一種金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路制造領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)；本發(fā)明還涉及一種金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低壓功率金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，M0SFET)由于能耗低，驅(qū)動(dòng)簡單、可適用于高頻領(lǐng)域等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電源、計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備(如軟硬盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)、掃描器等)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信裝置、汽車電子及工業(yè)控制中。在很多情況下，功率MOSFET工作于開關(guān)狀態(tài)，其導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗非常重要。由于MOSFET常常應(yīng)用在感性負(fù)載的電路中，在開關(guān)過程中需要耐受較大的電流過沖和電壓過沖，在保證低的功率損耗的同時(shí)，需要保證器件的可靠性。因此在保持同樣擊穿電壓的條件下，減少其導(dǎo)通電阻和開關(guān)能耗，并提高器件的抗沖擊能力是該技術(shù)領(lǐng)域一直追求的目標(biāo)。
[0003]功率MOSFET —般由電荷流動(dòng)區(qū)和終端區(qū)構(gòu)成，電荷流動(dòng)區(qū)中由很多重復(fù)的元胞組成(如圖1中點(diǎn)線方框中的部分就是一個(gè)元胞)。由于溝槽柵MOSFET器件(參見圖1)元胞集成度高，沒有平面柵MOSFET的結(jié)型場效應(yīng)管(junct1n field effect transistor,JFET)區(qū)等，易于得到更低的導(dǎo)通電阻，已經(jīng)成為了功率MOSFET的主流技術(shù)。
[0004]如圖1所示的N型MOSFET器件中(對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求的描述，第一種導(dǎo)電類型是N型，第二種導(dǎo)電類型為P型)，元胞結(jié)構(gòu)中至少包括:背面金屬10，N+襯底1-1，N型漂移區(qū)
1-2，溝槽3，柵氧化膜4，多晶硅5，P型阱2-1，P+(高濃度P)注入?yún)^(qū)2_2，N+(高濃度N)源區(qū)6，介質(zhì)膜7，接觸孔8，正面金屬9。
[0005]器件的總的導(dǎo)通電阻
[0006]Ron = Rcs+RN++Rch+Ra+Rd+Rsub+Rcd
[0007]源接觸電阻，RN+為源區(qū)電阻，Lh為溝道電阻，R Λ積累區(qū)電阻，R $漂移區(qū)電阻，Rsub為N+襯底電阻，Red為漏極接觸電阻。
[0008]通常，Rcs, 1^通過接觸孔的面積和接觸孔工藝的優(yōu)化使其減小，R sub通過采用超低電阻率的襯底(如N型襯底，電阻率為0.001-0.003歐姆.厘米)和采用最薄的襯底厚度(如將硅片減薄到60-200微米)來優(yōu)化，1^通過采用高集成度和溝道設(shè)計(jì)優(yōu)化，R JP R dffi過襯底上外延的厚度和電阻率來優(yōu)化，RN+通常很小，可以忽略。
[0009]在現(xiàn)有的溝槽柵器件中，為了得到最小的導(dǎo)通電阻，一般會(huì)在高濃度摻雜襯底上淀積外延層(作為漂移區(qū)承受電壓)，圖2-1是圖1中沿AA’方向的在不同區(qū)域中的雜質(zhì)類型和濃度分布示意圖，圖中X軸表示沿AA’方向的各個(gè)區(qū)域，Y軸表示對(duì)應(yīng)區(qū)域的雜質(zhì)濃度，雜質(zhì)類型也在圖上示出(圖中的N，P就表示所在區(qū)域的雜質(zhì)類型)。圖2-2是圖1中沿BB’方向的在不同區(qū)域中的雜質(zhì)類型和濃度分布示意圖，圖中X軸表示沿BB’方向的各個(gè)區(qū)域，Y軸表示對(duì)應(yīng)區(qū)域的雜質(zhì)濃度，雜質(zhì)類型也在圖上示出(圖中的N，P就表示所在區(qū)域的雜質(zhì)類型)。
[0010]在該中器件結(jié)構(gòu)中，在導(dǎo)通狀態(tài)下，在溝槽底部周圍附近的N區(qū)中，由于受到溝槽柵的正的偏壓的作用，會(huì)聚集一定的電子，會(huì)使得該處的電子積累區(qū)電阻小，但該區(qū)域的N型雜質(zhì)濃度同樣影響該積累區(qū)電阻，N型雜質(zhì)濃度越高，該積累區(qū)電阻越小，N型雜質(zhì)濃度越低，該積累區(qū)電阻越大；另一個(gè)影響器件導(dǎo)通電阻的是N型漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，該N型漂移區(qū)雜質(zhì)濃度越高，導(dǎo)通電阻越小，該N型漂移區(qū)濃度越低，導(dǎo)通電阻越大。這樣，圖2-1和圖2-2中的N型漂移區(qū)1-2的雜質(zhì)濃度就直接影響器件的導(dǎo)通電阻，提高漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度能減小導(dǎo)通電阻，但雜質(zhì)濃度提高會(huì)降低器件的擊穿電壓，因此如何在保證器件的擊穿電壓不降低的情況下提高溝槽周圍的積累區(qū)的雜質(zhì)濃度，或同時(shí)提高積累區(qū)和漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度，就變得很重要。
[0011]為了改善器件在開關(guān)過程中的耐沖擊能力，現(xiàn)有MOSFET技術(shù)中已經(jīng)采用了通過離子注入形成較深的P型區(qū)2-2，使得阱2-1與源區(qū)6實(shí)現(xiàn)短接，但由于P型阱區(qū)的電阻存在，在大的電流出現(xiàn)時(shí)，該區(qū)域與N源區(qū)形成電壓，當(dāng)最高的電壓高于P阱-N源二極管的閾值電壓時(shí)，N型源-P型阱-N漂移區(qū)這一寄生的雙極型晶體管被激活，器件就會(huì)被損壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種功率MOSFET器件結(jié)構(gòu)，在得到同樣的金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的阻斷電壓的情況下，進(jìn)一步減小金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管在導(dǎo)通時(shí)的功耗，并改善器件的耐沖擊能力。為此，本發(fā)明還公開了一種金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制造方法。
[0013]為解決上述問題，本發(fā)明的功率MOSFET器件的元胞結(jié)構(gòu)中，至少包含第一種導(dǎo)電類型的源區(qū)，第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，溝槽，溝槽柵氧化膜，第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)，置于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)和所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)之間的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)，相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)。
[0014]所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的第一種類型的摻雜濃度大于或等于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的摻雜濃度的2倍；
[0015]所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)中的摻雜濃度的設(shè)定，保證該所述電荷補(bǔ)償區(qū)的第二種導(dǎo)電類型的摻雜總量與周圍的所述增強(qiáng)型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)總量的差異小于等于所述電荷補(bǔ)償區(qū)的第二種導(dǎo)電類型的摻雜總量的15%，也小于等于周圍的所述增強(qiáng)型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的雜質(zhì)總量的15 %。
[0016]通過這一高摻雜濃度的第一種導(dǎo)電類型的增強(qiáng)型積累區(qū)的形成，使器件在導(dǎo)通狀態(tài)下，所述增強(qiáng)型積累區(qū)的電阻減小，從而減低器件的導(dǎo)通電阻，同時(shí)，也可能提高該增強(qiáng)型累積區(qū)之下的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中的雜質(zhì)濃度，從而進(jìn)一步降低器件的導(dǎo)通電阻；
[0017]通過在相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)，使得器件在工作在阻斷狀態(tài)下，該第二種類型的電荷補(bǔ)償區(qū)和周圍的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)處于反向偏置狀態(tài)，將產(chǎn)生一個(gè)橫向電場，在較低的反向偏壓下實(shí)現(xiàn)PN結(jié)的橫向耗盡，從而減小對(duì)第二種導(dǎo)電類型的阱區(qū)和該增強(qiáng)型累積區(qū)的結(jié)處的縱向電場強(qiáng)度的影響，保證器件的擊穿電壓不受影響。進(jìn)一步的，通過控制所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)中摻雜量和周圍的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的雜質(zhì)量的差異量，可以在采用更高的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的雜質(zhì)濃度的情況下，仍保持器件的阻斷電壓。
[0018]通過在相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)，在器件在開關(guān)過程中受到大電流沖擊時(shí)，由于電荷補(bǔ)償區(qū)擴(kuò)大了器件的頂部第二種導(dǎo)電類型區(qū)與第一種導(dǎo)電類型漂移區(qū)的接觸面積，并可以減小頂部第二種導(dǎo)電類型半導(dǎo)體阱區(qū)中心部分的電阻，從而提高了器件的耐沖擊能力。
[0019]通過在相鄰的所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)之間的第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)，使得器件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到阻斷狀態(tài)的過程中，該第二種類型的電荷補(bǔ)償區(qū)和周圍的第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)在較低的反向偏壓下橫向耗盡，漏-源之間的電容值會(huì)在小的漏源偏壓下就變得很低，進(jìn)一步加快了關(guān)斷時(shí)間，改善了開關(guān)性能。
[0020]進(jìn)一步的改進(jìn)是:所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的第一種導(dǎo)電類型的摻雜濃度大于或等于所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)的摻雜濃度的5倍；這樣可以進(jìn)一步提高了第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)和第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)中的雜質(zhì)濃度和MOSFET的積累區(qū)的電阻，減低了器件的導(dǎo)通電阻。
[0021]進(jìn)一步的改進(jìn)是，第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的下端可以在溝槽的低端的上面，也可以與溝槽低端平齊，也可以在溝槽低端之下；這樣一方面增加了器件設(shè)計(jì)的靈活性，同時(shí)，通過調(diào)整該積累區(qū)的下端的位置，可以調(diào)整導(dǎo)通電阻。
[0022]進(jìn)一步的改進(jìn)是:所述第二種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體電荷補(bǔ)償區(qū)可以透過所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的區(qū)域，與所述第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體漂移區(qū)直接接觸；也可以置于第一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體增強(qiáng)型積累區(qū)的區(qū)域之中，不與所述第一種類型半導(dǎo)體的漂移區(qū)直接接觸；這樣提高