶層與該P(yáng)-阱間的界面處，以及該N+型阱的源極接觸區(qū)與該P(yáng)+型柱塞的源極接觸區(qū)并非在同一電壓上，由此可增加功率MOSFET裝置的耐雪崩崩潰電流能力。
本發(fā)明還提供一種功率MOSFET裝置的制造方法，包括下列步驟①在N+硅基板上磊晶地成長N-磊晶層；②成長場氧化物在該N-磊晶層之上；③蝕刻該場氧化物及形成門極氧化物；④沉積多晶硅層；⑤執(zhí)行該多晶硅層的光罩遮覆及多晶硅層的蝕刻而形成多晶硅層門極，以及布植P-摻雜物及驅(qū)入該P(yáng)-摻雜物而形成P-阱；⑥施加N+摻雜物的光罩遮覆及布植N+摻雜物而形成源極接觸區(qū)；⑦制作光阻，界定出源極蝕刻區(qū)蝕刻后，布植P+摻雜物而形成P+阱區(qū)，接著去除光阻；⑧沉積BPSG；及⑨使源極接觸點金屬化及處理晶圓背面接點為汲極接點；其中，布植P+摻雜物于該N+型源極區(qū)而形成P+阱區(qū)的步驟為向下蝕刻該N+源極區(qū)1微米至1.2毫米的深度(依不同耐壓裝置而做調(diào)整)至該P(yáng)-阱中，從該P(yáng)-阱的蝕刻區(qū)之處布植P+摻雜物，使該P(yáng)+摻雜物阱位于該P(yáng)-阱與該N-磊晶層間的界面處。
根據(jù)本發(fā)明的功率MOSFET裝置的特點，當(dāng)其開啟時，電子流流自源極，經(jīng)N+摻雜層及P-反轉(zhuǎn)層通道區(qū)到N-磊晶層及汲極。而當(dāng)關(guān)閉時，反向漏電流從汲極經(jīng)N-磊晶層直接地流過P+阱至源極，由于該P(yáng)+型摻雜層阱屬重?fù)诫s層，電阻極小，故不易在源極與N+磊晶層間產(chǎn)生電壓降及使該裝置內(nèi)的PN寄生二極管導(dǎo)通，產(chǎn)生大量的反向漏電流而發(fā)生反向漏電流急變的現(xiàn)象，且提高了該裝置耐雪崩崩潰電流的能力。再者，雖然在現(xiàn)有技術(shù)中，布植該重?fù)诫s的P+阱較不易深入至P-阱與N-磊晶層間的界面處，但根據(jù)本發(fā)明的制造方法，其中布植P+摻雜物于該N+型源極區(qū)而形成P+型阱的步驟為，向下蝕刻該N+源極區(qū)1微米至1.2毫米的深度于該P(yáng)-阱之中，從該P(yáng)-阱的源極區(qū)之處布植P+摻雜物，使該P(yáng)+型阱位于該P(yáng)-阱與該N-磊晶層間的界面處。


本發(fā)明的上述內(nèi)容與其它目的、特性及優(yōu)點將結(jié)合下面的附圖進(jìn)行詳細(xì)說明，其中相同元件用相同符號來表示圖1(a)至圖1(h)為常見的平面技術(shù)的功率MOSFET裝置的制造步驟；圖2(a)至圖2(j)為本發(fā)明的功率MOSFET裝置的制造步驟；圖3至圖6分別顯示美國專利第4774198、5057884、4587713、5268586號的結(jié)構(gòu)概略圖；圖7(a)和圖7(b)分別顯示測量功率MOSFET裝置耐雪崩電流能力的常見的測試電路概略圖及V-I特性圖；圖8顯示典型的現(xiàn)有技術(shù)MOSFET裝置(經(jīng)參考美國專利第4774198號的模擬圖)的耐雪崩電流的V-I特性圖，其中該裝置雖在源極布植P+摻雜物，但源極并未蝕刻；圖9顯示根據(jù)本發(fā)明功率MOSFET裝置的耐雪崩電流的V-I特性圖，其中源極為蝕刻且布植P+摻雜物。
具體實施例方式
圖2(a)至圖2(j)顯示了本發(fā)明的功率MOSFET裝置的制造步驟。其中，圖2(a)顯示了在N基板11上磊晶地成長N-磊晶層12及在該N-磊晶層12上成長場氧化物13。在圖2(b)中，顯示施加光罩蝕刻該場氧化物13及形成門極氧化物14當(dāng)作介電質(zhì)。圖2(c)顯示沉積多晶硅層15在該門極氧化物14上。圖2(d)顯示執(zhí)行該多晶硅層15的光罩遮覆及多晶硅層15的蝕刻而形成多晶硅門極，以及布植P-摻雜物及驅(qū)入該P(yáng)-摻雜物而形成P-阱16。在圖2(e)中，顯示施加N+摻雜物的光罩遮覆及布植N+摻雜物而形成源極區(qū)18。在圖2(f)中，向下蝕刻該N+源極區(qū)1微米至1.2毫米的深度(該深度將按不同的耐壓裝置而有所調(diào)整，此處為30伏特耐壓的MOSFET裝置)至該P(yáng)-阱16之中。然后，如圖2(g)所示，在從該P(yáng)-阱16的該源極區(qū)之處布植P+摻雜物，使該P(yáng)+型摻雜物阱17位于該P(yáng)-阱16與該N-磊晶層12間的界面處而形成重?fù)诫sP+型阱17，后如圖2(h)所示去除光阻。然后，如圖2(i)所示沉積BPSG19，接著如圖2(j)所示使源極區(qū)的接點金屬化20及處理晶圓背面接點為汲極接點，以及在該金屬之上形成鈍化層21而完成根據(jù)本發(fā)明的功率MOSFET裝置。如上所述，該功率MOSFET裝置依序地具有N+硅基板11的汲極，形成于該N+硅基板11上的N-磊晶層12，形成于該N-磊晶層12上方的P-阱16，在該P(yáng)-阱16上形成的N+及P+型摻雜物阱18及17的源極接觸區(qū)，以及在該N-磊晶層12與N+型源極接觸區(qū)18之間通道上方沉積有多晶硅的門極電極，其中該P(yáng)+型摻雜物阱17的源極接觸區(qū)位于該N-磊晶層12與該P(yáng)-阱16間的界面處，以及該N+型阱18的源極接觸區(qū)與該P(yáng)+阱的源極接觸區(qū)并非在同一電壓上。
當(dāng)本發(fā)明的裝置關(guān)閉(OFF)時，反向漏電流會從N-磊晶層12直接地流經(jīng)P+摻雜物阱17至源極20，由于該P(yáng)+型摻雜物阱17屬重?fù)诫s層，電阻極小，故不易在源極20與N-磊晶層12間產(chǎn)生電壓降及使該裝置內(nèi)的PN寄生二極管導(dǎo)通(ON)，產(chǎn)生大量的反向漏電流而發(fā)生反向漏電流急變的現(xiàn)象，且提高了該裝置耐雪崩崩潰電流的能力。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，其中布植P+摻雜物于該N+型源極區(qū)18而形成P+型阱17的步驟是向下蝕刻該N+源極區(qū)一適當(dāng)?shù)纳疃扔谠揚(yáng)-阱16之中，從該P(yáng)-阱16的蝕刻區(qū)之處來布植P+摻雜物，使該P(yáng)+型摻雜物阱17位于該P(yáng)-阱16與該N-磊晶層12間的界面處，這樣可解決現(xiàn)有技術(shù)的不易布植重?fù)诫s層至更深處的缺點。
圖7(a)和圖7(b)分別為測量功率MOSFET裝置耐雪崩電流能力的常見測試電路及V-I特性圖，其中在圖7(b)中的IAS愈高則代表該MOSFET的耐雪崩電流能力愈佳。圖8顯示了典型的現(xiàn)有技術(shù)(例如美國專利第4774198號)MOSFET裝置的耐雪崩電流的V-I特性圖，其中該裝置雖在源極布植P+摻雜物，但源極未蝕刻。圖9顯示根據(jù)本發(fā)明功率MOSFET裝置的耐雪崩電流的V-I特性圖，其中源極為蝕刻且布植P+摻雜物，該兩特性圖均以MEDICI軟件模擬所制作。通過比較兩圖可明確地看出，本發(fā)明的MOSFET裝置的耐雪崩電流能力可顯著地大幅度提高。
雖然上述說明是以平面式N通道功率MOSFET裝置來加以描述的，但本發(fā)明也可適用于平面式P通道功率MOSFET裝置，其中僅需將P改為N以及將N改為P即可。此外，本發(fā)明同樣適用于溝渠式功率MOSFET裝置或IGBT(絕緣門極雙極性晶體管)。本發(fā)明并不受限于上述說明，而是可允許種種修飾及變化，其中不同的制造方法與離子布植技術(shù)而導(dǎo)致與本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的方法相同的，者在本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管裝置，其依序地具有N+硅基板的汲極，形成在該N+硅基板上的N-磊晶層，形成在該N-磊晶層上方的P-阱，在該P(yáng)-阱中形成的N+及蝕刻后布植的P+型摻雜物阱的源極接觸區(qū)，以及在該N-磊晶層與N+型源極接觸區(qū)之間通道上方沉積有多晶硅的門極電極，其特征在于所述源極接觸區(qū)為先蝕刻至P-阱中再離子布植P+摻雜物之后完成且位于該N-磊晶層與該P(yáng)-阱間的界面處，以及該N+型阱的源極接觸區(qū)與該P(yáng)+型柱塞的源極接觸區(qū)并非在同一電壓上，由此可增加功率MOSFET裝置的耐雪崩崩潰電流能力。
2.一種功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管裝置的制造方法，包括下列步驟①在N+硅基板上磊晶地成長N-磊晶層；②成長場氧化物在該N-磊晶層之上；③蝕刻該場氧化物及形成門極氧化物；④沉積多晶硅層；⑤執(zhí)行該多晶硅層的光罩遮覆及多晶硅層的蝕刻而形成多晶硅層門極，以及布植P-摻雜物及驅(qū)入該P(yáng)-摻雜物而形成P-阱；⑥施加N+摻雜物的光罩遮覆及布植N+摻雜物而形成源極接觸區(qū)；⑦制作光阻，界定出源極蝕刻區(qū)蝕刻后，布植P+摻雜物而形成P+阱區(qū)，接著去除光阻；⑧沉積硼磷硅酸鹽玻璃；及⑨使源極接觸點金屬化及處理晶圓背面接點為汲極接點；其中，布植P+摻雜物于該N+型源極區(qū)而形成P+阱區(qū)的步驟為向下蝕刻該N+源極區(qū)至適當(dāng)?shù)纳疃扔谠揚(yáng)-阱中，從該P(yáng)-阱的該源極區(qū)之處布植P+摻雜物，使該P(yáng)+型摻雜物阱位于該P(yáng)-阱與該N-磊晶層間的界面處。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管裝置及其制造方法。該裝置依次地具有N
文檔編號H01L29/78GK1428872SQ0114466
公開日2003年7月9日 申請日期2001年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月24日
發(fā)明者簡鳳佐, 陳啟文, 林正峰, 涂高維 申請人:華瑞股份有限公司