專利名稱：一種金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及功率 半導(dǎo)體器件的單元結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)和制造過程。更具體地，本發(fā)明涉及超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(Super-Junction M0SFET)的新型改良的單元結(jié)構(gòu)，器件結(jié)構(gòu)及其改良的制造過程。
背景技術(shù)：
與傳統(tǒng)的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)相比，超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管由于其具有更高的擊穿電壓和更低的漏-源電阻而更具吸引力。眾所周知，超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管是由在重?fù)诫s的襯底上制造交替并列的P型柱狀結(jié)構(gòu)和η型柱狀結(jié)構(gòu)相互連接構(gòu)成，然而，由于其對(duì)制造過程和制造條件非常敏感，例如:由后續(xù)熱處理引起P型柱狀結(jié)構(gòu)和η型柱狀結(jié)構(gòu)中摻雜物的再擴(kuò)散問題；柱狀結(jié)構(gòu)中的陷阱電荷問題等等…所有這些都可能導(dǎo)致超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中出現(xiàn)電荷不平衡的危險(xiǎn)情況，從而使得其成品率很不穩(wěn)定。尤其是在小于200V的較低偏壓下，這些不利影響會(huì)隨著上述柱狀結(jié)構(gòu)的寬度變小而變得更為顯著?，F(xiàn)有技術(shù)(Μ.A.Gajda 等人所著的論文 “Industrialization of Resurf SteppedOxide Technology for Power Transistor，，，和 Xin Yang 等人所著的論文 “TunableOxide-Bypassed Trench Gate MOSFET Breaking the Ideal Super-junction MOSFETPerformance Line at Equal Column Width”)揭露了一些器件結(jié)構(gòu)以克服上述關(guān)于傳統(tǒng)超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的局限，如圖1A和圖1B所示。需要注意的是，除了一些術(shù)語不同外(圖1A中的器件結(jié)構(gòu)命名為RSO:Resurf Stepped Oxide減小表面電場(chǎng)階梯氧化物，而圖1B中的器件結(jié)構(gòu)命名為TOB:TunabIe Oxide-Bypassed可調(diào)旁路氧化物)，圖1A和圖1B中的器件結(jié)構(gòu)基本是相同的，由于其二者的外延層中都具有比傳統(tǒng)超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管更高的摻雜濃度，因此二者都具有相對(duì)于傳統(tǒng)超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管較低的漏-源電阻和較高的擊穿電壓。再次參考圖1A和圖1B，二者器件結(jié)構(gòu)都有一個(gè)延伸入漂移區(qū)的深溝槽，該深溝槽的側(cè)壁和底部都襯有一層厚氧化物層。唯一的區(qū)別是，圖1A中的器件結(jié)構(gòu)具有單層外延層(N外延層，如圖1A所示)，而圖1B中的器件結(jié)構(gòu)具有雙層外延層(外延層I和外延層2，如圖1B所示，位于重?fù)诫s襯底上的外延層I的摻雜濃度低于靠近溝道區(qū)的外延層2)。由于P型柱狀結(jié)構(gòu)和η型柱狀結(jié)構(gòu)之間的互擴(kuò)散，圖1A和圖1B中的器件結(jié)構(gòu)都不存在電荷不平衡的問題，克服了上述傳統(tǒng)超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管一個(gè)技術(shù)局限，然而，該優(yōu)勢(shì)只有當(dāng)偏置電壓小于200V的時(shí)候才能顯現(xiàn)，這就意味著，當(dāng)偏置電壓大于200V時(shí)傳統(tǒng)超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管具有更低的漏-源電阻。
美國專利號(hào)7，601，597揭露了一種避免前面所述的P型柱狀結(jié)構(gòu)和η型柱狀結(jié)構(gòu)中摻雜物再擴(kuò)散問題的方法，如圖1C所示。例如在一個(gè)N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中，在進(jìn)行完包括:溝槽刻蝕之后的犧牲氧化過程、柵氧化過程、P型體區(qū)形成過程和η+源區(qū)形成過程等在內(nèi)的所有擴(kuò)散步驟之后，再形成P型柱狀結(jié)構(gòu)。然而，這個(gè)現(xiàn)有技術(shù)公開的方法并不是很有效。因?yàn)椋紫?，根?jù)此方法，P型柱狀結(jié)構(gòu)的制造是通過在形成于η型外延層中的深溝槽中生長一層額外的P型外延層；第二，在該額外的P型外延層生長完之后需要進(jìn)行額外的化學(xué)機(jī)械拋光步驟來實(shí)現(xiàn)其表面平坦化；第三，需要進(jìn)行兩次溝槽刻蝕(一次淺溝槽刻蝕用于形成溝槽柵，另一次深溝槽刻蝕用于形成P型柱狀結(jié)構(gòu))。所有這些費(fèi)用的增加都不利于大批量生產(chǎn)。而且，其他因素，例如柱狀結(jié)構(gòu)中陷阱電荷引起的電荷不平衡的問題仍然沒有得到解決。因此，在半導(dǎo)體功率器件領(lǐng)域中，特別是對(duì)于超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的設(shè)計(jì)和制造，仍需要提供一種新型的器件結(jié)構(gòu)和制造方法可以解決這些困難和設(shè)計(jì)限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有減小表面電場(chǎng)階梯氧化物結(jié)構(gòu)的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其優(yōu)點(diǎn)在于可以通過調(diào)整一個(gè)厚氧化層的厚度來減輕電荷不平衡、陷阱電荷等問題的影響，從而更好地優(yōu)化器件性能和提高制造能力。同時(shí)，本發(fā)明僅需要一種柵溝槽和一層單外延層結(jié)構(gòu)，其成本效率高于現(xiàn)有技術(shù)。此外，本發(fā)明還在超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管中提供了分裂柵電極(split gate electrodes)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，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，其位于所述襯底之上，且所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；(C)多個(gè)柵溝槽，位于有源區(qū)，并從所述外延層的上表面延伸入所述外延層；(d)第一絕緣層，襯于每個(gè)所述柵溝槽的底部和側(cè)壁的下部分；
(e)源電極，位于每個(gè)所述柵溝槽內(nèi)，并且所述源電極的下部分被所述第一絕緣層包圍；
(f)第二絕緣層，作為柵氧化層，其至少襯于每個(gè)所述柵溝槽的側(cè)壁的上部分和襯于所述源電極的側(cè)壁的上部分，其中所述第二絕緣層位于所述第一絕緣層上方，并且所述第二絕緣層的厚度小于所述第一絕緣層；(g)分裂柵電極，填充于每個(gè)所述的柵溝槽的上部分，所述分裂柵電極位于所述的源電極和相鄰的所述柵溝槽的側(cè)壁之間，并且被所述的第二絕緣層包圍；(h)臺(tái)面結(jié)構(gòu)，位于每兩個(gè)相鄰的所述柵溝槽之間；(i)第二導(dǎo)電類型的第一摻雜柱狀區(qū)，其位于每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)；(j)第一導(dǎo)電類型的第二摻雜柱狀區(qū)，靠近所述柵溝槽的側(cè)壁，在每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)與所述第一摻雜柱狀區(qū)交替并列排列，并且包圍所述第一摻雜柱狀區(qū)；(k)第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述的臺(tái)面內(nèi)并靠近所述的分裂柵電極，同時(shí)所述第二導(dǎo)電類型的體區(qū)位于覆蓋所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的上表面；和(I)第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，位于所述有源區(qū)中，靠近所述體區(qū)的上表面并靠近所述分裂柵電極。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述多個(gè)溝槽柵的底部位于所述襯底和所述外延層之間的公共界面的上方。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述多個(gè)溝槽柵還可以進(jìn)一步延伸入所述襯底內(nèi)，而所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的下表面到達(dá)所述襯底和所述外延層之間的公共界面處。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括一個(gè)終端區(qū)，該終端區(qū)包括一個(gè)連接至所述源區(qū)的保護(hù)環(huán)和多個(gè)具有懸浮電壓的懸浮保護(hù)環(huán)，其中所述保護(hù)環(huán)和所述多個(gè)懸浮保護(hù)環(huán)為所述第二導(dǎo)電類型，且其結(jié)深都大于所述體區(qū)。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述終端區(qū)可以包括多個(gè)具有懸浮電壓的懸浮溝槽柵，這些懸浮溝槽柵被包括所述體區(qū)、所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)分隔開。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，這些懸浮溝槽柵被包括第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)分隔開。更優(yōu)選地，每個(gè)所述懸浮溝槽柵都包含所述源電極和所述分裂柵電極。根據(jù)本發(fā)明的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管還包括:溝槽式源-體接觸區(qū)，其位于每兩個(gè)相鄰的所述柵溝槽之間，并填充以接觸金屬插塞，穿過所述源區(qū)并延伸如所述體區(qū)；和第二導(dǎo)電類型的體接觸摻雜區(qū)，位于所述體區(qū)中，且位于所述源區(qū)下方，并至少包圍所述溝槽式源-體接觸區(qū)的底部，其中所述體接觸摻雜區(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，所述接觸金屬插塞包括一層鎢金屬層，其襯有一層Ti/TiN或Co/TiN作為勢(shì)壘金屬層。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述接觸金屬插塞可以包括一層鋁合金或銅，其襯有Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN作為勢(shì)壘金屬層，其中所述接觸金屬插塞進(jìn)一步延伸至一個(gè)接觸隔絕緣層上方分別形成源極金屬層或柵極金屬。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述源區(qū)在所述溝槽式源-體接觸區(qū)側(cè)壁與所述柵溝槽附近的溝道區(qū)之間具有相同的摻雜濃度和結(jié)深。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述源區(qū)在所述溝槽式源-體接觸區(qū)側(cè)壁附近比在靠近所述柵溝槽的溝道區(qū)附近具有較大的摻雜濃度和結(jié)深，所述源區(qū)在所述溝槽式源-體接觸區(qū)側(cè)壁與所述的柵溝槽附近的溝道區(qū)之間的摻雜濃度呈現(xiàn)高斯分布。根據(jù)本發(fā)明的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還可以包括:至少一個(gè)溝槽式源電極接觸區(qū)，其填充以所述接觸金屬插塞并將所述源電極與源極金屬層連接；至少一個(gè)柵接觸溝槽，其填充以所述源電極和所述分裂柵電極，其中所述分裂柵電極包括至少一個(gè)溝槽式柵接觸區(qū)，其填充以所述接觸金屬插塞并與柵極金屬層相連用于實(shí)現(xiàn)柵連接。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(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第一導(dǎo)電類型的外延層，其中所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底；(b)在所述外延層的上表面形成一層阻擋層；(c)在所述阻擋層上覆蓋一個(gè)溝槽掩模板；(d)透過由所述溝槽掩模板定義的開放區(qū)域，刻蝕所述阻擋層和所述外延層，在外延層中形成多個(gè)柵溝槽，同時(shí)形成了位于每兩個(gè)相鄰的柵溝槽之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)；(e)形成所述柵溝槽之后讓所述阻擋層繼續(xù)覆蓋在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)上，用來阻擋后續(xù)的傾斜離子注入以防止其進(jìn)入所述臺(tái)面的上表面；(f)進(jìn)行傾斜離子注入，通過所述開放區(qū)域注入第二導(dǎo)電類型的摻雜物進(jìn)入所述臺(tái)面，在所述臺(tái)面中靠近所述柵溝槽側(cè)壁處形成多個(gè)第一摻雜柱狀區(qū)；(g)再次進(jìn)行傾斜離子注入，通過所述開放區(qū)域注入所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物進(jìn)入所述臺(tái)面，在所述臺(tái)面中靠近所述柵溝槽的側(cè)壁處形成多個(gè)第二摻雜柱狀區(qū)，所述第二摻雜柱狀區(qū)與所述第一摻雜柱狀區(qū)并列；(h)去除所述阻擋層；(i)通過熱氧化生長或者氧化物淀積的方法，在所述柵溝槽的內(nèi)表面形成一層厚氧化層作為第一絕緣層；(j)在所述柵溝槽中填充以第一摻雜多晶硅層，作為源電極；(k)從所述外延層的上表面回刻蝕所述源電極；(I)從所述柵溝槽的上部分回刻蝕所述第一絕緣層；(m)形成一層薄的第二絕緣層作為柵氧化層，其覆蓋所述第一絕緣層的上表面、所述柵溝槽的上部分的內(nèi)表面、以及所述源電極的側(cè)壁位于所述第一絕緣層以上的部分；(η)在所述柵溝槽的上部分填充以第二摻雜多晶硅層，作為分裂柵電極；(ο)通過化學(xué)機(jī)械拋光或者等離子體刻蝕的方法回刻蝕所述分裂柵電極；(P)進(jìn)行體注入，注入所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物，并進(jìn)行體擴(kuò)散，形成體區(qū)；(q)在所述外延層的上表面覆蓋一個(gè)源掩模板；和(r)進(jìn)行源注入，注入所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物，并進(jìn)行源擴(kuò)散，形成源區(qū)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，在進(jìn)行所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物的傾斜離子注入之前，可以進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)入所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)，在每兩個(gè)相鄰的所述柵溝槽之間形成所述第一摻雜柱狀區(qū)。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，在所述柵溝槽內(nèi)表面上形成所述第一絕緣層之前，可以進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)入所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)，在靠近所述柵溝槽的側(cè)壁處形成所述第二摻雜柱狀區(qū)，其包圍并與所述第一摻雜柱狀區(qū)交替并列排列。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，在所述柵溝槽內(nèi)表面上形成所述第一絕緣層之前，可以進(jìn)行擴(kuò)散步驟，同時(shí)將所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物和所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)入所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)，分別形成位于所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述第一摻雜柱狀區(qū)和靠近所述柵溝槽的側(cè)壁處的第二摻雜柱狀區(qū)，所述第二摻雜柱狀區(qū)包圍并與所述第一摻雜柱狀區(qū)交替并列排列。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述柵溝槽可以進(jìn)一步刻蝕延伸入所述襯底中。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，所述柵溝槽的底部位于所述襯底的上方。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，還包括在進(jìn)行所述第一導(dǎo)電類型和所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物的傾斜離子注入之前，在所述柵溝槽的內(nèi)表面上形成一層屏蔽氧化層。更優(yōu)選地，在形成所述屏蔽氧化層之前，形成一層犧牲氧化層并通過移除所述犧牲氧化層來消除由于刻蝕所述柵溝槽造成等離子體損傷。根據(jù)本發(fā)明的制造方法，在形成所述源區(qū)之后，還包括:形成一層接觸絕緣層；形成溝槽式源-體接觸區(qū)，其穿過所述接觸絕緣層、所述源區(qū)并延伸入所述體區(qū)；和在所述體區(qū)中形成第二導(dǎo)電類型的體接觸摻雜區(qū)，其位于所述源區(qū)下方并至少包圍所述溝槽式源-體接觸區(qū)的底部，所述體接觸摻雜區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述體區(qū)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以通過調(diào)整第一絕緣層的厚度來減輕電荷不平衡、陷阱電荷等問題的影響，從而更好地優(yōu)化器件性能和提高制造能力。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，制造過程僅需要一種柵溝槽和一層單外延層結(jié)構(gòu)，其成本效率高于現(xiàn)有技術(shù)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，形成所述溝槽式源-體接觸區(qū)包括在接觸區(qū)孔洞中淀積一層襯有勢(shì)壘金屬層的鎢金屬層。在另一些優(yōu)選的實(shí)施例中，形成所述溝槽式源-體接觸區(qū)包括直接在接觸區(qū)孔洞中中淀積一層襯有勢(shì)壘金屬層的源極金屬層。


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)說明和所附權(quán)利要求書，使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員明了，其中:
圖1A示出了現(xiàn)有技術(shù)所揭示的一種溝槽式溝槽金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的剖面圖。圖1B示出了另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)所揭示的一種溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的剖面圖。圖1C示出了另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)所揭示的一種超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的剖面圖。圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)剖面圖。圖2B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的另一個(gè)剖面圖。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖。圖7A到圖7H示出了制造圖4中超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法的一系列剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明可以，但是以不同的方式體現(xiàn)，但是不應(yīng)該局限于在此所述的實(shí)施例。例如，這里的說明更多地引用N溝道的半導(dǎo)體集成電路，但是很明顯其他器件也是可能的。下文是通過參考各個(gè)附圖來對(duì)實(shí)踐本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。一些方向術(shù)語，例如“頂部”、“底部”、“前”、“后”、“上方”、“下方”等，是參考各個(gè)附圖的方向進(jìn)行描述的。由于實(shí)施例中的元件可以被放置在許多不同的方向，因此，本發(fā)明中的方向術(shù)語只是用于描述而不能被視為對(duì)本發(fā)明的限制。應(yīng)該理解的是，實(shí)施例中各種結(jié)構(gòu)或者邏輯上的替代和修改都應(yīng)該被涵蓋在本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)。因此，以下的詳細(xì)描述不能被視為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的涵蓋范圍由附后的權(quán)利要求界定。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明中所描述的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)明特征可以相互結(jié)合，有特別說明的除外。圖2A所示的是本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，其中N溝道超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200形成于一個(gè)N-外延層201中，該N-外延層位于一個(gè)N+襯底202之上，其中該N+襯底202的底部覆蓋有金屬層Ti/Ni/Ag作為漏極金屬層220。多個(gè)柵溝槽203從所述N-外延層201的上表面延伸入所述N-外延層201中，其中所述這些柵溝槽203的溝槽底部位于所述N+襯底202和所述N-外延層201之間公共界面的上方。沿每個(gè)所述柵溝槽203內(nèi)表面的下部分覆蓋有第一絕緣層204，沿每個(gè)所述柵溝槽203內(nèi)表面的上部分覆蓋有第二絕緣層205，其作為柵氧化層，其中所述第一絕緣層204的厚度大于所述第二絕緣層205的厚度。分裂柵電極206 (G，如圖所示)沿著每個(gè)所述溝槽柵203內(nèi)表面的上部分形成，其側(cè)壁被所述第二絕緣層205包圍并且其底部與所述第一絕緣層204接觸。源電極207 (S，如圖所示)形成于在每個(gè)所述柵溝槽203內(nèi)的分裂柵電極206之間，所述源電極207的下部分位于所述分裂柵電極206下方且被所述第一絕緣層204包圍，所述源電極207的上部分靠近所述分裂柵電極206且被所述第二絕緣層205包圍，即每個(gè)所述分裂柵電極206都位于一個(gè)所述源電極207和一個(gè)所述柵溝槽203內(nèi)表面的上部分之間。所述分裂柵電極206和所述源電極207都可以是摻雜的多晶硅層。在每兩個(gè)相鄰的柵溝槽203之間有一個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)，每個(gè)該臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)包括P型第一摻雜柱狀區(qū)208和一對(duì)N型第二摻雜柱狀區(qū)209，其中該N型第二摻雜柱狀區(qū)209靠近柵溝槽203的側(cè)壁，其位置與所述P型第一摻雜柱狀區(qū)并列且包圍所述P型第一摻雜柱狀區(qū)208。每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)還包括覆蓋有η+源區(qū)211的P型體區(qū)210，其中，所述P型體區(qū)210位于有源區(qū)并靠近所述柵電極206，同時(shí)所述P型體區(qū)210覆蓋所述N型第二摻雜柱狀區(qū)209和所述P型第一摻雜柱狀區(qū)208的上表面。在每兩個(gè)相鄰的柵溝槽203之間，還包括一個(gè)溝槽式源-體接觸區(qū)212，其穿過一個(gè)接觸絕緣層214、所述η+源區(qū)211并延伸入所述P型體區(qū)210，每個(gè)所述溝槽式源-體接觸區(qū)212都填充以一個(gè)接觸金屬插塞213，其中所述接觸金屬插塞213可以為襯有勢(shì)壘金屬層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN的鋁合金或銅，該接觸金屬插塞213還延伸至所述接觸絕緣層214上方作為源極金屬層215，連接至所述η+源區(qū)211和所述ρ型體區(qū)210。在這個(gè)實(shí)施例中，所述η+源區(qū)211在所述溝槽式源-體接觸區(qū)212的側(cè)壁和相鄰的柵溝槽203附近的溝道區(qū)之間具有相同的摻雜濃度和結(jié)深。該超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200還包括一個(gè)位于所述P型體區(qū)210中的ρ+體接觸摻雜區(qū)216，其位于所述η+源區(qū)211的下方，并至少包圍每個(gè)所述溝槽式源-體接觸區(qū)212的底部，以減少所述ρ型體區(qū)210和所述接觸金屬插塞213之間的接觸電阻。圖2Β所示的是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200’的橫截面圖。該溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200’的有源區(qū)和所述溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200的有源區(qū)具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200’中，每個(gè)柵溝槽203’中的源電極207’都通過一個(gè)溝槽式源電極接觸區(qū)(222-1或222-2)與源極金屬層215’相連，其中所述溝槽式源電極接觸區(qū)(222-1和222-2)分別填充以接觸金屬插塞(223-1和223-2，與圖2Α中的接觸金屬插塞213相同)。此外，該超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200’還包括一個(gè)柵接觸溝槽203”，其延伸且連接至所述柵溝槽203”且與所述柵溝槽203’具有相同的填充電極結(jié)構(gòu)。所述柵接觸溝槽203”中的分裂柵電極206’通過填充以接觸金屬插塞(221-1或221-2，與接觸金屬插塞213相同)的溝槽式柵接觸(220-1或220-2)連接到柵極金屬層219，用于柵連接。在本實(shí)施例中，所述接觸金屬插塞223-1和223-2都延伸至接觸絕緣層214’上方用于形成所述源極金屬215’，所述接觸金屬插塞221-1和221-2都延伸至所述接觸絕緣層214’上方用于形成所述柵極金屬層 219。圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的橫截面圖，其中所示N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管300與圖2Β中的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管200’相似，除了在圖3中，柵溝槽303和柵接觸溝槽303’都從外延層的上表面進(jìn)一步延伸入N+襯底302中。此外，N型第二摻雜柱狀區(qū)309和P型第一摻雜柱狀區(qū)308的底面到達(dá)了所述外延層和所述N+襯底302的公共界面310處。圖4是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的橫截面圖，其中所示的N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管400與圖3中的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管300相似，除了在圖4中，填充于溝槽式源電極接觸區(qū)(422-1和422-2)中的接觸金屬插塞(423-1和423-2)，和填充于溝槽式源-體接觸區(qū)412中的接觸金屬插塞413，以及填充于溝槽式柵接觸區(qū)(420-1和420-2)中的接觸金屬插塞(421-1和421-2)都是一層鎢金屬層，其襯有一層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN作為勢(shì)壘金屬層。此外，覆蓋接觸絕緣層414上方的源極金屬層415和柵極金屬層419的下方分別襯有一層降阻層Ti或Ti/TiN(圖中未示出)，用于減小所述源極金屬層415和所述接觸金屬插塞(413，423-1和423-2)之間，以及所述柵極金屬層419和所述接觸金屬插塞(421-1和421-2)之間的接觸電阻。圖5A是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的橫截面圖，其有源區(qū)與圖3中的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管300的有源區(qū)具有相似的結(jié)構(gòu)。此外，圖5A中的N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管500還包括一個(gè)終端區(qū)520，其包括多個(gè)懸浮溝槽柵521。所述多個(gè)懸浮溝槽柵521被多個(gè)不包含體區(qū)和源區(qū)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)分隔開，并具有懸浮的電壓且與有源區(qū)中的柵溝槽503具有相同的填充電極結(jié)構(gòu)。圖5B是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的橫截面圖，其有源區(qū)與圖3中的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管300的有源區(qū)具有相似的結(jié)構(gòu)。此外，圖5B中的N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管500’還包括一個(gè)終端區(qū)530，其包括多個(gè)懸浮溝槽柵531。所述多個(gè)懸浮溝槽柵531被多個(gè)包含ρ型體區(qū)510但不包括源區(qū)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)分隔開，其中所述多個(gè)懸浮溝槽柵531具有懸浮的電壓并與有源區(qū)中的柵溝槽513具有相同的填充電極結(jié)構(gòu)。圖5C是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的橫截面圖，其有源區(qū)與圖3中的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管300的有源區(qū)具有相似的結(jié)構(gòu)。此外，圖5C中的N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管500”還包括一個(gè)終端區(qū)540，其包括一個(gè)連接至η+源區(qū)511的保護(hù)環(huán)539(GR，如圖5C所示)，和多個(gè)具有懸浮電壓的懸浮保護(hù)環(huán)549，其中所述保護(hù)環(huán)539和所述多個(gè)懸浮保護(hù)環(huán)549的結(jié)深都大于ρ型體區(qū)550。圖6是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例的橫截面圖，其與圖4中的溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管400具有相似的結(jié)構(gòu)，除了在圖6的N溝道溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管600中，η+源區(qū)611在溝槽式源-體接觸區(qū)612的側(cè)壁附近比在靠近柵溝槽603的溝道區(qū)附近具有更高的摻雜濃度和結(jié)深，且所述η+源區(qū)611在所述溝槽式源-體接觸區(qū)612的側(cè)壁與所述溝道區(qū)之間的摻雜濃度呈現(xiàn)高斯分布。圖7A-7F示出形成圖4中所示N溝道超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的工藝步驟。如圖7Α所示，在一個(gè)N+襯底402上形成了一個(gè)N-外延層401，其中所述N+襯底402的多數(shù)載流子摻雜濃度高于所述N-外延層401，并與所述N-外延層401享有一個(gè)公共界面401’。接著，在所述N-外延層401的上表面覆蓋一層阻擋層430，其可以是一層氧化層。然后，在該阻擋層430上覆蓋一個(gè)溝槽掩模板(圖中未示出)，并通過該溝槽掩模板定義的開放區(qū)域438 (open regions),用干法刻蝕的方法刻蝕多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’，并通過緊接著的干法刻蝕穿過所述公共界面401’，使得所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’進(jìn)一步延伸入所述N+襯底402中。同時(shí)，在每兩個(gè)相鄰的柵溝槽403和柵接觸溝槽403’之間形成了一個(gè)臺(tái)面結(jié)構(gòu)。在圖7B中，首先生長一層犧牲氧化層(圖中未示出)，接著通過移除除該犧牲氧化層以消除在刻蝕所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’的過程中引入的等離子體損傷。在移除該犧牲氧化層之后，所述阻擋層430依然覆蓋在每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)上，用來阻擋后續(xù)的離子注入，以防止其進(jìn)入每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)的上表面。接著，沿所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’的內(nèi)表面生長一層屏蔽氧化層440。然后，通過所述開放區(qū)域438進(jìn)行硼摻雜物的傾斜離子注入，在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)中靠近所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’的側(cè)壁處形成多個(gè)具有柱狀形貌的P型第一摻雜柱狀區(qū)408，其靠近且包圍所述N-外延層401。在圖7C中，進(jìn)行砷或磷摻雜物的另一個(gè)傾斜離子注入，在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)中靠近所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’的側(cè)壁處形成多個(gè)具有柱狀形貌的N型第二摻雜柱狀區(qū)409，其靠近所述P型第一摻雜柱狀區(qū)408，且與所述P型第一摻雜柱狀區(qū)408和所述N-外延層401并列。 在圖7D中，進(jìn)行所述P型第一摻雜柱狀區(qū)408和所述N型第二摻雜柱狀區(qū)409之間的擴(kuò)散步驟之后，其二者的位置有了新的變化:在每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)中，包括一對(duì)所述N型第二摻雜柱狀區(qū)409以及其包圍的一個(gè)所述P型第一摻雜柱狀區(qū)408，且所述P型第一摻雜柱狀區(qū)408擴(kuò)散后與所述N型第二摻雜柱狀區(qū)409交替并列存在。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，在進(jìn)行所述砷或磷摻雜物的傾斜離子注入之前還進(jìn)行了一個(gè)額外的擴(kuò)散步驟(未示出)。在圖7E中，首先移除所述阻擋層和所述屏蔽氧化層。接著通過熱氧化生長或者厚氧化層淀積的方法在所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’的內(nèi)表面形成一層厚氧化層404作為第一絕緣層。接著，在該第一絕緣層404上淀積第一摻雜多晶硅層以填充所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’，并接著進(jìn)行回刻蝕，形成源電極410。然后，從所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’內(nèi)表面的上部分刻蝕去除所述第一絕緣層404。在圖7F中，首先生長一層薄的第二絕緣層作為柵氧化層405，其覆蓋在所述多個(gè)柵溝槽403和至少柵接觸溝槽403’內(nèi)表面的上部分，以及覆蓋在所述源電極410的側(cè)壁位于所述第一絕緣層404上表面以上的部分。然后，第二摻雜多晶硅層被淀積填充在所述源電極410和相鄰的每個(gè)所述柵溝槽403和每個(gè)柵接觸溝槽403’的側(cè)壁之間，接著，該第二摻雜多晶硅層通過化學(xué)機(jī)械拋光或等離子體刻蝕的方法被回刻蝕作為分裂柵電極411。因此，所述分裂柵電極411的底部與所述第一絕緣層404接觸，其側(cè)壁與所述第二絕緣層405接觸。然后，進(jìn)行P型摻雜劑的離子注入，在每兩個(gè)相鄰的所述多個(gè)柵溝槽403和至少一個(gè)柵接觸溝槽403’之間形成ρ型體區(qū)420，其覆蓋在所述N型第二摻雜柱狀區(qū)409和所述P型第一摻雜柱狀區(qū)408的上方。之后，覆蓋一個(gè)源掩模板(圖中未不出)，實(shí)施N型摻雜劑的離子注入，在有源區(qū)中P型體區(qū)420的上表面附近形成η+源區(qū)414。在圖7G中，另一絕緣層被淀積在器件結(jié)構(gòu)的整個(gè)上表面作為接觸絕緣層418。然后，在該接觸絕緣層418上覆蓋一個(gè)接觸區(qū)掩模板(圖中未示出)，通過相繼的干法氧刻蝕和干法硅刻蝕形成多個(gè)接觸區(qū)孔洞(415、415’和415”)。在穿過所述接觸絕緣層418之后，接觸區(qū)孔洞415進(jìn)一步穿過有源區(qū)中的所述η+源區(qū)414并延伸入所述ρ型體區(qū)420 ;接觸區(qū)孔洞415’延伸入位于所述多個(gè)柵溝槽403中的所述源電極410 ;接觸區(qū)孔洞415”延伸入位于所述至少一個(gè)柵接觸溝槽403’中的所述分裂柵電極408。然后，進(jìn)行BF2離子注入，在所述P型體區(qū)420內(nèi)形成一個(gè)ρ+體接觸摻雜區(qū)417，其位于所述η+源區(qū)414的下方且至少包圍所述接觸區(qū)孔洞415的底部。在圖7H中，一層勢(shì)壘金屬層Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN被淀積在所有接觸區(qū)孔洞的側(cè)壁和底面，接著經(jīng)過高溫?zé)嵬嘶鸩襟E以形成硅化物。然后，在所述勢(shì)壘金屬層上淀積一層鎢金屬層，其中該鎢金屬層和所述勢(shì)壘金屬層被回刻蝕以形成:溝槽式源電極接觸區(qū)(422-1和422-2)中的接觸金屬插塞(423-1和423-2)、溝槽式源-體接觸區(qū)412中的接觸金屬插塞413、和溝槽式柵接觸區(qū)(420-1和420-2)中的接觸金屬插塞(421-1和421-2)。然后，在所述接觸絕緣層418上淀積一層鋁合金或銅金屬層，其下方襯有一層Ti或Ti/TiN(未示出)作為降阻層，接著采用一個(gè)金屬掩模板(圖中未示出)并通過金屬刻蝕過程，形成源極金屬層415和柵極金屬419。盡管在此說明了各種實(shí)施例，可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，通過所述的指導(dǎo)，可以對(duì)本發(fā)明做出各種修改。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)。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，包括: 第一導(dǎo)電類型的襯底； 第一導(dǎo)電類型的外延層，其位于所述襯底之上，且所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底； 多個(gè)柵溝槽，位于有源區(qū)，并從所述外延層的上表面延伸入所述外延層； 第一絕緣層，襯于每個(gè)所述柵溝槽的底部和側(cè)壁的下部分； 源電極，位于每個(gè)所述柵溝槽內(nèi)，并且所述源電極的下部分被所述第一絕緣層包圍；第二絕緣層，作為柵氧化層，其至少襯于每個(gè)所述柵溝槽的側(cè)壁的上部分和襯于所述源電極的側(cè)壁的上部分，其中所述第二絕緣層位于所述第一絕緣層上方，并且所述第二絕緣層的厚度小于所述第一絕緣層； 分裂柵電極，填充于每個(gè)所述的柵溝槽的上部分，所述分裂柵電極位于所述的源電極和相鄰的所述柵溝槽的側(cè)壁之間，并且被所述的第二絕緣層包圍； 臺(tái)面結(jié)構(gòu)，位于每兩個(gè)相鄰的所述柵溝槽之間； 第二導(dǎo)電類型的第一摻雜柱狀區(qū)，其位于每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)； 第一導(dǎo)電類型的第二摻雜柱狀區(qū)，靠近所述柵溝槽的側(cè)壁，在每個(gè)所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)與所述第一摻雜柱狀區(qū)交替并列排列，并且包圍所述第一摻雜柱狀區(qū)； 第二導(dǎo)電類型的體區(qū)，位于所述的臺(tái)面內(nèi)并靠近所述的分裂柵電極，同時(shí)所述第二導(dǎo)電類型的體區(qū)位于覆蓋所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的上表面；和 第一導(dǎo)電類型的源區(qū)，位于所述有源區(qū)中，靠近所述體區(qū)的上表面并靠近所述分裂柵電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述多個(gè)柵溝槽的底部位于所述襯底和所述外延層之間的公共界面的上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中，所述多個(gè)柵溝槽進(jìn)一步延伸入所述襯底內(nèi)，而所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的下表面到達(dá)所述襯底和所述外延層之間的公共界面處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)終端區(qū)，該終端區(qū)包括一個(gè)連接至所述源區(qū)的保護(hù)環(huán)和多個(gè)具有懸浮電壓的懸浮保護(hù)環(huán)，其中所述保護(hù)環(huán)和所述多個(gè)懸浮保護(hù)環(huán)為所述第二導(dǎo)電類型，且其結(jié)深都大于所述體區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)終端區(qū)，該終端區(qū)包括多個(gè)具有懸浮電壓的懸浮溝槽柵，所述多個(gè)懸浮溝槽柵被包括所述體區(qū)、所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)分隔開，同時(shí)每個(gè)所述懸浮溝槽柵都包含所述源電極和所述分裂柵電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括一個(gè)終端區(qū)，該終端區(qū)包括多個(gè)具有懸浮電壓的懸浮溝槽柵，所述多個(gè)懸浮溝槽柵被包含所述第一摻雜柱狀區(qū)和所述第二摻雜柱狀區(qū)的臺(tái)面結(jié)構(gòu)分隔開，同時(shí)每個(gè)所述懸浮溝槽柵都包含所述源電極和所述分裂柵電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括: 溝槽式源-體接觸區(qū)，位于每兩個(gè)相鄰的所述柵溝槽之間，其中所述溝槽式源-體接觸區(qū)填充以接觸金屬插塞，穿過所述源區(qū)并延伸入所述體區(qū)；和第二導(dǎo)電類型的體接觸摻雜區(qū)，位于所述體區(qū)中，且位于所述源區(qū)下方，并至少包圍所述溝槽式源-體接觸區(qū)的底部，其中所述體接觸摻雜區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述體區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述接觸金屬插塞包括一層鎢金屬層，其襯有一層Ti/TiN或Co/TiN作為勢(shì)壘金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述接觸金屬插塞包括一層鋁合金或銅，其襯有Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN作為勢(shì)壘金屬層，其中所述接觸金屬插塞進(jìn)一步延伸至一個(gè)接觸絕緣層上方分別形成源極金屬層或柵極金屬。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述源區(qū)在所述溝槽式源-體接觸區(qū)側(cè)壁與所述柵溝槽附近的溝道區(qū)之間具有相同的摻雜濃度和結(jié)深。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，其中所述源區(qū)在所述溝槽式源-體接觸區(qū)側(cè)壁附近比在靠近所述柵溝槽的溝道區(qū)附近具有較大的摻雜濃度和結(jié)深，所述源區(qū)在所述溝槽式源-體接觸區(qū)側(cè)壁與所述的柵溝槽附近的溝道區(qū)之間的摻雜濃度呈現(xiàn)高斯分布。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括至少一個(gè)溝槽式源電極接觸區(qū)，其填充以接觸金屬插塞并將所述源電極與源極金屬層連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，還包括至少一個(gè)柵接觸溝槽，其填充以所述源電極和所述分裂柵電極，其中所述分裂柵電極包括至少一個(gè)溝槽式柵接觸區(qū)，其填充以接觸金屬插塞并與柵極金屬層相連用于實(shí)現(xiàn)柵連接。
14.一種用于制造超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的方法，包括以下步驟: 在第一導(dǎo)電類型的襯底上生長第一導(dǎo)電類型的外延層，其中所述外延層的多數(shù)載流子濃度低于所述襯底； 在所述外延層的上表面形成一層阻擋層； 在所述阻擋層上覆蓋一個(gè)溝槽掩模板； 透過由所述溝槽掩模板定義的開放區(qū)域，刻蝕所述阻擋層和所述外延層，在外延層中形成多個(gè)柵溝槽，同時(shí)形成了位于每兩個(gè)相鄰的柵溝槽之間的臺(tái)面結(jié)構(gòu)； 形成所述柵溝槽之后讓所述阻擋層繼續(xù)覆蓋在所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)上，用來阻擋后續(xù)的傾斜離子注入以防止其進(jìn)入所述臺(tái)面的上表面； 進(jìn)行傾斜離子注入，通過所述開放區(qū)域注入第二導(dǎo)電類型的摻雜物進(jìn)入所述臺(tái)面，在所述臺(tái)面中靠近所述柵溝槽側(cè)壁處形成多個(gè)第一摻雜柱狀區(qū)； 再次進(jìn)行傾斜離子注入，通過所述開放區(qū)域注入所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物進(jìn)入所述臺(tái)面，在所述臺(tái)面中靠近所述柵溝槽的側(cè)壁處形成多個(gè)第二摻雜柱狀區(qū)，所述第二摻雜柱狀區(qū)與所述第一摻雜柱狀區(qū)并列； 去除所述阻擋層； 通過熱氧化生長或者氧化物淀積的方法，在所述柵溝槽的內(nèi)表面形成一層厚氧化層作為第一絕緣層； 在所述柵溝槽中填充以第一摻雜多晶硅層，作為源電極； 從所述外延層的上表面回刻蝕所述源電極； 從所述柵溝槽的上部分回刻蝕所述第一絕緣層；形成一層薄的第二絕緣層作為柵氧化層，其覆蓋所述第一絕緣層的上表面、所述柵溝槽的上部分的內(nèi)表面、以及所述源電極的側(cè)壁位于所述第一絕緣層以上的部分； 在所述柵溝槽的上部分填充以第二摻雜多晶硅層，作為分裂柵電極； 通過化學(xué)機(jī)械拋光或者等離子體刻蝕的方法回刻蝕所述分裂柵電極； 進(jìn)行體注入，注入所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物，并進(jìn)行體擴(kuò)散，形成體區(qū)； 在所述外延層的上表面覆蓋一個(gè)源掩模板；和 進(jìn)行源注入，注入所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物，并進(jìn)行源擴(kuò)散，形成源區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 在進(jìn)行所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物的傾斜離子注入之前，進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)入所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)，在每兩個(gè)相鄰的所述柵溝槽之間形成所述第一摻雜柱狀區(qū)；和 在所述柵溝槽內(nèi)表面上形成所述第一絕緣層之前，進(jìn)行擴(kuò)散步驟，將所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)入所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)，在靠近所述柵溝槽的側(cè)壁處形成所述第二摻雜柱狀區(qū)，其包圍并與所述第一摻雜柱狀區(qū)交替并列排列。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 在所述柵溝槽內(nèi)表面上形成所述第一絕緣層之前，進(jìn)行擴(kuò)散步驟，同時(shí)將所述第一導(dǎo)電類型的摻雜物和所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物擴(kuò)散進(jìn)入所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)，分別形成位于所述臺(tái)面結(jié)構(gòu)內(nèi)的所述第一摻雜柱狀區(qū)和靠近所述柵溝槽的側(cè)壁處的第二摻雜柱狀區(qū)，所述第二摻雜柱狀區(qū)包圍并與所述第 一摻雜柱狀區(qū)交替并列排列。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述柵溝槽可以進(jìn)一步刻蝕延伸入所述襯底中。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述柵溝槽的底部位于所述襯底的上方。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括: 在進(jìn)行所述第一導(dǎo)電類型和所述第二導(dǎo)電類型的摻雜物的傾斜離子注入之前，在所述柵溝槽的內(nèi)表面上形成一層屏蔽氧化層。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括: 在形成所述屏蔽氧化層之前，形成一層犧牲氧化層并通過移除所述犧牲氧化層來消除由于刻蝕所述柵溝槽造成等離子體損傷。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，在形成所述源區(qū)之后，還包括: 形成一層接觸絕緣層； 形成溝槽式源-體接觸區(qū)，其穿過所述接觸絕緣層、所述源區(qū)并延伸入所述體區(qū)；和在所述體區(qū)中形成第二導(dǎo)電類型的體接觸摻雜區(qū)，其位于所述源區(qū)下方并至少包圍所述溝槽式源-體接觸區(qū)的底部，所述體接觸摻雜區(qū)的多數(shù)載流子濃度高于所述體區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，形成所述溝槽式源-體接觸區(qū)包括: 在接觸區(qū)孔洞中淀積一層襯有勢(shì)壘金屬層的鎢金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，形成所述溝槽式源-體接觸區(qū)包括: 直接在接觸區(qū)孔洞中淀積一層襯有勢(shì)壘金屬層的源極金屬層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有減小表面電場(chǎng)階梯氧化物和分裂柵極結(jié)構(gòu)的超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。本發(fā)明結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)整一個(gè)厚氧化層的厚度來減輕電荷不平衡，陷阱電荷等問題的影響，更好地優(yōu)化器件性能和提高制造能力。此外，本發(fā)明公布了一種超級(jí)結(jié)溝槽式金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管的制造方法，其更可靠，成本更低。
文檔編號(hào)H01L29/78GK103137698SQ201210288949
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者謝福淵 申請(qǐng)人:力士科技股份有限公司