專利名稱：一種具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管領(lǐng)域，具體是一種具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Trench M0SFET)是近幾年迅速發(fā)展起來的新型功率器件，由于它比雙極型功率器件具有許多優(yōu)良性能如高輸入阻抗，低驅(qū)動電流，沒有少子存儲效應(yīng)，開關(guān)速度快，工作頻率高，具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，并有良好的電流自調(diào)節(jié)能力，可有效地防止電流局部集中和熱點(diǎn)的產(chǎn)生，電流分布均勻，容易通過并聯(lián)方式增加電流容量，具有較強(qiáng)的功率處理能力，熱穩(wěn)定性好，安全工作區(qū)大，沒有二次擊穿等，已廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，如高速開關(guān)電路，開關(guān)電源，不間斷電源，高功率放大電路，高 保真音響電路，射頻功放電路，電力轉(zhuǎn)換電路，電機(jī)變頻電路，電機(jī)驅(qū)動電路，固體繼電器，控制電路與功率負(fù)載之間的接口電路等。溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Trench M0SFET)采用硅片背面作為漏極，硅片上制造外延層，在外延層中挖溝槽，在溝槽中生長一層?xùn)叛趸瘜?，然后再淀積多晶硅柵電極，在柵電極和源極之間有隔離層BPSG。在外延層中制備溝道體和源極。這種結(jié)構(gòu)的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Trench MOSFET)的缺點(diǎn)(以NMOS為例)在于，第一，柵極多晶電位大于0，從而吸引除溝道體外的N型輕摻雜的外延層中的電子在柵氧化層與外延層交界面上，相當(dāng)于增大了外延層的摻雜濃度，導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档?，限制了器件的耐壓；第二，多晶硅柵極、柵極氧化層和漏極組成的寄生電容，限制了晶體管的開關(guān)速度，增大了晶體管的開關(guān)損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管及其制備方法，解決了傳統(tǒng)的Trench MOSFET耐壓能力較差，同時(shí)開關(guān)速度較慢、開關(guān)損耗較大的問題。本發(fā)明為解決技術(shù)問題主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管，從下往上依次包括漏極、襯底、漂移區(qū)及源極；
所述漂移區(qū)設(shè)有若干深溝槽，深溝槽內(nèi)設(shè)有溝槽源極場板，所述溝槽源極場板兩側(cè)的深溝槽內(nèi)設(shè)有厚氧化層，溝槽源極場板兩側(cè)的厚氧化層上各設(shè)有一個(gè)柵極，柵極與深溝槽的內(nèi)壁之間設(shè)有柵極氧化層；
所述相鄰深溝槽之間設(shè)有體區(qū)，所述體區(qū)的上方設(shè)有兩個(gè)源區(qū)和一個(gè)歐姆接觸區(qū)，兩個(gè)源區(qū)分別位于歐姆接觸區(qū)的兩側(cè)；
所述深溝槽的上方設(shè)有隔離氧化層，隔離氧化層上設(shè)有若干接觸孔，歐姆接觸區(qū)通過接觸孔與源極連通。所述溝槽源極場板的頂部與深溝槽的上沿相平。
所述柵極的頂部與深溝槽的上沿相平。所述柵極、柵極氧化層及體區(qū)的最底端均位于深溝槽的中部以上。
一種制備上述具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管的方法，包括以下步驟
a、在襯底上生長外延層，即漂移區(qū)；
b、在漂移區(qū)中刻蝕深溝槽，并在深溝槽內(nèi)生長厚氧化層；
C、在深溝槽內(nèi)淀積溝槽源極場板，并將溝槽源極場板回蝕至與深溝槽的上沿相平； d、對步驟b中得到的厚氧化層進(jìn)行刻蝕，并使厚氧化層位于深溝槽的上沿以下；
e、在經(jīng)過刻蝕后的厚氧化層上淀積柵極，然后將柵極回蝕到與深溝槽的上沿相平；
f、柵極形成后，在漂移區(qū)內(nèi)注入體區(qū)；
g、在漂移區(qū)內(nèi)注入源區(qū)；
h、在深溝槽上方淀積隔離氧化層，并在隔離氧化層上刻蝕接觸孔；
i、通過接觸孔向漂移區(qū)注入歐姆接觸區(qū)； j、在漂移區(qū)上淀積金屬，形成源極；
k、在襯底的下表面淀積金屬,形成漏極。所述步驟k的具體過程為，先對襯底進(jìn)行減薄操作，使襯底的厚度為200um，然后在襯底的下表面淀積金屬，形成漏極。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(I)本發(fā)明的晶體管當(dāng)MOSFET反向偏置時(shí)，由于溝槽源極場板連接到源極共同接地，溝槽源極場板使耗盡區(qū)向電流的垂直方向耗盡，這樣就使原來只沿電流方向耗盡的空間電荷區(qū)變?yōu)闄M向縱向同時(shí)耗盡的空間電荷區(qū)。在漂移區(qū)的相對側(cè)通常存在相似的溝槽源極場板，從而漂移區(qū)從兩側(cè)耗盡，這允許漂移區(qū)的摻雜濃度顯著高于其他情形阻擋漏極與源極之間的反向電壓所需的濃度，這樣在提高晶體管擊穿電壓的同時(shí)，并沒有提高晶體管的導(dǎo)通電阻，由于溝槽源極場板的存在，與傳統(tǒng)晶體管相比降低了導(dǎo)通電阻。(2)本發(fā)明的溝槽源極場板將柵極與漏極分開，把傳統(tǒng)晶體管的柵漏電容變?yōu)楝F(xiàn)在的柵源電容，又由于溝槽源極場板下面的厚氧化層使形成的柵源電容也非常小，用較小的柵源電容代替?zhèn)鹘y(tǒng)晶體管的具有米勒效應(yīng)的柵漏電容，從而使MOSFET能以較高的頻率操作。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例
如圖I所示，本實(shí)施例的Trench MOSFET晶體管從下往上依次包括漏極213、襯底200、漂移區(qū)201及源極212 ；
漂移區(qū)201設(shè)有若干深溝槽202，深溝槽202內(nèi)設(shè)有溝槽源極場板204，溝槽源極場板204兩側(cè)的深溝槽202內(nèi)設(shè)有厚氧化層203，溝槽源極場板204兩側(cè)的厚氧化層203上各設(shè)有一個(gè)柵極206，柵極206與深溝槽202的內(nèi)壁之間設(shè)有柵極氧化層205 ；本實(shí)施例的相鄰深溝槽202之間設(shè)有體區(qū)207，所述體區(qū)207的上方設(shè)有兩個(gè)源區(qū)208和一個(gè)歐姆接觸區(qū)211，兩個(gè)源區(qū)208分別位于歐姆接觸區(qū)211的兩側(cè)；
本實(shí)施例的深溝槽202的上方設(shè)有隔離氧化層209，隔離氧化層209上設(shè)有若干接觸孔210，歐姆接觸區(qū)211通過接觸孔210與源極212連通。本實(shí)施例的溝槽源極場板204的頂部與深溝槽202的上沿相平。本實(shí)施例的柵極206的頂部與深溝槽202的上沿相平。本實(shí)施例的柵極206、柵極氧化層205及體區(qū)207的最底端均位于深溝槽202的中部以上，也可以這么說，柵極206、柵極氧化層205及體區(qū)207大體上位于同一水平高度，該柵極206被柵極氧化層205與體區(qū)207相隔開，同時(shí)也與溝槽源極場板204相隔開。溝槽源極場板204與源極212連接，當(dāng)MOSFET反向偏置時(shí)，溝槽源極場板204向 電流的垂直方向耗盡漂移區(qū)201里的載流子，由于在漂移區(qū)201的相對側(cè)存在相同的具有溝槽源極場板204的結(jié)構(gòu)，使漂移區(qū)201里的載流子從兩側(cè)被耗盡，從而使MOSFET截止時(shí)具有更高的耐壓。這允許漂移區(qū)201的摻雜濃度顯著高于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)阻擋漏極213與源極212之間的反向電壓所需的濃度，也就是在使器件達(dá)到相同擊穿電壓的時(shí)候，具有溝槽源極場板結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)201的電阻率比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的漂移區(qū)的電阻率低。因此，降低了器件的導(dǎo)通電阻。此外，溝槽源極場板204將柵極206與漏極213隔開，與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的柵極與漏極相t匕，相當(dāng)于增加了由柵極和漏極組成的寄生電容間的場板間距，因此減小了柵極204到漏極213的電容，可以使MOSFET以較高的頻率操作。
一種制備上述具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管的方法，包括以下步驟
a、在襯底200上生長外延層，即漂移區(qū)201；
b、在漂移區(qū)201中刻蝕深溝槽202，并在深溝槽202內(nèi)生長厚氧化層203；
C、在深溝槽202內(nèi)淀積溝槽源極場板204，并將溝槽源極場板204回蝕至與深溝槽202的上沿相平；
d、對步驟b中得到的厚氧化層203進(jìn)行刻蝕，并使厚氧化層203位于深溝槽202的上沿以下；
e、在經(jīng)過刻蝕后的厚氧化層203上淀積柵極206，然后將柵極206回蝕到與深溝槽202的上沿相平；
f、柵極206形成后，在漂移區(qū)201內(nèi)注入體區(qū)207；
g、在漂移區(qū)201內(nèi)注入源區(qū)208；
h、在深溝槽202上方淀積隔離氧化層209，并在隔離氧化層209上刻蝕接觸孔210；
i、通過接觸孔210向漂移區(qū)201注入歐姆接觸區(qū)211； j、在漂移區(qū)201上淀積金屬，形成源極212 ；
k、在襯底200的下表面淀積金屬,形成漏極213。步驟k的具體過程為，先對襯底200進(jìn)行減薄操作，使襯底200的厚度為200um，然后在襯底200的下表面淀積金屬，形成漏極213。
權(quán)利要求
1.一種具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管，其特征在于從下往上依次包括漏極(213)、襯底(200)、漂移區(qū)(201)及源極(212)； 所述漂移區(qū)(201)設(shè)有若干深溝槽(202)，深溝槽(202)內(nèi)設(shè)有溝槽源極場板(204)，所述溝槽源極場板(204 )兩側(cè)的深溝槽(202 )內(nèi)設(shè)有厚氧化層(203 )，溝槽源極場板(204 )兩側(cè)的厚氧化層(203)上各設(shè)有一個(gè)柵極(206)，柵極(206)與深溝槽(202)的內(nèi)壁之間設(shè)有柵極氧化層(205); 所述相鄰深溝槽(202)之間設(shè)有體區(qū)(207)，所述體區(qū)(207)的上方設(shè)有兩個(gè)源區(qū)(208)和一個(gè)歐姆接觸區(qū)(211)，兩個(gè)源區(qū)(208)分別位于歐姆接觸區(qū)(211)的兩側(cè)； 所述深溝槽(202 )的上方設(shè)有隔離氧化層(209 )，隔離氧化層(209 )上設(shè)有若干接觸孔(210)，歐姆接觸區(qū)(211)通過接觸孔(210)與源極(212)連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有溝槽源極場板的TrenchMOSFET晶體管，其特征在于所述溝槽源極場板(204)的頂部與深溝槽(202)的上沿相平。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有溝槽源極場板的TrenchMOSFET晶體管，其特征在于所述柵極(206)的頂部與深溝槽(202)的上沿相平。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有溝槽源極場板的TrenchMOSFET晶體管，其特征在于所述柵極(206)、柵極氧化層(205)及體區(qū)(207)的最底端均位于深溝槽(202)的中部以上。
5.一種制備權(quán)利要求廣4任一項(xiàng)所述的一種具有溝槽源極場板的Trench MOSFET晶體管的方法，其特征在于包括以下步驟 a、在襯底(200)上生長外延層，即漂移區(qū)(201)； b、在漂移區(qū)(201)中刻蝕深溝槽(202)，并在深溝槽(202)內(nèi)生長厚氧化層(203)； C、在深溝槽(202)內(nèi)淀積溝槽源極場板(204)，并將溝槽源極場板(204)回蝕至與深溝槽(202)的上沿相平； d、對步驟b中得到的厚氧化層(203)進(jìn)行刻蝕，并使厚氧化層(203)位于深溝槽(202)的上沿以下； e、在經(jīng)過刻蝕后的厚氧化層(203)上淀積柵極(206)，然后將柵極(206)回蝕到與深溝槽(202)的上沿相平； f、柵極(206)形成后，在漂移區(qū)(201)內(nèi)注入體區(qū)(207)； g、在漂移區(qū)(201)內(nèi)注入源區(qū)(208)； h、在深溝槽(202)上方淀積隔離氧化層(209)，并在隔離氧化層(209)上刻蝕接觸孔(210)； i、通過接觸孔(210)向漂移區(qū)(201)注入歐姆接觸區(qū)(211)； j、在漂移區(qū)(201)上淀積金屬，形成源極(212); k、在襯底(200)的下表面淀積金屬，形成漏極(213)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種制備具有溝槽源極場板的TrenchMOSFET晶體管的方法，其特征在于所述步驟k的具體過程為，先對襯底(200)進(jìn)行減薄操作，使襯底(200)的厚度為200um，然后在襯底(200)的下表面淀積金屬，形成漏極(213)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有溝槽源極場板的TrenchMOSFET晶體管及其制備方法，所述晶體管下往上依次包括漏極(213)、襯底(200)、漂移區(qū)(201)及源極(212)；漂移區(qū)(201)設(shè)有若干深溝槽(202)，深溝槽(202)內(nèi)設(shè)有溝槽源極場板(204)，溝槽源極場板(204)兩側(cè)的深溝槽(202)內(nèi)設(shè)有厚氧化層(203)，溝槽源極場板(204)兩側(cè)的厚氧化層(203)上各設(shè)有一個(gè)柵極(206)，柵極(206)與深溝槽(202)的內(nèi)壁之間設(shè)有柵極氧化層(205)。通過本發(fā)明，能增強(qiáng)晶體管的耐壓能力，同時(shí)獲得更快的開關(guān)速度、更小的損耗。
文檔編號H01L29/78GK102856385SQ20121031169
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者王新, 朱懷宇 申請人:成都瑞芯電子有限公司