專利名稱：一種槽柵型mosfet器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOSFET器件，更具體地，涉及一種槽柵型MOSFET器件。
背景技術(shù)：
槽柵型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件由于其高效能、低成本等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于電源管理領(lǐng)域。當(dāng)槽柵型MOSFET器件被應(yīng)用于具有感性負(fù)載的電路中時(shí)，其非鉗位電感性開關(guān)(UIS)性能是影響槽柵型MOSFET器件效能的一個(gè)重要參數(shù)。如圖1所示，當(dāng)MOSFET M導(dǎo)通時(shí)，電感L通過MOSFET M放電。而當(dāng)MOSFET M關(guān)斷時(shí)，由于電感電流不能突變，則MOSFET M中的寄生二極管A被擊穿，電感電流通過寄生二極管A放電。UIS就是指MOSFET輸出端外接有一不能被其他電路鉗制電位的感性器件時(shí)， 當(dāng)MOSFET從導(dǎo)通向外輸出能量轉(zhuǎn)化到關(guān)斷時(shí)，感性器件內(nèi)部存貯的能量需要通過MOSFET 體內(nèi)的二極管釋放到接地端的過程。UIS能力的大小通常使用MOSFET能夠承受的最大UIS 能量表征。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中的多個(gè)連續(xù)N型槽柵型MOSFET器件。如圖2所示，以其中一個(gè)單獨(dú)的N型槽柵型MOSFET器件為例，所述槽柵型MOSFET器件包括作為漏極D的N型襯底N-sub以及生長于N型襯底N-sub之上的N型外延層N-印i。在N型外延層Nipi內(nèi)包括柵介質(zhì)層G0X，以及位于柵介質(zhì)層內(nèi)的多晶硅區(qū)域Poly，作為所述槽柵型MOSFET器件的柵極G。所述槽柵型MOSFET器件還包括和柵介質(zhì)層GOX相鄰的P型體區(qū)P-body、位于P型體區(qū)P-body上的N型重?fù)诫s區(qū)作為所述MOSFET器件的源極，以及源極金屬接觸S。另外， 所述槽柵型MOSFET器件還包括一位于源極金屬接觸S下方的P型重?fù)诫s區(qū)域，且所述P型重?fù)诫s區(qū)域和所述源極金屬接觸S相接觸。如圖2所示，在N型槽柵型MOSFET器件內(nèi)，等效寄生二極管A位于N型外延層 N-epi和P型體區(qū)P-body之間。另外，在該MOSFET器件中還存在等效寄生三極管B，其基極位于P型體區(qū)P-body，發(fā)射極位于N型重?fù)诫s區(qū)，且其集電極位于N型外延層Nipi內(nèi)。當(dāng)在UIS工作條件下發(fā)生寄生二極管反向擊穿時(shí)，對于圖2所示現(xiàn)有技術(shù)中的N 型槽柵型MOSFET器件來說，反向電流由漏極D流向源極S，如圖3所示。此時(shí)，將在P型體區(qū)P-body與N型重?fù)诫s區(qū)之間產(chǎn)生一正向壓降。由于P型體區(qū)為輕摻雜，其電阻較大，因而所述正向壓降亦較大，大于等效寄生三極管B的基極發(fā)射極導(dǎo)通壓降VBE。n，從而使寄生三極管B導(dǎo)通，對電流進(jìn)行放大，導(dǎo)致失控發(fā)生。此時(shí)，柵極電壓將不再能夠關(guān)斷MOSFET器件， 使得MOSFET器件永久性損壞。因此，如何提高槽柵型MOSFET器件的UIS性能已成為當(dāng)今MOSFET器件研究的一個(gè)重大課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高了 UIS性能的新型槽柵型MOSFET器件。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種槽柵型MOSFET器件，包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的具有第一導(dǎo)電類型的外延層；在所述外延層內(nèi)形成的柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層內(nèi)形成的柵極；在所述外延層內(nèi)形成的體區(qū)，所述體區(qū)與所述柵介質(zhì)層相鄰，具有第二導(dǎo)電類型；在所述體區(qū)上部形成第一導(dǎo)電類型的源極；在所述源極中形成源極金屬接觸，所述源極金屬接觸伸入所述體區(qū)內(nèi)；在所述體區(qū)內(nèi)形成位于所述源極金屬接觸下方的至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域，其中，所述第一導(dǎo)電類型與所述第二導(dǎo)電類型相反；其特征在于，所述體區(qū)與所述半導(dǎo)體襯底之間形成凹形界面，使得所述體區(qū)在源極金屬接觸下方的部分的厚度比所述體區(qū)的其他部分更小。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造槽柵型MOSFET器件的方法，包括提供第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一導(dǎo)電類型的外延層；在所述外延層內(nèi)形成柵介質(zhì)層；在所述柵介質(zhì)層內(nèi)形成柵極；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成與柵介質(zhì)層相鄰的體區(qū)，所述體區(qū)具有第二導(dǎo)電類型；在所述體區(qū)的上部形成第一導(dǎo)電類型的源極；形成穿過所述源極并到達(dá)所述體區(qū)內(nèi)一定深度的凹槽；在所述體區(qū)內(nèi)形成位于凹槽下方的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)域；以及在所述凹槽中填充金屬而形成源極金屬接觸，其特征在于， 所述體區(qū)與所述半導(dǎo)體襯底之間形成凹形界面，使得所述體區(qū)在所述源極金屬接觸下方的部分的厚度比所述體區(qū)的其他部分更小。根據(jù)本發(fā)明提出的新型槽柵型MOSFET器件及其制造方法，在MOSFET的關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生反向電流從最凹處流經(jīng)重?fù)诫s區(qū)域到達(dá)源極金屬接觸，減小了等效寄生三極管B對 MOSFET的關(guān)斷的影響，并且產(chǎn)生了較小的壓降。本發(fā)明的槽柵型MOSFE器件有效地控制了寄生三極管的失控，提高中了槽柵型MOSFET的UIS性能。


圖1示出槽柵型MOSFET器件用于感性負(fù)載電路中的電路圖。圖2示出圖1所示槽柵型MOSFET器件的一種現(xiàn)有技術(shù)中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖3示出圖2所示現(xiàn)有技術(shù)中的槽柵型MOSFET器件在UIS工作條件下的反向電流流向示意圖。圖4示出依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的新型槽柵型MOSFET器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖5示出依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。圖6(a) 6(h)示出制造依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的一種方法。圖7示出制造依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的另一種方法。圖8示出制造依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的另一種方法。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明。在各個(gè)附圖中，相同的元件采用類似的附圖標(biāo)記來表示。為了清楚起見，附圖中的各個(gè)部分沒有按比例繪制。下面詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例的新型槽柵型MOSFET器件。在接下來的說明中，一些具體的細(xì)節(jié)，例如實(shí)施例中的具體摻雜類型，都用于對本發(fā)明的實(shí)施例提供更好的理解。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，即使在缺少一些細(xì)節(jié)或者其他方法、材料等結(jié)合的情況下， 本發(fā)明的實(shí)施例也可以被實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提出了一種新型槽柵型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)器件。 所述槽柵型MOSFET器件的未鉗位電感性開關(guān)(UIS)性能和現(xiàn)有技術(shù)中的槽柵型MOSFET器件相比有極大的提高。圖4示出依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的新型槽柵型MOSFET器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。如圖 4所示，和現(xiàn)有技術(shù)中的槽柵型MOSFET器件相比，本發(fā)明提出的新型槽柵型MOSFET器件的不同之處在于該P(yáng)型體區(qū)P-body與N型外延層Nipi之間形成凹形界面，使得該P(yáng)型體區(qū) P-body在源極金屬接觸S下方的部分的厚度比P型體區(qū)P-body的其他部分更小。因而，P 型體區(qū)P-body的最凹處E位于源極金屬接觸S下方。如圖4所示，當(dāng)在UIS工作條件下發(fā)生寄生二極管A反向擊穿時(shí)，所述凹形界面使得電場聚集在最凹處E，因此，最凹處E電場最高。從而，大部分反向電流被限制在最凹處E 上方的P型重?fù)诫s區(qū)域內(nèi)流過。由于P型重?fù)诫s區(qū)的摻雜濃度大于P型體區(qū)其它區(qū)域的摻雜濃度，因此，其電阻比 P型體區(qū)的要小。因此，反向電流由最凹處E經(jīng)P型重?fù)诫s區(qū)流向源極金屬接觸S，其產(chǎn)生的壓降較小，難以達(dá)到等效寄生三極管B的基極發(fā)射極導(dǎo)通壓降VBE。n，從而避免了失控的發(fā)生?？梢姡罁?jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的新型槽柵型MOSFET器件的UIS性能得到了提高。圖5示出依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 和圖4所示新型槽柵型MOSFET器件相比，圖5所示改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的不同之處在于，其在P型體區(qū)P-body中形成位于源極金屬接觸S下方的兩個(gè)或更多個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)域，且所述兩個(gè)或更多個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)域縱向排列，最頂部的一個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)域和源極金屬接觸S相接觸。所述多個(gè)P型重?fù)诫s區(qū)域使得反向電流流經(jīng)P型重?fù)诫s區(qū)域時(shí)產(chǎn)生的壓降更小， 更不易達(dá)到等效寄生三極管B的基極發(fā)射極導(dǎo)通壓降VBE。n，從而，更有效地避免了失控的發(fā)生，提高了槽柵型MOSFET器件的UIS性能。圖4和圖5分別示出了依據(jù)本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的新型槽柵型MOSFET器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，其中示出了多個(gè)并列設(shè)置的新型槽柵型MOSFET器件，相鄰的兩個(gè)新型槽柵型MOSFET器件共用源極金屬接觸S。由圖4和圖5可以看出，所述最凹處E位于相鄰的兩個(gè)新型槽柵型MOSFET器件的柵極之間的中心處。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解， 上述實(shí)施例只是示例性的，所述最凹處E可以位于相鄰的兩個(gè)新型槽柵型MOSFET器件的柵極之間的任何位置，只要設(shè)置在源極金屬接觸的下方即可。優(yōu)選地，所述最凹處E位于相鄰的兩個(gè)新型槽柵型MOSFET器件的柵極之間的中心處。圖6 (a) 6(h)示出制造依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型MOSFET器件的一種方法。其具體步驟如下步驟a 在N型襯底N-sub上生長N型外延層N-印i，且在N型外延層Nipi上進(jìn)行溝槽刻蝕，如圖6(a)所示；步驟b:在所述溝槽中生長柵介質(zhì)層G0X，并在柵介質(zhì)層GOX內(nèi)生長多晶硅區(qū)域 Poly，如圖6(b)所示；
步驟c 在相鄰兩柵介質(zhì)層GOX之間的臺面上形成光致抗蝕劑PR，然后進(jìn)行P型離子注入，如圖6(c)所示；步驟d 去除光致抗蝕劑ra，然后進(jìn)行P型體區(qū)的熱推進(jìn)，如圖6(d)所示；步驟e 在P型體區(qū)P-body的上部進(jìn)行N型離子重?fù)诫s，如圖6 (e)所示；步驟f 在將要形成源極金屬接觸的位置，刻蝕出穿過N型離子重?fù)诫s區(qū)域并到達(dá) P型體區(qū)p-body內(nèi)一定深度的凹槽，如圖6(f)所示；步驟g:通過凹槽，使用不同能量在P型體區(qū)P-body內(nèi)進(jìn)行多次P型離子重?fù)诫s注入，如圖6(g)所示；步驟h 在凹槽中填充金屬而形成源極金屬接觸S，如圖6(h)所不。在上述步驟c中，光致抗蝕劑I3R僅僅遮擋N型外延層N^pi位于相鄰的兩個(gè)新型槽柵型MOSFET器件的柵極之間的中間的一部分區(qū)域。因而，在后續(xù)熱推進(jìn)d中，P型體區(qū) P-body與N型外延層Nipi之間形成凹形界面，使得該P(yáng)型體區(qū)P-body在源極金屬接觸S 下方的部分的厚度比P型體區(qū)P-body的其他部分更小。在另一實(shí)施例中，如圖7所示，在步驟c中采用較高的能量進(jìn)行P型體區(qū)P-body 的P型離子注入，以使得光致抗蝕劑ra不能完全阻止P型離子注入進(jìn)其下方區(qū)域，而是使該區(qū)域內(nèi)P型離子深度小于P型體區(qū)P-body內(nèi)其它區(qū)域的P型離子深度。之后，再進(jìn)行熱推進(jìn)。這樣，同樣能形成凹形界面，提高槽柵型MOSFET器件的UIS性能。 在另一實(shí)施例中，如圖8所示，在步驟c中，采用多次對P型體區(qū)P-body進(jìn)行P型離子注入，以使得光致抗蝕劑PR不能完全阻止P型離子注入進(jìn)其下方區(qū)域，而是使該區(qū)域內(nèi)P型離子深度小于P型體區(qū)P-body內(nèi)其它區(qū)域的P型離子深度。之后，再進(jìn)行熱推進(jìn)。 這樣，同樣能形成凹形界面，提高槽柵型MOSFET器件的UIS性能。圖6 (a) 6 (h)、圖7和圖8示出制造依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的改進(jìn)的新型槽柵型 MOSFET器件的方法。利用所述方法，亦可實(shí)現(xiàn)依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例中新型槽柵型MOSFET 器件結(jié)構(gòu)的制造。同樣可以利用圖6(a) 6(h)的步驟，只是在步驟6(g)中只進(jìn)行一次P 型離子注入。上述步驟示出了制作本發(fā)明提出的新型槽柵型MOSFET器件的方法。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述步驟只是示例性的，在缺少上述某一步驟或某幾個(gè)步驟，或更變上述步驟的順序，或變換上述步驟中的材料或工藝方法，本發(fā)明提出的新型槽柵型MOSFET 器件也是可以實(shí)現(xiàn)的。例如，在步驟c中，亦可采用其它具有掩模功能的物體，如氧化物的硬掩模，代替光致抗蝕劑以阻止所述部分區(qū)域的離子注入，以使得該所述區(qū)域無離子注入或注入離子的深度小于其它區(qū)域注入離子的深度。在上述實(shí)施例中，均以N型槽柵型MOSFET器件為例對新型槽柵型MOSFET器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法進(jìn)行了說明。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述實(shí)施例只是示例性的，本發(fā)明提出的新型槽柵型MOSFET器件結(jié)構(gòu)和制造方法同樣也適用于P型槽柵型 MOSFET 器件。上述本發(fā)明的說明書和實(shí)施方式僅僅以示例性的方式對本發(fā)明實(shí)施例的槽柵型 MOSFET器件及其制作方法進(jìn)行了說明，并不用于限定本發(fā)明的范圍。對于公開的實(shí)施例進(jìn)行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實(shí)施例和對實(shí)施例中元件的等同變化可以被本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所了解。本發(fā)明所公開的實(shí)施例的其他變化和修改并不超出本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種槽柵型MOSFET器件，包括 第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成的具有第一導(dǎo)電類型的外延層； 在所述外延層內(nèi)形成的柵介質(zhì)層； 在所述柵介質(zhì)層內(nèi)形成的柵極；在所述外延層內(nèi)形成的體區(qū)，所述體區(qū)與所述柵介質(zhì)層相鄰，具有第二導(dǎo)電類型； 在所述體區(qū)上部形成第一導(dǎo)電類型的源極；在所述源極中形成源極金屬接觸，所述源極金屬接觸伸入所述體區(qū)內(nèi)； 在所述體區(qū)內(nèi)形成位于所述源極金屬接觸下方的至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域， 其中，所述第一導(dǎo)電類型與所述第二導(dǎo)電類型相反；其特征在于，所述體區(qū)與所述半導(dǎo)體襯底之間形成凹形界面，使得所述體區(qū)在源極金屬接觸下方的部分的厚度比所述體區(qū)的其他部分更小。
2.如權(quán)利要求1所述的槽柵型MOSFET器件，其特征在于，所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域包括縱向排列的兩個(gè)或更多個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的槽柵型MOSFET器件，其特征在于，所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域中的最頂部的一個(gè)和所述源極金屬接觸相接觸。
4.一種制造槽柵型MOSFET器件的方法，包括 提供第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一導(dǎo)電類型的外延層； 在所述外延層內(nèi)形成柵介質(zhì)層； 在所述柵介質(zhì)層內(nèi)形成柵極；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成與柵介質(zhì)層相鄰的體區(qū)，所述體區(qū)具有第二導(dǎo)電類型；在所述體區(qū)的上部形成第一導(dǎo)電類型的源極；形成穿過所述源極并到達(dá)所述體區(qū)內(nèi)一定深度的凹槽；在所述體區(qū)內(nèi)形成位于凹槽下方的第二導(dǎo)電類型的重?fù)诫s區(qū)域；以及在所述凹槽中填充金屬而形成源極金屬接觸，其特征在于，所述體區(qū)與所述半導(dǎo)體襯底之間形成凹形界面，使得所述體區(qū)在所述源極金屬接觸下方的部分的厚度比所述體區(qū)的其他部分更小。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述形成重?fù)诫s區(qū)域的步驟中形成至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)第二導(dǎo)電類型重?fù)诫s區(qū)域中的最頂部的一個(gè)和所述源極金屬接觸相接觸。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述形成體區(qū)的步驟包括在所述源極上部使用掩模以在半導(dǎo)體襯底中進(jìn)行至少一次離子注入。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述掩模為光刻膠或氧化物。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一次離子注入包括使用第一能量進(jìn)行離子注入，使所述半導(dǎo)體襯底位于所述掩模下方的部分不具有注入的離子。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一次離子注入包括使用同一個(gè)掩模進(jìn)行的不同深度的離子注入，使所述半導(dǎo)體襯底位于所述掩模下方的部分注入離子的深度小于所述體區(qū)的未遮擋部分的注入離子的深度。
全文摘要
本申請公開了一種新型槽柵型MOSFET器件及其制造方法。所述體區(qū)與所述半導(dǎo)體襯底之間形成凹形界面，使得所述體區(qū)在源極金屬接觸下方的部分的厚度比所述體區(qū)的其他部分更小。所述凹形界面的最凹處E位于源極金屬接觸下方，使得反向電場聚集在最凹處。在體區(qū)中還可以形成位于源極金屬接觸下方的重?fù)诫s區(qū)域以減小其電阻。在MOSFET的關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生反向電流從最凹處流經(jīng)重?fù)诫s區(qū)域到達(dá)源極金屬接觸，減小了等效寄生三極管B對MOSFET的關(guān)斷的影響，并且產(chǎn)生了較小的壓降。本發(fā)明的槽柵型MOSFE器件有效地控制了寄生三極管的失控，提高了槽柵型MOSFET的UIS性能。
文檔編號H01L21/28GK102184945SQ20111011782
公開日2011年9月14日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月3日
發(fā)明者唐納德·R·迪斯尼, 張磊, 李鐵生, 馬榮耀 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司