專利名稱：具有溝槽式柵極結構的功率組件及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明有關具有溝槽式柵極結構的功率組件和其制作的方法，特別是關于可增進功率組件的電流密度的結構及其制作方法。
背景技術：
半導體組件是目前電子產品廣泛使用的組件。隨著電子裝置對輕薄短小化以及高機能的需求以及半導體制程技術的發(fā)展，金氧半場效晶體管(MOSFET)以及結合MOSFET與雙載子晶體管(Bipolar Junction Transistor, BJT)的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)已成為大功率組件的主流。IGBT的運作如等效電路地將雙極晶體管的基極電流以MOSFET控制。IGBT同時具有MOSFET的高速切換特性與雙極晶體管的高電壓/大電流處理能力兩個特征。典型的IGBT具有水平式或垂直式的結構，水平式的是IGBT指IGBT中的MOSFET為水平設計；而垂直式的IGBT是指IGBT中的MOSFET為溝槽狀深入基底中，然而現(xiàn)今的IGBT中的MOSFET多采取垂直式設計，其利用基底的背面作為漏極，而于半導體基底的正面制作多個晶體管的源極與柵極，以提升組件密度。IGBT是以MOSFET來驅動雙載子晶體管，而雙載子晶體管的基極電流是由MOSFET的源極所提供，為了要增加IGBT的操作效能，依然有必要增加基極電流的電流密度。

發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種功率組件，其可以增加絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)的電流密度。根據(jù)本發(fā)明的第一較佳實施例，本發(fā)明提供一種具有溝槽式柵極結構的功率組件，包含一基底包含一第一表面和一第二表面與第一表面相對，一主體區(qū)具有一第一導電型態(tài)設置于基底中，一基極區(qū)具有一第二導電型態(tài)設置于主體區(qū)中，一陰極區(qū)具有第一導電型態(tài)設置于基極區(qū)中，一陽極區(qū)具有第二導電型態(tài)設置于基底中，并且陽極區(qū)接近第二表面，一溝槽設置于基底中并且溝槽由第一表面延伸至主體區(qū)，陰極區(qū)環(huán)繞溝槽，其中溝槽具有一類波浪形側壁，一柵極結構設置于溝槽中以及一累積區(qū)沿著類波浪形側壁設置于主體區(qū)中。根據(jù)本發(fā)明的第二較佳實施例，本發(fā)明提供一種具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法，包含首先提供一基底包含一主體區(qū)，主體區(qū)具有一第一導電型態(tài)，其中基底具有一第一表面和一第二表面和第一表面相對，然后形成一第一溝槽于主體區(qū)中，其中第一溝槽具有一第一開口，再形成一掩膜層于第一溝槽的側壁，其后再以掩膜層作為掩膜，形成一第二溝槽具有一第二開口，第二溝槽系由第一溝槽一側壁的一底部延伸，其中第二開口較第一開口小，最后移除掩膜層。根據(jù)本發(fā)明的第三較佳實施例，本發(fā)明提供一種具有溝槽式柵極結構的功率組件，包含一基底包含一第一表面和一第二表面與第一表面相對，一主體區(qū)具有一第一導電型態(tài)設置于基底中，一基極區(qū)具有一第二導電型態(tài)設置于主體區(qū)中，一陰極區(qū)具有第一導電型態(tài)設置于基極區(qū)中，一陽極區(qū)具有第二導電型態(tài)設置于基底中，并且陽極區(qū)接近第二表面，一復合式溝槽設置于基底中并且復合式溝槽由第一表面延伸至主體區(qū)，陰極區(qū)環(huán)繞復合式溝槽，其中復合式溝槽包含一第一溝槽和一第二溝槽，第二溝槽系由第一溝槽的一側壁的一底部延伸，并且復合式溝槽包含一類波浪形側壁，一柵極結構設置于復合式溝槽中以及一累積區(qū)沿著類波浪形側壁設置于主體區(qū)中。類波浪形側壁使得累積區(qū)延長，由于累積區(qū)系用來提供IGBT電子，因此延長的累積區(qū)可以提供IGBT更多的電子，更加增進IGBT的效能。


圖I至圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一較佳實施例所繪示的一種具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法。圖7繪示的是一具有溝槽式柵極結構的功率組件的變化型態(tài)。
其中，附圖標記說明如下10基底33第三溝槽12第一表面34柵極14第二表面36柵極介電層16主體區(qū)38基極區(qū)18緩沖區(qū)40陰極區(qū)20漂移區(qū)42歐姆接觸區(qū)22第一溝槽44陽極區(qū)24掩膜層46陰極接觸墊26第二溝槽48累積區(qū)具有溝槽式柵極結構的28/128/228 復合式溝槽100功率組件30類波浪形側壁231垂直側壁31垂直側壁233球形底部32柵極結構301/302弧形表面
具體實施例方式圖I至圖6為根據(jù)本發(fā)明的第一較佳實施例所繪示的一種具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法。本發(fā)明的功率組件可以例如為一 IGBT。如圖I所示，首先提供一基底10,基底10具有一第一表面12和一第二表面14與第一表面相對,接著形成一主體區(qū)16于基底10中，主體區(qū)16為第一導電型態(tài)，第一導電型態(tài)較佳為N型，但不限于此，根據(jù)不同的產品需求，第一導電型態(tài)也可以為P型。主體區(qū)16可以分為一緩沖區(qū)18和一漂移區(qū)20，漂移區(qū)20位在緩沖區(qū)18上方，緩沖區(qū)18和漂移區(qū)20可以利用離子注入法形成，舉例而言，可以將N型摻質由第一表面12注入基底10來形成緩沖區(qū)18和漂移區(qū)20，漂移區(qū)20中的N型摻質濃度較佳低于緩沖區(qū)18中的N型摻質濃度。然后，形成一第一溝槽22于漂移區(qū)20內，第一溝槽22由第一表面12延伸至第二表面14。
如圖2所示，形成一掩膜層24例如一氧化硅層于第一溝槽22的內側側壁上，補充說明的是構成溝槽輪廓的基底表面，在本文中皆定義為溝槽的側壁，因此第一溝槽22的底部也是側壁的一部分，在后文，第一溝槽22的底部稱為側壁的底部。如圖3所示，以掩膜層24為掩膜形成一第二溝槽26于基底10中并且位于第一溝槽22的下方，詳細來說第二溝槽26由第一溝槽22的側壁的底部向基底10的第二表面14延伸。如圖4所示，移除掩膜層24，此時第一溝槽22和第二溝槽26形成一復合式溝槽28，復合式溝槽28具有一類波浪形側壁30，相同地，波浪形側壁30是指構成復合式溝槽28的輪廓的基底10表面，波浪形側壁30包含至少二個弧形表面301、302，弧形表面301、302的曲率可以相同或是相異，第二溝槽26的開口 02較第一溝槽22的開口 01小。圖2和圖3中的步驟可以重復多 次直到在第一溝槽22下方形成足夠數(shù)目的溝槽，舉例而言，如圖5所示，一變化形的復合式溝槽128具有一第三溝槽33由第二溝槽26的側壁的底部延伸，并且第一溝槽22、第二溝槽26和第三溝槽33共同形成一變化形的類波浪形側壁130。如圖6所不，形成一柵極結構32包含一柵極34和一柵極介電層36于復合式溝槽28中，然后形成一基極區(qū)38于主體區(qū)16的上部中，并且基極區(qū)38與第一表面12相鄰，基極區(qū)38具有第二導電型態(tài)，第二導電型態(tài)較佳為P型，但不限于此，第二導電型態(tài)亦可以為N型。然后再形成一陰極區(qū)40于基極區(qū)38內并且環(huán)繞復合式溝槽28，陰極區(qū)40為第一導電型態(tài)。然后形成一歐姆接觸區(qū)42于基極區(qū)38中并且環(huán)繞陰極區(qū)40，其中歐姆接觸區(qū)42具有第二導電型態(tài)。然后形成一陽極區(qū)44于基底10中并且鄰近第二表面14，接著形成一陰極接觸墊46于歐姆接觸區(qū)42和陰極區(qū)40上，至此，本發(fā)明的具有溝槽式柵極結構的功率組件100業(yè)已完成。根據(jù)本發(fā)明的第二較佳實施例，本發(fā)明提供一種具有溝槽式柵極結構的功率組件，本發(fā)明的具有溝槽式柵極結構的功率組件包含一基底10包含一第一表面12和與第一表面12相對的一第二表面14，一主體區(qū)16具有一第一導電型態(tài)設置于基底10中，主體區(qū)16可以分為一漂移區(qū)20和一漂移區(qū)20位在緩沖區(qū)18的上方，緩沖區(qū)18和漂移區(qū)20皆具有第一導電型態(tài)，一基極區(qū)38具有一第二導電型態(tài)設置于主體區(qū)16的上部，一陰極區(qū)40具有第一導電型態(tài)設置于基極區(qū)38中，一歐姆接觸區(qū)42設置于基極區(qū)38中并且環(huán)繞陰極40。一復合式溝槽28設置于基底10中并且復合式溝槽28由第一表面12延伸至主體區(qū)16，并且陰極區(qū)40環(huán)繞復合式溝槽28，其中復合式溝槽28包含一類波浪形側壁30，復合式溝槽28進一步包含一垂直側壁31接觸基極區(qū)38和陰極區(qū)40，一陽極區(qū)44具有第二導電型態(tài)設置于基底10中并且與第二表面14相鄰,一柵極結構32設置于復合式溝槽28中，其中柵極結構32包含一柵極34和一柵極介電層36，一陰極接觸墊46設置于歐姆接觸區(qū)42和陰極區(qū)40上。上述的第一導電形態(tài)較佳為N型，而第二導電型態(tài)較佳為P型，但不限于此，根據(jù)不同的實施例，第一導電形態(tài)亦可以為P型，第二導電型態(tài)可以為N型。當一電壓差加于柵極34、陰極區(qū)40和陽極區(qū)44時，一累積區(qū)48沿著類波浪形側壁30形成于主體區(qū)38中，累積區(qū)48可以提供基極電流給IGBT的雙極晶體管，提升IGBT的工作效能。
請參閱圖4，圖4更清楚的顯示類波浪形側壁30的結構，值得注意的是類波浪形側壁30包含至少二個弧形表面301、302，弧形表面301、302的曲率可以相同或是相異。請參閱圖5，圖5繪示了一變化形的類波浪形側壁130，變化形的類波浪形側壁130包含多于二個弧形表面，各個弧形表面皆具有各自的曲率。請參閱圖7，一復合式溝槽228可以只有一個弧形表面，如圖7中的復合式溝槽228具有一垂直側壁231和一球形底部233。相較于傳統(tǒng)的溝槽式柵極結構，本發(fā)明的功率組件具有一類波浪形側壁，造成柵極結構的表面積增加，所以沿著類波浪形側壁的累積區(qū)，也因此延長，因而造成由累積區(qū)供 應的基極電流量上升，進而提升IGBT的效能。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于包括 基底，包第一表面和第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對； 主體區(qū)，具有第一導電型態(tài)，設置在所述基底中； 基極區(qū)，具有第二導電型態(tài)，設置在所述主體區(qū)中； 陰極區(qū)，具有所述第一導電型態(tài)，設置在所述基極區(qū)中； 陽極區(qū)，具有所述第二導電型態(tài)，設置在所述基底中，其中所述陽極區(qū)接近所述第二表面； 一溝槽，設置在所述基底中并且所述溝槽由所述第一表面延伸至所述主體區(qū)，所述陰極區(qū)環(huán)繞所述溝槽，其特征在于所述溝槽具有一類波浪形側壁； 柵極結構，設置在所述溝槽中；以及 累積區(qū)，沿著所述類波浪形側壁設置于所述主體區(qū)中。
2.如權利要求I所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，主體區(qū)另包含 漂移區(qū)，具有所述第一導電型態(tài)；以及 緩沖區(qū)，具有所述第一導電型態(tài)并且設置于漂移區(qū)下方。
3.如權利要求2所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，類波浪形側壁設置在漂移區(qū)中。
4.如權利要求I所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，溝槽另包含一垂直側壁接觸基極區(qū)和陰極區(qū)。
5.如權利要求I所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，類波浪形側壁包括第一曲率。
6.如權利要求5所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，類波浪形側壁包含第二曲率。
7.如權利要求6所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，第一曲率和第二曲率不相同。
8.如權利要求I所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，類波浪形側壁包括兩個曲率。
9.如權利要求I所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，更包括一個歐姆接觸區(qū)設置在基極區(qū)中并且環(huán)繞陰極，其特徵在于歐姆接觸區(qū)具有第二導電型態(tài)。
10.一種具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法，其特征在于，包括 提供基底，包含主體區(qū)，所述主體區(qū)具有第一導電型態(tài)，其中所述基底具有第一表面和第二表面，第二表面和所述第一表面相對； 形成第一溝槽在主體區(qū)中，其中第一溝槽具有第一開口 ； 形成一掩膜層在所述第一溝槽的側壁； 透過掩膜層作為掩膜，形成一個具有一個第二開口的第二溝槽，所述第二溝槽系由所述第一溝槽一側壁的一底部延伸，其中所述第二開口較所述第一開口??；以及移除所述掩膜層。
11.如權利要求10所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法，其特征在于，第一溝槽和所述第二溝槽組成一復合式溝槽，復合式溝槽具有一類波浪形側壁。
12.如權利要求11所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法，其特征在于，另包含 移除掩膜層后，形成一柵極結構在復合式溝槽中； 形成一基極區(qū)于所述主體區(qū)的上部，其中基極區(qū)具有第二導電型態(tài)；以及 形成陰極區(qū)在基極區(qū)，陰極區(qū)具有第一導電型態(tài)。
13.如權利要求12所述的具有溝槽式柵極結構的功率組件的制作方法，其特征在于，另包含 形成陰極區(qū)后，更形成一個歐姆接觸區(qū)在基極區(qū)中，且歐姆接觸區(qū)與陰極區(qū)相鄰。
14.具有溝槽式柵極結構的功率組件，其特征在于，包含 基底，包含第一表面和第二表面與所述第一表面相對； 主體區(qū)，具有第一導電型態(tài)設置于所述基底中； 基極區(qū)，具有第二導電型態(tài)設置于所述主體區(qū)中； 陰極區(qū)，具有所述第一導電型態(tài)設置于所述基極區(qū)中； 陽極區(qū)，具有所述第二導電型態(tài)設置于所述基底中，并且陽極區(qū)接近所述二表面；一復合式溝槽，設置于所述基底中并且所述復合式溝槽由所述第一表面延伸至所述主體區(qū)，所述陰極區(qū)環(huán)繞所述復合式溝槽，其中所述復合式溝槽包含一第一溝槽和一第二溝槽，所述第二溝槽由所述第一溝槽的一側壁的一底部延伸，并且所述復合式溝槽包含一類波浪形側壁； 柵極結構，設置于所述復合式溝槽中；以及 一累積區(qū)，沿著所述類波浪形側壁設置于所述主體區(qū)中。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有溝槽式柵極結構的功率組件，其中柵極結構形成在一具有類波浪形側壁的復合式溝槽中，功率組件包含基底包，具有第一表面和第二表面，主體區(qū)具有第一導電型態(tài)設置于基底中，基極區(qū)具有第二導電型態(tài)設置在主體區(qū)中，陰極區(qū)具有第一導電型態(tài)設置于基極區(qū)中，陽極區(qū)具有第二導電型態(tài)設置于基底中，復合式溝槽設置于基底中并且復合式溝槽由第一表面延伸至主體區(qū)，其中復合式溝槽具有一類波浪形側壁，柵極結構設置于復合式溝槽中以及累積區(qū)沿著類波浪形側壁設置于主體區(qū)中。
文檔編號H01L21/331GK102738226SQ20111026682
公開日2012年10月17日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權日2011年4月7日
發(fā)明者劉獻文, 吳鐵將, 陳逸男 申請人:南亞科技股份有限公司