專利名稱：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：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體功率器件的器件構(gòu)造及制作方法。特別涉及一種改進(jìn)的具有超單元密度的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Ef feet-Transistor, M0SFET)的器件構(gòu)造及制作方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，對(duì)于溝槽半導(dǎo)體功率器件而言，溝道封裝密度(charmeIpacking density，即單位面積中的溝槽寬度)和單元密度(cell density)這兩個(gè)參數(shù)對(duì)于提高器件的單位面積的性能和成本之間的比率具有很大的意義，因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，提出了多種溝槽半導(dǎo)體功率器件的結(jié)構(gòu)以試圖得到更高的溝槽封裝密度和單元密度。如圖1所示，美國(guó)專利號(hào)6，737，704中揭示了一種位于N+襯底100之上的N溝道溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。N型外延層102形成于所述襯底100的上表面。多個(gè)溝槽柵位于所述N型外延層102中，每個(gè)所述溝槽柵都襯有柵極氧化層108且下部填充以摻雜的多晶硅層104。此外，P型體區(qū)102形成于每?jī)蓚€(gè)相鄰的所述溝槽柵之間，且包圍所述溝槽柵。η+源區(qū)114靠近所述P型體區(qū)102的上表面且靠近所述溝槽柵。同時(shí)，P+歐姆體接觸區(qū)113也靠近所述P型體區(qū)102的上表面且靠近所述η+源區(qū)114。金屬層118填充于所述溝槽柵的上部分且覆蓋所述η+源區(qū)114和所述P+歐姆體接觸區(qū)113。值得注意的是，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的所述溝槽柵之間的臺(tái)面中，所述P+歐姆體接觸區(qū) 113占據(jù)了較大的臺(tái)面面積，這限制了所述單元密度的增加。此外，參考圖2和圖3，可以看出，對(duì)于具有帶狀單元結(jié)構(gòu)(stripe cell)和具有封閉單元結(jié)構(gòu)(closed cell)的不同溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管而言，當(dāng)所述臺(tái)面的寬度‘a(chǎn)’小于所述溝槽柵的寬度‘b’時(shí)， 帶狀單元結(jié)構(gòu)比封閉單元結(jié)構(gòu)具有更高的溝道封裝密度和更低的開啟電阻。然而，圖1所示現(xiàn)有技術(shù)中所揭示的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管具有封閉單元結(jié)構(gòu)，即使可以依靠技術(shù)的改進(jìn)解決需要較大臺(tái)面面積的局限，封閉單元結(jié)構(gòu)所固有因較高的開啟電阻導(dǎo)致較低的溝道封裝密度的問題仍然存在。美國(guó)專利號(hào)7，402，863揭示了另一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，如圖 3所示。與圖1相比，圖3中的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管在金屬層118’的下方襯有一層勢(shì)壘層111，然而，上面討論的各種局限性沒有得到本質(zhì)的改善。因此，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域中，尤其是在溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域中，需要提出一種新穎的器件構(gòu)造以解決上述的困難和設(shè)計(jì)局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。本發(fā)明的又一目的在于提供一種制備上述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的方法。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，從而有效的減小了兩個(gè)相鄰的溝槽柵之間的臺(tái)面所占據(jù)的面積，從而可以有效減小器件的尺寸。為實(shí)現(xiàn)上述目的，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，包括多個(gè)具有帶狀單元結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管單元，每個(gè)所屬溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管單元進(jìn)一步包括(a)第一導(dǎo)電類型的襯底；(b)第一導(dǎo)電類型的外延層，位于所述襯底之上，且所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；(c)第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述外延層的上部分；(d)第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，位于有源區(qū)，形成于所述體區(qū)中且靠近所述體區(qū)的上表面，所述源區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述外延層；(e)多個(gè)第一柵溝槽，位于所述外延層中，由所述源區(qū)和所述體區(qū)圍繞，并且在每?jī)蓚€(gè)相鄰的所述第一柵溝槽之間的外延層中，只存在所述源區(qū)和所述體區(qū)；(f)第一絕緣層，襯于所述第一柵溝槽下部分的內(nèi)表面；(g)柵極導(dǎo)電區(qū)域，填充于所述第一柵溝槽的下部分，且靠近所述第一絕緣層；(h)第二絕緣層，覆蓋所述導(dǎo)電區(qū)域和所述第一絕緣層的上表面以及覆蓋所述外延層的部分上表面；(i)至少一個(gè)體接觸溝槽，靠近所述有源區(qū)的邊緣，所述體接觸溝槽穿過所述第二絕緣層并延伸入所述體區(qū)；(j)第一金屬插塞，填充于每個(gè)所述第一柵溝槽的上部分，且靠近所述第二絕緣層；(k)第二金屬插塞，填充于每個(gè)所述體接觸溝槽中；(1)第二導(dǎo)電類型的第一歐姆體接觸區(qū)，位于所述體區(qū)內(nèi)，至少包圍每個(gè)所述體接觸溝槽的底部，并且所述第一歐姆體接觸區(qū)的所述載流子濃度高于所述體區(qū)；和(m)源極金屬層，于所述源區(qū)的上表面處與所述源區(qū)形成電氣接觸，并且通過所述第一金屬插塞于所述第一溝槽柵的上部分側(cè)壁處與所述源區(qū)形成電氣接觸，以及通過所述第二金屬插塞與所述體區(qū)形成電氣接觸。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括至少一個(gè)第二柵溝槽，其寬度大于所述第一柵溝槽的寬度，每個(gè)所述第二柵溝槽的下部分都襯有所述第一絕緣層并填充所述柵極導(dǎo)電區(qū)域，每個(gè)所述第二柵溝槽的上部分都填充所述第二絕緣層。更有選地，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括至少一個(gè)柵接觸溝槽，其穿過所述第二絕緣層并延伸入位于所述第二柵溝槽中的柵極導(dǎo)電區(qū)域，每個(gè)所述柵接觸溝槽內(nèi)都填充所述第二金屬插塞且連接至柵極金屬層。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)由多個(gè)具有懸浮電壓的溝槽環(huán)構(gòu)成的終端區(qū)，所述溝槽環(huán)包括多個(gè)第三柵溝槽，每個(gè)所述第三柵溝槽的下部分都襯有所述第一絕緣層并填充所述柵極導(dǎo)電區(qū)域，每個(gè)所述第三柵溝槽的上部分都填充所述第二絕緣層。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的第二歐姆體接觸區(qū)，其位于所述第一歐姆體接觸區(qū)的下方且部分延伸入所述外延層，所述第二歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度低于所述第一歐姆體接觸區(qū)，但是高于所述體區(qū)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中靠近所述有源區(qū)邊緣的源區(qū)與所述體接觸溝槽的側(cè)壁相接觸。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中靠近所述有源區(qū)邊緣的源區(qū)沒有到達(dá)所述體接觸溝槽的側(cè)壁，即二者之間沒有接觸。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中所述第一金屬插塞為鎢插塞，并且襯有勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN。更優(yōu)選地，所述源金屬層下表面襯有降阻層Ti或Ti/TiN，所述降阻層位于所述金屬層和所述源區(qū)以及所述第一金屬插塞的上表面之間。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中所述第二金屬插塞為鎢插塞，并且襯有勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或h/TiN。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中所述第一金屬插塞為填充于所述第一柵溝槽上部分的源金屬層。更優(yōu)選地，所述源金屬層襯有勢(shì)壘層Ti/ TiN 或 Co/TiN 或 Ta/TiN。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中所述柵極導(dǎo)電區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電類型摻雜的多晶硅層。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中所述第一絕緣層和所述第二絕緣層為氧化層。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中所述第一導(dǎo)電類型和所述第二導(dǎo)電類型為相反的導(dǎo)電類型。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，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(a)在第一導(dǎo)電類型的襯底上生長(zhǎng)第一導(dǎo)電類型的外延層，其中所述外延層的所述載流子濃度低于所述襯底；(b)提供溝槽掩模板并刻蝕形成位于有源區(qū)的多個(gè)第一柵溝槽、靠近有源區(qū)邊緣的至少一個(gè)第二柵溝槽和位于終端區(qū)的多個(gè)第三柵溝槽；(c)在所述柵溝槽的內(nèi)表面生長(zhǎng)一層犧牲氧化層；(d)移除所述犧牲氧化層并在所述柵溝槽的內(nèi)表面生長(zhǎng)或淀積一層氧化層作為第
一絕緣層；(e)在所述柵溝槽內(nèi)淀積第一導(dǎo)電類型的摻雜的多晶硅層，并回刻該摻雜的多晶硅層，使其填充于所述柵溝槽內(nèi)；(f)對(duì)所述外延層進(jìn)行第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的離子注入，并使之?dāng)U散形成體區(qū)；(g)刻蝕并移除位于所述柵溝槽上部分的所述摻雜的多晶硅層；(h)再次淀積一層氧化層作為第二絕緣層，使其填充所述柵溝槽的上部分并覆蓋所述外延層的上表面；(i)在所述第一絕緣層上方淀積摻雜的多晶硅形成源區(qū)電極的工序；(j)進(jìn)行第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入，并使之?dāng)U散形成源區(qū)；(k)移除所述第一接觸掩模板并提供第二接觸掩模板；
(1)根據(jù)所述第二接觸掩模板定義的區(qū)域先后進(jìn)行干法氧化物刻蝕和干法硅刻蝕，形成至少一個(gè)體接觸溝槽和至少一個(gè)柵接觸溝槽；和(m)進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的低能離子注入，形成位于所述體接觸溝槽下方且至少包圍所述體接觸溝槽底部的第一歐姆體接觸區(qū)，該第一歐姆體接觸區(qū)位于所述體區(qū)中，且該第一歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述體區(qū)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述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第一柵溝槽的上部分、所述體接觸溝槽以及所述柵接觸溝槽中形成鎢插塞；和在所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管上表面淀積鋁合金或銅合金，并提供金屬掩模板刻蝕該鋁合金或銅合金，形成源極金屬層和柵極金屬層。更有選地，其中形成所述鎢插塞包括在所述第一溝槽柵上部分的內(nèi)表面、所述體接觸溝槽的內(nèi)表面以及所述柵接觸溝槽的內(nèi)表面淀積一層勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN ；和在所述勢(shì)壘層上淀積金屬鎢并對(duì)該金屬鎢和所述勢(shì)壘層進(jìn)行回刻。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述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體接觸溝槽以及所述柵接觸溝槽中形成鎢插塞；淀積金屬鋁合金或銅合金使其填充于所述第一柵溝槽的上部分并覆蓋所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的上表面；和提供金屬掩模板刻蝕所述鋁合金或銅合金，形成源極金屬層和柵極金屬層。更優(yōu)選地，其中形成所述鎢插塞包括在所述第一溝槽柵上部分的內(nèi)表面、所述體接觸溝槽的內(nèi)表面以及所述柵接觸溝槽的內(nèi)表面淀積一層勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN ；和在所述體接觸溝槽和所述柵接觸溝槽內(nèi)的所述勢(shì)壘層上淀積金屬鎢并對(duì)該金屬鎢和所述勢(shì)壘層進(jìn)行回刻。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述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進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的低能離子注入之后，還包括進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的高能離子注入，形成位于所述第一歐姆體接觸區(qū)的第二歐姆體接觸區(qū)，該第二歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度低于所述第一歐姆體接觸區(qū)，但是高于所述體區(qū)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述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對(duì)所述襯底的下表面進(jìn)行研磨并淀積金屬Ti/Ni/Ag作為漏極金屬層。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的所述第一溝槽柵之間，只存在所述源區(qū)和體區(qū)，并且所述源區(qū)通過所述外延層的上表面以及通過所述第一溝槽柵的上部分側(cè)壁與所述源極金屬層形成電氣接觸；所述體區(qū)通過位于所述第二絕緣層和所述體區(qū)的體接觸溝槽與源極金屬層形成電氣接觸，這種發(fā)明減小了臺(tái)面面積，有利于進(jìn)一步降低器件尺寸。此外，本發(fā)明采用帶狀的單元結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加了器件的單元封裝密度，減小了漏極和源極之間的開啟電阻。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，在第一歐姆體接觸區(qū)下方形成第二歐姆體接觸區(qū)，可以進(jìn)一步改善器件的雪崩特性，換言之，在體接觸下方可以形成一個(gè)鉗位二極管，使得擊穿先發(fā)生在第二歐姆體接觸區(qū)/外延層處，從而增強(qiáng)雪崩特性。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，采用了溝槽掩模板、第一接觸掩模板、第二接觸掩模板以及金屬掩模板等四層掩模板的制造方法，其中第一接觸掩模板用于形成有源區(qū)，包括所述源區(qū)；第二接觸掩模板用于形成體接觸溝槽和柵接觸溝槽。因此，可以避免使用現(xiàn)有技術(shù)中的源區(qū)掩模板，從而有利于降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，終端區(qū)采用具有懸浮電壓的溝槽柵，可以避免對(duì)終端區(qū)使用體區(qū)掩模板，有利于進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)所揭示的溝槽MOSFET的剖視圖。圖2為封閉的單元結(jié)構(gòu)和帶狀的單元結(jié)構(gòu)中溝道封裝密度的計(jì)算方法。圖3為封閉的單元結(jié)構(gòu)和帶狀的單元結(jié)構(gòu)之間溝槽封裝密度的比較。圖4為另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)所揭示的溝槽MOSFET的剖視圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的三維視圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的三維視圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的三維視圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的溝槽MOSFET的三維視圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的采用多個(gè)具有懸浮電壓的溝槽柵作為終端區(qū)的溝槽MOSFET 的剖視圖。圖10為圖9中所示溝槽MOSFET的俯視圖。圖11為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)采用多個(gè)具有懸浮電壓的溝槽柵作為終端區(qū)的溝槽 MOSFET的剖視圖。圖12為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)采用多個(gè)具有懸浮電壓的溝槽柵作為終端區(qū)的溝槽 MOSFET的剖視圖。圖13為圖12中所示溝槽MOSFET的俯視圖。圖14A-14F為根據(jù)圖11所示的本發(fā)明實(shí)施例的溝槽MOSFET制作過程的剖視圖。
具體實(shí)施例方式本發(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。圖5揭示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的N溝道溝槽MOSFET的三維視圖， 該N溝道溝槽MOSFET制作于N+襯底200上，其中N+襯底200的下表面淀積有漏極金屬層 230。N型外延層202形成于所述N+襯底200上，在該N型外延層202中，包括位于有源區(qū)的多個(gè)P型體區(qū)204和多個(gè)η+源區(qū)206。多個(gè)第一柵溝槽208穿過所述η+源區(qū)206、所述 P型體區(qū)204并延伸入所述N型外延層202，每個(gè)所述第一柵溝槽208的下部分都襯有第一絕緣層212作為柵極氧化層并填充以摻雜的多晶硅層210。在第二絕緣層214之上，每個(gè)所述第一柵溝槽柵208都襯有勢(shì)壘層218并填充以鎢插塞216。在靠近所述有源區(qū)的邊緣處，至少一個(gè)體接觸溝槽220穿過所述第二絕緣層214并延伸入位于其下方的所述P型體區(qū)204，其中每個(gè)所述體接觸溝槽220都襯有所述勢(shì)壘層218并填充以所述鎢插塞216。此外，在每個(gè)所述體接觸溝槽220的底部下方，第一 P++歐姆體接觸區(qū)2 形成于所述P型體區(qū)204中，并至少包圍每個(gè)所述體接觸溝槽220的底部以降低接觸電阻。源極金屬層2 形成于該N溝道溝槽MOSFET的上方，并且在該源極金屬層2 的下表面襯有降阻層222，以減小與所述η+源區(qū)206以及與所述鎢插塞216之間的接觸電阻。圖6揭示了根據(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的三維視圖， 其與圖5所示溝槽MOSFET有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于圖6中所述溝槽MOSFET中，在第一 P++歐姆體接觸區(qū)3 的下方，還包括另一個(gè)第二 P+歐姆體接觸區(qū)332，其部分位于P型體區(qū)中，部分位于N型外延層302中，此外，所述第二 P+歐姆體接觸區(qū)332的多數(shù)載流子濃度高于所述P型體區(qū)，同時(shí)低于所述第一 P++歐姆體接觸區(qū)326。圖7揭示了根據(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的三維視圖， 其與圖5所示溝槽MOSFET有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于圖7中所述溝槽MOSFET中，源極金屬層428同時(shí)填充第一柵溝槽408中，同時(shí)在η+源區(qū)406的上表面以及第一溝槽408的上部分側(cè)壁處連接至所述η+源區(qū)406。圖8揭示了根據(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的三維視圖， 其與圖6所示溝槽MOSFET有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于圖8中所述溝槽MOSFET中，源極金屬層528同時(shí)填充第一柵溝槽508中，同時(shí)在η+源區(qū)506的上表面以及第一溝槽508的上部分側(cè)壁處連接至所述η+源區(qū)506。圖9揭示了圖10中所示的本發(fā)明采用的具有帶狀單元結(jié)構(gòu)的俯視圖沿Α-Α’截面的剖視圖。與圖5相比較。圖9中所示溝槽MOSFET還包括靠近體接觸溝槽620的至少一個(gè)第二柵溝槽636，其下部分填充以摻雜的多晶硅層610。所述第二柵溝槽636的溝槽寬度大于第一柵溝槽608的溝槽寬度，并且位于所述第二柵溝槽636中的所述摻雜的多晶硅層 610通過柵接觸溝槽中的鎢插塞616連接至柵極金屬層634，其中所述柵接觸溝槽穿過第二絕緣層614并延伸入所述摻雜的多晶硅層610。此外，圖9所示的溝槽MOSFET還包括位于終端區(qū)的多個(gè)第三柵溝槽644，其下部分都填充以摻雜的多晶硅層610，上部分都填充以第二絕緣層614。圖11揭示了根據(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的剖視圖， 其與圖9所示溝槽MOSFET有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于圖11中所述溝槽MOSFET中，還包括位于第一 P++歐姆體接觸區(qū)7 下方的第二 P+歐姆體接觸區(qū)732，采用這種結(jié)構(gòu)，可以在N型外延層702和鈣第二 P+歐姆體接觸區(qū)732之間形成一個(gè)鉗位二極管，從而避免了觸發(fā)器件所固有的寄生N+(襯底)/P (體區(qū))/N(外延層)三極管。圖12揭示了根據(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的剖視圖， 也是圖13中所示本發(fā)明采用的具有帶狀單元結(jié)構(gòu)的俯視圖沿B-B’截面的剖視圖，其與圖 11所示溝槽MOSFET有著相似的結(jié)構(gòu)，不同之處在于圖12中所述溝槽MOSFET中，η+源區(qū) 806的邊緣接觸到溝槽體接觸區(qū)820的側(cè)壁，即所述溝槽式體接觸區(qū)820同時(shí)連接至所述 η+源區(qū)806。圖14Α至圖14F為制造圖11所示的本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的具體制作步驟。 如圖14Α所示，首先，N型外延層702形成于N+型襯底700上表面。此后，在所述外延層 702的上表面提供溝槽掩模板(未示出)，用干氧刻蝕和干硅刻蝕的方法形成多個(gè)柵溝槽， 包括多個(gè)位于有源區(qū)的第一柵溝槽708、至少一個(gè)具有較大溝槽寬度的第二柵溝槽736和多個(gè)位于終端區(qū)的第三扇溝槽744。然后，在所有柵溝槽的內(nèi)表面形成犧牲氧化層并通過去除該犧牲氧化層消除刻蝕過程中可能造成的缺陷。此后，沿所有柵溝槽的內(nèi)表面淀積第一絕緣層712作為柵極氧化層，并在該第一絕緣層712上淀積摻雜的多晶硅層710，隨后通過化學(xué)機(jī)械拋光或等離子刻蝕的方法進(jìn)行回刻。接著，進(jìn)行P型摻雜劑的離子注入，形成P型體區(qū)704，并進(jìn)行離子擴(kuò)散。在圖14Β中，所述摻雜的多晶硅層710首先被回刻至其上上表面低于所述P型體區(qū)704的上表面，接著，淀積第二絕緣層714，使其填充于所有柵溝槽的上部分并覆蓋柵溝槽之間的臺(tái)面的上表面。在圖14C中，先提供第一接觸掩模板，并根據(jù)該第一接觸掩模板的定義通過干氧刻蝕的方法刻蝕所述第二絕緣層714，使得在所述第一柵溝槽708中，僅保留覆蓋所述摻雜的多晶硅層710上表面的一層第二絕緣層714。接著，進(jìn)行η型摻雜劑的離子注入，形成η+ 源區(qū)706，并進(jìn)行離子擴(kuò)散。如圖14D所示，所述第一接觸掩模板被移除后，提供第二接觸掩模板。根據(jù)該第二接觸掩模板的定義，先后進(jìn)行干氧刻蝕和干法硅刻蝕，形成多個(gè)接觸溝槽，包括至少一個(gè)體接觸溝槽720和至少一個(gè)柵接觸溝槽740。其中所述體接觸溝槽720穿過所述第二絕緣層 714并延伸入所述P型體區(qū)704 ；所述柵接觸溝槽740穿過所述第二絕緣層714并延伸如位于第二柵溝槽736中的多晶硅層710。然后，進(jìn)行低能量的BF2離子注入，形成位于所述P 型體區(qū)704中的第一 P++歐姆體接觸區(qū)726，其至少包圍所述體接觸溝槽720的底部。接著，有選擇地進(jìn)行較高能量的硼離子注入，形成位于所述第一 P++歐姆體接觸區(qū)7 下方的第二 P+歐姆體接觸區(qū)732，其部分延伸入所述N型外延層702中。然后，進(jìn)行快速熱退火， 以激活所注入的離子。如圖14E所示，由Ti/TiN或Co/TiN或h/TiN構(gòu)成的勢(shì)壘層718淀積于所述體接觸溝槽720的內(nèi)表面、所述柵接觸溝槽740的內(nèi)表面以及所述第一柵溝槽708上部分的內(nèi)表面。然后，進(jìn)行快速熱退火，在勢(shì)壘層上方淀積金屬鎢，并進(jìn)行回刻形成鎢插塞716，其填充于所述第一柵溝槽708的上部分以及填充與所述體接觸溝槽720和所述柵接觸溝槽740中。如圖14F所示，下方襯有降阻層722的金屬層Al合金或Cu合金淀積與所述溝槽 MOSFET的上表面，并在該Al合金或Cu合金上提供金屬掩模板(未示出)，根據(jù)該金屬掩模板的定義，通過金屬刻蝕分別形成源極金屬層7 和柵極金屬層734。最后，對(duì)所述N+襯底 700的下表面進(jìn)行研磨，并淀積金屬Ti/NiAg作為漏極金屬層730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，包括多個(gè)具有帶狀單元結(jié)構(gòu)的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管單元，每個(gè)所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管單元包括第一導(dǎo)電類型的襯底；第一導(dǎo)電類型的外延層，位于所述襯底之上，且所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述外延層的上部分；第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，位于有源區(qū)，形成于所述體區(qū)中且靠近所述體區(qū)的上表面，所述源區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述外延層；多個(gè)第一柵溝槽，位于所述外延層中，由所述源區(qū)和所述體區(qū)圍繞，并且在每?jī)蓚€(gè)相鄰的所述第一柵溝槽之間的外延層中，只存在所述源區(qū)和所述體區(qū)； 第一絕緣層，襯于所述第一柵溝槽下部分的內(nèi)表面； 柵極導(dǎo)電區(qū)域，填充于所述第一柵溝槽的下部分，且靠近所述第一絕緣層； 第二絕緣層，覆蓋所述導(dǎo)電區(qū)域和所述第一絕緣層的上表面以及覆蓋所述外延層的部分上表面；至少一個(gè)體接觸溝槽，靠近所述有源區(qū)的邊緣，所述體接觸溝槽穿過所述第二絕緣層并延伸入所述體區(qū)；第一金屬插塞，填充于每個(gè)所述第一柵溝槽的上部分，且靠近所述第二絕緣層； 第二金屬插塞，填充于每個(gè)所述體接觸溝槽中；第二導(dǎo)電類型的第一歐姆體接觸區(qū)，位于所述體區(qū)內(nèi)，至少包圍每個(gè)所述體接觸溝槽的底部，并且所述第一歐姆體接觸區(qū)的所述載流子濃度高于所述體區(qū)；和源極金屬層，于所述源區(qū)的上表面處與所述源區(qū)形成電氣接觸，并且通過所述第一金屬插塞于所述第一溝槽柵的上部分側(cè)壁處與所述源區(qū)形成電氣接觸，以及通過所述第二金屬插塞與所述體區(qū)形成電氣接觸。
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，其中，包括至少一個(gè)第二柵溝槽，其寬度大于所述第一柵溝槽的寬度，每個(gè)所述第二柵溝槽的下部分都襯有所述第一絕緣層并填充所述柵極導(dǎo)電區(qū)域，每個(gè)所述第二柵溝槽的上部分都填充所述第二絕緣層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中，包括至少一個(gè)柵接觸溝槽，其穿過所述第二絕緣層并延伸入位于所述第二柵溝槽中的柵極導(dǎo)電區(qū)域，每個(gè)所述柵接觸溝槽內(nèi)都填充所述第二金屬插塞且連接至柵極金屬層。
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，其中，包括一個(gè)由多個(gè)具有懸浮電壓的溝槽環(huán)構(gòu)成的終端區(qū)，所述溝槽環(huán)包括多個(gè)第三柵溝槽，每個(gè)所述第三柵溝槽的下部分都襯有所述第一絕緣層并填充所述柵極導(dǎo)電區(qū)域，每個(gè)所述第三柵溝槽的上部分都填充所述第二絕緣層。
5.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，其中，包括一個(gè)第二導(dǎo)電類型的第二歐姆體接觸區(qū)，其位于所述第一歐姆體接觸區(qū)的下方且部分延伸入所述外延層，所述第二歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度低于所述第一歐姆體接觸區(qū)，但是高于所述體區(qū)。
6.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，其中，靠近所述有源區(qū)邊緣的源區(qū)與所述體接觸溝槽的側(cè)壁相接觸。
7.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，其中，靠近所述有源區(qū)邊緣的源區(qū)沒有到達(dá)所述體接觸溝槽的側(cè)壁，即所述有源區(qū)邊緣的源區(qū)與體接觸溝槽的側(cè)壁二者之間沒有接觸。
8.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，其中，所述第一金屬插塞為鎢插塞，并且襯有勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或h/TiN。
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，其中，所述源金屬層下表面襯有降阻層Ti或Ti/TiN，所述降阻層位于所述金屬層和所述源區(qū)以及所述第一金屬插塞的上表面之間。
10.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，其中，所述第二金屬插塞為鎢插塞，并且襯有勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或h/TiN。
11.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，其中，所述第一金屬插塞為填充于所述第一柵溝槽上部分的源金屬層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中，所述源金屬層襯有勢(shì)壘層 Ti/TiN 或 Co/TiN 或 Ta/TiN。
13.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，其中，所述柵極導(dǎo)電區(qū)域?yàn)榈谝粚?dǎo)電類型摻雜的多晶硅層。
14.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，其中，所述第一導(dǎo)電類型和所述第二導(dǎo)電類型為相反的導(dǎo)電類型。
15.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，其中，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層為氧化層。
16.一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)第一導(dǎo)電類型的外延層，其中所述外延層的所述載流子濃度低于所述襯底；提供溝槽掩模板并刻蝕形成位于有源區(qū)的多個(gè)第一柵溝槽、靠近有源區(qū)邊緣的至少一個(gè)第二柵溝槽和位于終端區(qū)的多個(gè)第三柵溝槽； 在所述柵溝槽的內(nèi)表面生長(zhǎng)一層犧牲氧化層；移除所述犧牲氧化層并在所述柵溝槽的內(nèi)表面生長(zhǎng)或淀積一層氧化層作為第一絕緣層；在所述柵溝槽內(nèi)淀積第一導(dǎo)電類型的摻雜的多晶硅層，并回刻該摻雜的多晶硅層，使該摻雜的多晶硅層填充于所述柵溝槽內(nèi)；對(duì)所述外延層進(jìn)行第二導(dǎo)電類型的摻雜劑的離子注入，并使摻雜劑的離子擴(kuò)散形成體區(qū)；刻蝕并移除位于所述柵溝槽上部分的所述摻雜的多晶硅層；再次淀積一層氧化層作為第二絕緣層，使該氧化層填充所述柵溝槽的上部分并覆蓋所述外延層的上表面；提供第一接觸掩模板，并對(duì)位于有源區(qū)的所述第二絕緣層進(jìn)行干法氧化物刻蝕，使得在有源區(qū)內(nèi)僅保留部分所述第二絕緣層，使該第二絕緣層覆蓋所述第一柵溝槽中的摻雜的多晶硅層和第一絕緣層的上表面；進(jìn)行第一導(dǎo)電類型摻雜劑的離子注入，并使該摻雜劑的離子擴(kuò)散形成源區(qū)； 移除所述第一接觸掩模板并提供第二接觸掩模板；根據(jù)所述第二接觸掩模板定義的區(qū)域先后進(jìn)行干法氧化物刻蝕和干法硅刻蝕，形成至少一個(gè)體接觸溝槽和至少一個(gè)柵接觸溝槽；和進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的低能離子注入，形成位于所述體接觸溝槽下方且至少包圍所述體接觸溝槽底部的第一歐姆體接觸區(qū)，該第一歐姆體接觸區(qū)位于所述體區(qū)中，且該第一歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述體區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管制造方法，其中，包括 在所述第一柵溝槽的上部分、所述體接觸溝槽以及所述柵接觸溝槽中形成鎢插塞；和在所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管上表面淀積鋁合金或銅合金，并提供金屬掩模板刻蝕該鋁合金或銅合金，形成源極金屬層和柵極金屬層。
18.根據(jù)權(quán)利要求17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，形成所述鎢插塞包括在所述第一溝槽柵上部分的內(nèi)表面、所述體接觸溝槽的內(nèi)表面以及所述柵接觸溝槽的內(nèi)表面淀積一層勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或IVtiN ；和在所述勢(shì)壘層上淀積金屬鎢并對(duì)該金屬鎢和所述勢(shì)壘層進(jìn)行回刻。
19.根據(jù)權(quán)利要求17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，所述源極金屬層和柵極金屬層的下方襯有降阻層Ti或Ti/TiN。
20.根據(jù)權(quán)利要求16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，包括 在所述體接觸溝槽以及所述柵接觸溝槽中形成鎢插塞；淀積金屬鋁合金或銅合金使其填充于所述第一柵溝槽的上部分并覆蓋所述溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的上表面；和提供金屬掩模板刻蝕所述鋁合金或銅合金，形成源極金屬層和柵極金屬層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20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，形成所述鎢插塞包括在所述第一溝槽柵上部分的內(nèi)表面、所述體接觸溝槽的內(nèi)表面以及所述柵接觸溝槽的內(nèi)表面淀積一層勢(shì)壘層Ti/TiN或Co/TiN或IVtiN ；和在所述體接觸溝槽和所述柵接觸溝槽內(nèi)的所述勢(shì)壘層上淀積金屬鎢并對(duì)該金屬鎢和所述勢(shì)壘層進(jìn)行回刻。
22.根據(jù)權(quán)利要求16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，包括對(duì)所述襯底的下表面進(jìn)行研磨并淀積金屬Ti/Ni/Ag作為漏極金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求16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，在所述進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的低能離子注入之后，還包括進(jìn)行第二導(dǎo)電類型摻雜劑的高能離子注入，形成位于所述第一歐姆體接觸區(qū)的第二歐姆體接觸區(qū)，該第二歐姆體接觸區(qū)的多數(shù)載流子濃度低于所述第一歐姆體接觸區(qū)，但是高于所述體區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有超高單元密度的溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及其制作方法，其中源區(qū)和體區(qū)被分別置于器件的不同區(qū)域，從而有效減小了器件的尺寸。此外，本發(fā)明的溝槽金屬氧化物采用了帶狀的單元結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步增加了單元封裝密度，減小了漏極與源極之間的開啟電阻。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102403353SQ20101028375
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者謝福淵 申請(qǐng)人:力士科技股份有限公司