專利名稱：溝槽柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體功率器件，更確切地-說(shuō)，涉及改良的溝槽4冊(cè) 功率器件和其制造方法。
背景技術(shù)：
圖1為傳統(tǒng)溝槽柵金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET) 100的坤黃截面圖，該傳統(tǒng)MOSFET具有已知的物理和#^亍特性以及， 例如單元間距(cell pitch )、擊穿電壓能力、導(dǎo)通電阻(Rdson)、晶 體管耐用度的局限。溝槽柵105延伸穿過(guò)P型阱106并且在n型外 延層區(qū)104中終止。溝槽沖冊(cè)105包^"溝槽側(cè)壁和底部?jī)?nèi)^j"的4冊(cè)電介 質(zhì)114，以及凹進(jìn)的棚-才及112。電介質(zhì)層116和118將柵-才及112與相 互連々妻的重疊源才及隔離開。
圖2為傳統(tǒng)雙4冊(cè)溝槽金屬氧^(乜物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 200 (也被稱為保護(hù)溝槽柵金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) 晶體管)的橫截面圖，其改進(jìn)了圖1的溝槽-柵溝槽MOSFET的某些特性。溝槽205包4舌通過(guò)^呆護(hù)電介質(zhì)層222與漂移區(qū)204隔離開 的寸呆護(hù)電才及220。溝槽205還包4舌在4呆護(hù)電才及220之上并且通過(guò)多 晶石圭層間電介質(zhì)層(inter-poly dielectric layer) 224與4呆護(hù)電才及220 隔離開的柵極212。保護(hù)電極220降低柵-源電容(Cgd)并且提高 擊穿電壓。但是，單4冊(cè)晶體管100和雙柵晶體管200的一個(gè)缺點(diǎn)是 漂移區(qū)占到總導(dǎo)通電阻(Rdson)的大約40%,嚴(yán)重限制了導(dǎo)通電 阻的改進(jìn)。對(duì)于雙4冊(cè)溝—曹結(jié)構(gòu)，更深的溝4曹需要甚至更厚的漂移區(qū) 從而使這個(gè)問(wèn)題更加嚴(yán)重。溝槽柵晶體管100和200的另一個(gè)缺點(diǎn) 是溝槽底部的高電場(chǎng)由于底部溝槽的彎曲限制了幾種性能參數(shù)的 改進(jìn)，例如擊穿電壓和晶體管耐用度。 一些應(yīng)用要求將肖特基二極 管與功率MOSFET進(jìn)行集成。但是，這樣的集成通常需要復(fù)雜的、 具有多個(gè)程序和掩模步驟的工藝技術(shù)。
因此，存在著對(duì)節(jié)省成本的結(jié)構(gòu)和制造溝槽柵FET、單片集成 二極管和MOSFET結(jié)構(gòu)，以及消除或最小化與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的缺 點(diǎn)的終端結(jié)構(gòu)的方法的需要，這樣就可以實(shí)質(zhì)上改進(jìn)溝槽柵FET的 物理和4丸4于特性。

發(fā)明內(nèi)容
場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)之上的第一傳 導(dǎo)類型的主體區(qū)。斥冊(cè)溝槽延伸穿過(guò)該主體區(qū)并且在半導(dǎo)體區(qū)中終 止。至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極被置于柵溝槽中。柵極被置于至少一個(gè) 導(dǎo)電保護(hù)電極之上的并且與其隔離開的^^溝槽中。保護(hù)電介質(zhì)層將 該至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極與該半導(dǎo)體區(qū)隔離開。柵極電介質(zhì)層將柵 才及與主體區(qū)隔離開。形成保護(hù)電介質(zhì)層，以4吏其向外張開并且在主 體區(qū)之下直4妻延伸。襯底區(qū)之上 的漂移區(qū)。主體區(qū)在漂移區(qū)之上延伸，并且具有比襯底區(qū)低的摻雜 濃度。4冊(cè)溝槽延伸穿過(guò)該漂移區(qū)并且在該襯底區(qū)內(nèi)終止。
根據(jù)本發(fā)明的另外 一 個(gè)具體實(shí)施方式
，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成如 下所述。形成延伸到半導(dǎo)體內(nèi)的第一深度的上溝槽部分。上溝槽部 分的側(cè)壁內(nèi)襯以保護(hù)層材料，以使沿著至少上溝槽部分的部分底部 壁的半導(dǎo)體區(qū)保持暴露。下溝槽部分延伸穿過(guò)上溝槽部分的暴露的
底部壁形成，同時(shí)具有保護(hù)上溝槽部分的側(cè)壁的^呆護(hù)層材料。上溝 槽部分的寬度比下溝槽部分的寬度大。
在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，j呆護(hù)電介質(zhì)層沿著下溝槽部分的側(cè)壁 和底部壁形成。保護(hù)層材^H皮去除。沿著上溝槽部分的側(cè)壁形成第 二隔離層(絕緣層)，第一隔離層的厚度比第二隔離層的厚度大。
在另外一個(gè)具體實(shí)施方式
中，第一隔離層通過(guò),圭局部氧化
(LOCOS)形成。
在另外一個(gè)具體實(shí)施方式
中，導(dǎo)電保護(hù)電才及形成在下溝槽部分 中。多晶石圭層間介質(zhì)體(interpoly dielectric)形成在導(dǎo)電4呆護(hù)電^L 之上，并且柵極形成在多晶硅層間介質(zhì)體之上。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
，場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括在第 二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)的第 一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)。柵溝槽延伸穿 過(guò)該主體區(qū)并且在該半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)纟冬止。第二傳導(dǎo)類型的源才及區(qū)在鄰 近才冊(cè)溝沖曹的主體區(qū)內(nèi)，以4吏該源才及區(qū)以及主體區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)之間的 分界面限定了沿著4冊(cè)溝槽側(cè)壁延伸的通道區(qū)。第二傳導(dǎo)類型的通道 增強(qiáng)區(qū)鄰近該柵溝槽。通道增強(qiáng)區(qū)部分延伸進(jìn)入通道區(qū)的下部，從 而降低通道區(qū)的電阻。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，柵極置于柵溝槽中，并且通道增強(qiáng)區(qū) 與沿著該溝槽一冊(cè)側(cè)壁的棚4及重疊。
在另外一個(gè)具體實(shí)施方式
中，至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極安置于柵 溝槽中。 一冊(cè)極安置于在至少 一個(gè)的導(dǎo)電保護(hù)電才及之上但是與其隔離 開的柵溝槽中。保護(hù)電介質(zhì)層將至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極與半導(dǎo)體區(qū) 隔離開。4冊(cè)電介質(zhì)層將一冊(cè)才及與主體區(qū)隔離開。
才艮據(jù)本發(fā)明的另外 一 個(gè)具體實(shí)施方式
，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成如 以下所述。在半導(dǎo)體區(qū)中形成溝槽。在溝槽中形成保護(hù)電極。進(jìn)行 第 一 傳導(dǎo)類型的雜質(zhì)的成角側(cè)壁注入，以形成鄰近溝槽的通道增強(qiáng) 區(qū)。在半導(dǎo)體區(qū)中形成第二傳導(dǎo)類型的主體區(qū)。第一傳導(dǎo)類型的源 才及區(qū)在主體區(qū)中這才羊形成，以"f吏源才及區(qū)以及主體區(qū)和半導(dǎo)體區(qū)之間 的界面限定了沿著柵溝槽側(cè)壁延伸的通道區(qū)。通道增強(qiáng)區(qū)部分延伸 入該通道區(qū)的下部，,人而降{氐該通道區(qū)的電阻。
在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，4冊(cè)才及在^f呆護(hù)電4及之上形成4旦是與該1呆 護(hù)電才及隔離開。
在另夕l、一個(gè)具體實(shí)施方式
中，通道增強(qiáng)區(qū)自對(duì)準(zhǔn)保護(hù)電極。
才艮據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
，場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括延伸 進(jìn)入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽。該柵溝槽具有置于其內(nèi)的凹進(jìn)(凹陷)的 柵極。半導(dǎo)體區(qū)中的源極區(qū)與該柵溝槽的每側(cè)相接。用導(dǎo)電材料填 充該4冊(cè)溝槽的上部4吏得與該源4及區(qū)沿著每個(gè)源才及區(qū)的至少 一個(gè)側(cè) 壁電性接觸，導(dǎo)電材^牛與凹進(jìn)的4冊(cè)極隔離開。
根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
，場(chǎng)效應(yīng)晶體管按以下所 述形成。在半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)形成溝槽。在該溝槽內(nèi)形成凹進(jìn)的4冊(cè)才及。雙 通道成角注入雜質(zhì)，以在溝沖曹的每一側(cè)上形成源才及區(qū)。電介質(zhì)層在凹進(jìn)的柵極之上形成。用導(dǎo)電材料填充溝槽，以使導(dǎo)電材料與該源 才及區(qū)電性4妄觸。
在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，導(dǎo)電材料包含摻雜質(zhì)的多晶硅。
通過(guò)以下的詳細(xì)描述和附圖可以更好地理解本發(fā)明的特性和優(yōu)勢(shì)。


圖1是傳統(tǒng)單4冊(cè)溝沖曹MOSFET的4黃截面圖。
圖2是傳統(tǒng)^U冊(cè)溝才曹MOSFET的才黃截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)具體實(shí)施方式
的具有延伸入襯底的柵 溝槽4呆護(hù)電才及的雙才冊(cè)溝槽MOSFET的—黃截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的其中使用 LOCOS方法形成4呆護(hù)電介質(zhì)雙4冊(cè)溝4曹MOSFET的沖黃截面圖，；
圖5是^^艮據(jù)本發(fā)明的另外 一 個(gè)具體實(shí)施方式
的具有側(cè)壁增強(qiáng)型 通道區(qū)的雙4冊(cè)溝槽MOSFET的一黃截面圖6是根據(jù)本發(fā)明的另外 一 個(gè)具體實(shí)施方式
的具有源極插件區(qū) (source plug region )的3又斗冊(cè)溝沖曹]VIOSFET的一黃截面圖。
圖7是才艮據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的具有側(cè)壁通道增 強(qiáng)區(qū)、源極插件區(qū)和LOCOS保護(hù)電介質(zhì)的雙;f冊(cè)溝槽的橫截面圖8是根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的與肖特基二極管 單片集成的雙柵溝槽MOSFET的橫截面圖；圖9是才艮據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的與雙^冊(cè)溝槽 MOSFET集成的緊密邊緣終端結(jié)構(gòu)；
圖10A-10E是根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的用于形 成圖4的MOSFET400的處理才莫塊的不同工藝步驟的碎黃截面圖11是根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的對(duì)應(yīng)于用于形 成圖5的MOSFET500的處理才莫塊的4黃截面圖12A-12D是根據(jù)本發(fā)明的另夕l、一個(gè)具體實(shí)施方式
的用于形 成圖6的MOSFET600的處理沖莫塊的不同工藝步-驟的一黃截面圖；和
圖13A-13L是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的形成雙柵溝 槽MOSFET的示例性制造過(guò)程的不同步驟的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
通過(guò)圖13A-13L中的橫截面圖描述的工藝次序是形成本發(fā)明 的一個(gè)具體實(shí)施方式
的雙柵溝槽MOSFET的示例性程序。這個(gè)加 工次序會(huì)被用作基礎(chǔ)程序，其會(huì)被進(jìn)行修改以包括形成以下所披露 的不同的單元結(jié)構(gòu)的各種處理模塊。請(qǐng)注意，這里所纟皮露的處理模 塊也可以集成其它基礎(chǔ)程序，并不限于圖13A-13L所描述的程序。 4妄下來(lái)會(huì)4皮露圖13A-13L的加工次序。
圖13A中，n型外延層1302在n型重?fù)诫s襯底(未示出)之 上形成。注入P型導(dǎo)電摻雜物以在外延層1302中形成主體區(qū)1304。 硬掩模1306,例如包含氧化物-氮化物-氧化物(ONO)復(fù)合層，用 于限定并且蝕刻延伸穿過(guò)主體區(qū)1304并且進(jìn)入外延層1302的溝槽 1308。圖13B中， -使用傳統(tǒng)才支術(shù)，保護(hù)電介質(zhì)層1310 (例如包含氧 化物)形成了溝槽側(cè)壁和底部的內(nèi)襯并且延伸到硬掩模1306之上。 在圖13C中，保護(hù)電^ l 1312的通過(guò)沉積多晶石圭層以填充溝槽1308, 然后回蝕多晶石K吏多晶石圭深凹入溝槽1308中形成。然后，4呆護(hù)電 介質(zhì)1310凹陷，在溝槽側(cè)壁上留下電介質(zhì)薄層1313。保護(hù)電極1312 進(jìn) 一 步凹陷使它的頂部表面與凹陷 <呆護(hù)電介質(zhì)的頂部表面在 一 個(gè) 水平上。
圖13D中，氮化物層沉積，然后一皮各向異性蝕刻，^吏得只有沿 著溝槽側(cè)壁延伸的氮4匕物層的部分1314 <呆留。在圖13E中，多晶 石圭層間介質(zhì)體(IPD) 1316通過(guò)進(jìn)行熱氧化形成。氧化物層只在保 護(hù)電極1312之上形成，因?yàn)樗械钠渌璞砻娑急坏锘蜓趸?物所覆蓋。在一個(gè)可^^換的具體實(shí)施方式
中，工藝次序進(jìn)行了4奮改 以適于使用雙氧化層形成IPD層。首先，在保護(hù)電極之上形成熱氧 化物層，然后使用SACVD沉積氧化物保形層以便獲得均一的IPD 層。
在圖13F中，進(jìn)4亍氧化蝕刻以除去ONO復(fù)合層1306的頂部氧 化物層以及沿著溝槽側(cè)壁的氮化物層之上形成的任何氧化物。然 后，剝?nèi)ゴ藭r(shí)所暴露的ONO復(fù)合層的氮化物層以及沿著溝槽側(cè)壁 的氮化物層1314。再進(jìn)4亍另外一fU匕蝕刻以沿著溝槽側(cè)壁以及 ONO復(fù)合層1306的底部氧4匕層除去電介質(zhì)層1313， 4吏4尋沿著溝槽 側(cè)壁和圖13F中所示的鄰近溝沖曹的臺(tái)面區(qū)的石圭凈皮暴露出來(lái)。在圖 13G中，使用已知的技術(shù)形成沿著溝槽側(cè)壁延伸、經(jīng)過(guò)多晶硅層間 介質(zhì)體并且在鄰近溝槽的臺(tái)面區(qū)之上的4冊(cè)電介質(zhì)層1318。在圖13H
中，沉積》真充溝神曹的多晶石圭層，然后多晶石圭層一皮回蝕以在溝槽中形 成凹陷的相H及1320。
在圖131中，在臺(tái)面之上的柵極電介質(zhì)一皮回蝕到合適于源極注 入(source implant )的厚度。進(jìn)4亍在作用區(qū)中的4隻蓋源才及注入(blanketsource implant)以形成在臺(tái)面區(qū)中的鄰近溝4曹之間延伸的n型區(qū) 1322。在圖13J中，使用傳統(tǒng)方法在溝槽和臺(tái)面之上形成BPSG層 1324A。在圖13K中，使用掩模層(未示出)，除去除了在溝槽和n 型區(qū)1322a之上的1324B部分的BPSG層1324A。這樣，鄰近BPSG 部分1324的硅臺(tái)面表面纟皮暴露。然后進(jìn)行石圭蝕刻^f吏暴露的硅表面 凹陷到低于n型區(qū)1322a的深度，這樣就形成接觸開口 1326。硅的 凹陷P余去了每個(gè)n型區(qū)1322a的一部分，留下了后面的自只寸準(zhǔn)源扨^ 區(qū)1322b。在圖13L中，進(jìn)行高粘度注入(heavy body—lant)以 在主體區(qū)1304中形成p型傳導(dǎo)的自對(duì)準(zhǔn)高粘度區(qū)1329。進(jìn)行BPSG 回流以獲得接觸窗口的更好的縱橫比以及隨后形成對(duì)于源極互連 層1330的更好的卩介沖弟々隻蓋。源才及互連(source interconnect) 1330 電性接觸高粘度區(qū)1329和源才及區(qū)1322 。
各種單元結(jié)構(gòu)，它們相對(duì)應(yīng)的處理才莫塊以及這些處理模塊與圖 13A-13L所描述的工藝流程相結(jié)合的方式會(huì)隨后進(jìn)^^皮露。圖3顯 示了雙4冊(cè)溝槽MOSFET 300的一黃截面圖，其除了 4冊(cè)305和保護(hù)電招^ 320延伸進(jìn)入襯底302中，與圖13L中的雙柵MOSFET結(jié)構(gòu)相似。 這有利地可使漂移區(qū)的厚度大體上被降低從而提高Rdsom。另夕卜， 襯底的高摻雜濃度將電位降轉(zhuǎn)移到保護(hù)氧化物中，這樣就消除了與 ^專纟克溝沖曹結(jié)構(gòu)相關(guān)的曲率才及卩艮擊穿(curvature-limited breakdown ) 問(wèn)題。這也改進(jìn)了裝置的耐用度，因?yàn)檠┍傈c(diǎn)(即最大碰撞電離率) 轉(zhuǎn)移到晶體管臺(tái)面的中心并且遠(yuǎn)離與引起耐用度喪失相關(guān)的寄生 只又才及4生元4牛(parasitic bipolar elements )。
圖13A-13L中的工藝次序 唯一需要進(jìn)行的修改是圖13A中需要在襯底之上形成薄外延層使 得溝槽延伸到襯底中。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的使用LOCOS工 藝形成保護(hù)電介質(zhì)422的雙柵溝槽MOSFET400的橫截面圖。虛線 表示溝槽605的l侖廓。在形成保護(hù)電介質(zhì)422中，LOCOS工藝導(dǎo) 致鄰近溝槽605的硅的消耗從而造成保護(hù)電介質(zhì)433向外張開并且直4妾在主體區(qū)406之下延伸。LOCOS工藝是形成《呆護(hù)電介質(zhì)422 并且還產(chǎn)生均勻薄月莫的有利的、節(jié)省成本的方法。MOSFET400的 上部與圖3中的MOSFET 300的上部相似。當(dāng)溝槽605和<呆護(hù)電極 420 一皮顯示延伸到4于底402中時(shí)，它們可以類4以于圖2的MOSFET 200中示出的二者選一地在N-區(qū)404中終止。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，通過(guò)爿尋圖10A-10E的沖黃截面圖所描述的處理才莫塊與隨后的圖 13 A-13 L的工藝流禾呈結(jié)合來(lái)形成MOSFET 400 。
對(duì)應(yīng)于圖13A-13L的工序#:對(duì)應(yīng)于圖10A-10E的工序所^R^1。 除了在圖10A中形成正好經(jīng)過(guò)主體區(qū)1004延伸的專交淺的溝槽1008 ， 只于應(yīng)于圖10A的工序與乂于應(yīng)于圖13A的工序相同。在圖10B中， 氮化物間隙壁(隔離層，spacer) 1010沿著溝槽側(cè)壁形成。在圖10C 中，進(jìn)行石圭蝕刻(自對(duì)準(zhǔn)氮化物間隙壁1010)從而將溝槽1008更 深入延伸到娃區(qū)1002中。這樣，4冊(cè)溝槽具有了更寬的上部1008和 更窄的下部1012。在圖10D中，進(jìn)4亍LOCOS工藝，乂人而4吏4呆護(hù)電 極1014的自對(duì)準(zhǔn)層沿著暴露的硅表面，即在下溝槽部1012中形成。 LOCOS工藝消4毛部分所示(虛線表示下溝槽部1012的4侖廓)的硅 區(qū)1002。在圖10E中，通過(guò)沉積多晶硅層在溝槽中形成保護(hù)電極 1016，然后回蝕多晶硅使多晶硅深凹進(jìn)溝槽中。接下來(lái)進(jìn)行對(duì)應(yīng)于 圖13E-13L的工序來(lái)完成單元結(jié)構(gòu)。圖中的不同的層和區(qū)的厚度和 尺寸可能是不4姿^見(jiàn)定比例的。例如，在圖10D中，氮化物間隙壁 1010在實(shí)際中可以是比它們看起來(lái)薄的，以-使LOCOS 4呆護(hù)電介質(zhì) 1014的部分向外張開并且直沖妄在主體區(qū)1004之下延伸。
圖5示出了才艮據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的雙柵溝槽 MOSFET 500的沖黃截面圖，其除了在MOSFET 500中結(jié)成一體的側(cè) 壁通道增強(qiáng)區(qū)526,與圖3中的MOSFET 300相似、。通-道增強(qiáng)區(qū)526
雜濃度分布曲線的尾部。從而，溝道長(zhǎng)度和溝道電阻被有利地降低。 因?yàn)橥ǖ绤^(qū)中的摻雜濃度峰值正好出現(xiàn)在源極區(qū)510之下(即遠(yuǎn)離響晶體管的閾值 電壓?！┲殳MOSFET 500為n-溝道，通道增強(qiáng)區(qū)526則為n型。正 如前面的具體實(shí)施方式
中，MOSFET500可以進(jìn)^M'務(wù)改，4吏得溝槽 505終止在漂移區(qū)504中而不是在襯底502中。在一個(gè)具體實(shí)施方 式中，通過(guò)將圖11的一黃截面圖所描述的處理才莫塊與隨后的圖 13A-13L的工藝流考呈結(jié)合來(lái)形成MOSFET 500。
對(duì)應(yīng)于圖11的處理模塊需要在圖13F之后但是在圖13G之前 進(jìn)行。也就是，在進(jìn)行完對(duì)應(yīng)于圖13A-13F的步驟之后，如圖11 所示沿著溝槽側(cè)壁形成氧化物層(screen oxide )1112。氧化物層1112 的厚度要適合于穿過(guò)其注入4參雜物。在圖11中，以預(yù)先確定的角 度進(jìn)行n型摻雜物的通道增強(qiáng)注入1113以形成沿著 一個(gè)溝槽側(cè)壁的 通道增強(qiáng)區(qū)，并且以圖11所示的相對(duì)的角度進(jìn)行第二通道增強(qiáng)注 入以形成沿著相對(duì)的溝道側(cè)壁的通道增強(qiáng)區(qū)。通道增強(qiáng)區(qū)可以是自 對(duì)準(zhǔn)在前面步多聚中形成的IPD 1124。然后進(jìn)4亍對(duì)應(yīng)于圖13G-13L的 工序以完成單元結(jié)構(gòu)。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，主體區(qū)在通道增強(qiáng) 注入1113之前形成，在可替換的具體實(shí)施方式
中，主體區(qū)是.在通道 增強(qiáng)注入1113之后形成。
圖6示出了才艮才居本發(fā)明的另外一個(gè)具體實(shí)施方式
的具有源極插 件區(qū)630的雙4冊(cè)溝槽MOSFET 600的一黃截面圖。耳又代形成如圖3中 所完成的在4冊(cè)才及614之上的電介質(zhì)圓頂，在柵-才及614之上形成薄電 介質(zhì)層628并且電介質(zhì)層628之上的溝纟曹605的其余部分纟皮源4及插 件630(例如，包含多晶硅)填充。源極插件630電性連接?xùn)艤喜?605側(cè)面的源才及區(qū)610。 MOSFET 600具有4是供用于形成頂部金屬 的平坦表面的優(yōu)點(diǎn)。另外，源極插件能夠在溝槽側(cè)面的非常狹窄的 源才及區(qū)形成，,人而降^氐單元間距(cell pitch)而不會(huì)反向影響源才及 電阻。通過(guò)在形成源才及插件630之前進(jìn)4亍雙通道成角注入形成狹窄 的源才及區(qū)610。 MOSFET 600可以進(jìn)^1^奮改，使得溝槽605在漂移 區(qū)604中終止而不是在襯底602中。源才及插件630可以以相似的方式結(jié)合到例如圖1中的傳統(tǒng)溝槽柵FET中。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中， 通過(guò)將圖12A-12D的橫截面圖所描述的處理模塊與隨后的圖 13A-13L的工藝流禾呈結(jié)合來(lái)形成MOSFET 600。
對(duì)應(yīng)于圖13H-13L的工序一皮對(duì)應(yīng)于圖12A-12D的工序所耳又^f、。 也就是，在進(jìn)行對(duì)應(yīng)的13A-13G的步驟之后，除了如圖12A所示 的沉積的4冊(cè)才及多晶石圭深凹進(jìn)溝槽中，4冊(cè)才及以與圖13H中相似的方式 形成。在圖12A中，進(jìn)行n型摻雜物的雙通道成角注入以形成沿著 溝槽1205的暴露的上側(cè)壁的源極區(qū)1210。接下來(lái)，如圖12B所示， 電介質(zhì)層1216a(例如，包含氧化物)利用壓差式填充differential fill 來(lái)沉積，4吏得在溝槽中的4冊(cè)才及1212之上形成比在鄰近的臺(tái)面之上 更厚的氧化物。在圖12C中，均勻地蝕刻電介質(zhì)層1216a，從而電 介質(zhì)薄層1216b留在了棚-才及1212之上的溝槽中。在圖12C中，溝 槽1205 一皮填充4參雜的多晶石圭1217。然后，可以用傳統(tǒng)4支術(shù)來(lái)形成 高粘度區(qū)(未示出)、源才及互連(未示出)、其它區(qū)和層以完成單元 結(jié)構(gòu)。源極插件1217可以通過(guò)將圖12A-12D表示的處理才莫塊結(jié)合 到傳統(tǒng)的形成溝槽4冊(cè)FET 100的工藝次序中，以相似的方式被結(jié)合 到圖1中的溝沖曹4冊(cè)FET 100中。
圖7示出了復(fù)合雙柵溝槽MOSFET700的橫截面圖，其中結(jié)合 了圖4-6中的結(jié)構(gòu)的有利部件。如圖所示，n型通道增強(qiáng)區(qū)726、源 極插件730和LOCOS保護(hù)電介質(zhì)722洋皮纟吉合到MOSFET700中。 請(qǐng)注意，根據(jù)設(shè)計(jì)的目的和性能要求，這3個(gè)部件中的任意兩個(gè)可 以結(jié)合，而不是三個(gè)都結(jié)合。以上所討論的每一個(gè)MOSFET400、 500和600的可一^^f戈具體實(shí)施方式
也可以應(yīng)用于MOSFET 700。由 于本公開，需要在圖13A-13L中的工藝流程進(jìn)行以形成MOSFET 700的修改對(duì)于所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。
圖8示出了單片集成肖特基二^l管以獲得集成MOSFET-肖特 基二極管結(jié)構(gòu)800的雙4冊(cè)溝槽MOSFET的才黃截面圖。正如所看到4壬何MOSFET都可以代盧l使用，該MOSFET 結(jié)構(gòu)與圖3中的相似。在圖8中，源極互連(未示出)包括肖特基 勢(shì)壘金屬，其不^U妾觸源極區(qū)810和高粘度區(qū)808,而且在肖特基 二極管區(qū)之上延伸并且與N-區(qū)804b電性接觸。與輕度摻雜區(qū)804b 接觸的肖特基勢(shì)壘金屬形成肖特基二極管。肖特基二極管區(qū)中的溝 槽的結(jié)構(gòu)與MOSFET區(qū)中的溝槽結(jié)構(gòu)相同。必須將肖特基二極管 結(jié)構(gòu)頻"f-;也結(jié)合到作用區(qū)中以達(dá)到理想的MOSFET與肖特基面積 的比率。
圖9示出了與乂又4冊(cè)溝沖曹MOSFET集成的緊密邊鄉(xiāng)彖鄉(xiāng)冬端結(jié)構(gòu)。 正如所看到的，作用區(qū)終止在終端溝4曹905b中，該終端溝槽包4舌 作為溝槽側(cè)壁和底部?jī)?nèi)襯的保護(hù)電介質(zhì)以及填充溝槽的保護(hù)電極
920。正如所看到的，雖然圖4-7中的任-f可MOSFET都可以代替使 用，作用區(qū)中的MOSFET結(jié)構(gòu)與圖3中的相似、。
這里所4皮露的本發(fā)明的各種具體實(shí)施方式
，可以與以上所引用 的、共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)第11/026,276中所披露的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施方式
(尤其是保護(hù)柵溝槽結(jié)構(gòu)和方法)進(jìn)行結(jié)合以獲得具 有出眾特性的功率器件。
替、^奮改和等同^奪4灸是可以的。例如，以上的工藝次序和處理才莫塊 是在雙柵(保護(hù)柵)溝槽結(jié)構(gòu)的環(huán)境進(jìn)行披露的，但是這里所公開
柵TEF的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。另外，應(yīng)理解這里所提供的所有材料都只是 基于i兌明的目的。而且，這里所纟皮露的具體實(shí)施方式
中的一種或多 種不同的電介質(zhì)層可以包含低介電常數(shù)或高介電常數(shù)的介電材料。 例如，在第一次多晶^圭沉積之前形成的一個(gè)或多個(gè)電介質(zhì)層可以包 含高介電常數(shù)的介電材料，而在最后的多晶硅沉積之后形成的一個(gè) 或多個(gè)電介質(zhì)層可以包含低介電常數(shù)的介電材料?；谶@種和其它原因，因此，以上的披露不能被認(rèn)為限定了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明 的范圍由所附的權(quán)利要求進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)之上的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)；延伸穿過(guò)所述主體區(qū)并且在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)終止的柵溝槽；至少一個(gè)置于所述柵溝槽中的導(dǎo)電保護(hù)電極；置于所述至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極之上但是與所述導(dǎo)電保護(hù)電極隔離開的柵極；將至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極與所述半導(dǎo)體區(qū)隔離開的保護(hù)電介質(zhì)層；以及將所述柵極與所述主體區(qū)隔離開的柵電介質(zhì)層，其中所述保護(hù)電介質(zhì)層向外張開并且直接在所述主體區(qū)之下延伸。
2. 才艮據(jù)4又利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中所述半導(dǎo)體區(qū)包 括-.^H"底區(qū)；禾口在所述襯底區(qū)之上的漂移區(qū)，所述主體區(qū)在所述漂移區(qū) 之上延伸，所述漂移區(qū)具有比所述襯底區(qū)低的摻雜濃度，其中 所述沖冊(cè)溝沖曹延伸穿過(guò)所述漂移區(qū)并且在所述4十底區(qū)內(nèi)終止。
3.種形成場(chǎng)歲丈應(yīng)晶體管的方法，包4舌形成延伸到半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)第 一深度的上溝槽部分;所述半導(dǎo)體區(qū)沿著至少部分所述上溝槽部分的底部壁保持暴露；以及形成穿過(guò)具有4呆護(hù)所述上溝槽部分的所述側(cè)壁的^f呆護(hù)層 材料的所述上溝槽部分的暴露的底部壁的下溝槽部分，從而所 述上溝槽部分的寬度大于所述下溝槽部分的寬度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括形成沿著所述下溝槽部分的所述側(cè)壁和底部壁的保護(hù)電 介質(zhì)層；除去所述保護(hù)層材料；以及形成沿著所述上溝槽部分的所述側(cè)壁的第二隔離層，所 述第一隔離層具有比所述第二隔離層大的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中通過(guò)硅的局部氣化(LOCOS ) 形成所述第一隔離層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括形成在所述下溝槽部分中的導(dǎo)電{呆護(hù)電才及； 形成在所述導(dǎo)電保護(hù)電極之上的多晶硅層間介質(zhì)體； 形成在所述多晶石圭層間介質(zhì)體之上的4冊(cè)才及。
7. —種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包4舌在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)中的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)；延伸穿過(guò)所述主體區(qū)并且在所述半導(dǎo)體區(qū)內(nèi)纟冬止的4冊(cè)溝槽；在鄰近所述柵溝槽的所述主體區(qū)中的所述第二傳導(dǎo)類型 的源極區(qū)，所述源才及區(qū)以及所述主體區(qū)與所述半導(dǎo)體區(qū)之間的 界面限定了它們之間的通道區(qū)，所述通道區(qū)沿著所述4冊(cè)溝沖曹側(cè)壁延伸；以及鄰近所述4冊(cè)溝槽的所述第二傳導(dǎo)類型的通道增強(qiáng)區(qū)，所 通道區(qū)的電阻。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括置于所述柵溝槽 中的柵極，所述通道增強(qiáng)區(qū)與沿著所述溝槽柵側(cè)壁的所述柵極重疊。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括至少一個(gè)置于所述柵溝槽中的導(dǎo)電保護(hù)電極；置于在所述至少 一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電才及之上Y旦是與其隔離^ 的所述柵溝槽中的4冊(cè)極；將所述至少一個(gè)導(dǎo)電^f呆護(hù)電^f及與所述半導(dǎo)體區(qū)隔離開的 4呆護(hù)電介質(zhì)層；以及將所述柵極與所述主體區(qū)隔離開的柵極電介質(zhì)層。
10. —種形成場(chǎng)-丈應(yīng)晶體管的方法，包4舌在半導(dǎo)體區(qū)中形成溝槽； 在所述溝槽中形成保護(hù)電極；進(jìn)行所述第 一傳導(dǎo)類型的雜質(zhì)的成角的側(cè)壁注入，以形 成鄰近所述溝槽的通道增強(qiáng)區(qū)；在所述半導(dǎo)體區(qū)中形成第二傳導(dǎo)類型的主體區(qū)；以及在所述主體區(qū)中形成所述第一傳導(dǎo)類型的源極區(qū)，所述 源極區(qū)以及所述主體區(qū)與所述半導(dǎo)體區(qū)之間的界面限定了它 們之間的通道區(qū)，所述通道區(qū)沿著所述柵溝槽側(cè)壁延伸，其中所述通道增強(qiáng)區(qū)部分延伸進(jìn)入所述通道區(qū)的下部從而!^^f氐所述通道區(qū)的電阻。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括形成在所述保護(hù)電極之 上但是與其隔離開的柵極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通道增強(qiáng)區(qū)自對(duì)準(zhǔn)所述保 護(hù)電極。
13. —種場(chǎng)^文應(yīng)晶體管，包4舌延伸進(jìn)入半導(dǎo)體區(qū)的柵溝槽，所述柵溝槽具有置于其中 的凹陷的相H及；在所述4冊(cè)溝槽的每一邊的側(cè)面的所述半導(dǎo)體區(qū)中的源極區(qū)；填充所述4冊(cè)溝槽的上部的導(dǎo)電材料， -使得與所述源極區(qū) 沿著每一個(gè)所述源極區(qū)的至少一個(gè)側(cè)壁進(jìn)行電性接觸，所述導(dǎo) 電才才沖+與所述凹陷的4冊(cè)才及—皮隔離開。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括在所述半導(dǎo)體區(qū)中的主體區(qū)；至少 一 個(gè)置于所述凹陷的纟冊(cè)才及之下的所述纟冊(cè)溝槽中的導(dǎo) 電4呆護(hù)電4及，所述凹陷的4冊(cè)4及與所述至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電招j皮 隔離開；將所述至少 一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電才及與所述半導(dǎo)體區(qū)隔離開的 保護(hù)電介質(zhì)層；以及將所述柵極與所述主體區(qū)隔離開的柵電介質(zhì)層。
15. —種形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括在半導(dǎo)體區(qū)中形成溝槽； 在所述溝4曹中形成凹陷的4冊(cè)才及；進(jìn)行雙通道成角注入雜質(zhì)，以在所述溝槽的每個(gè)邊上形 成源才及區(qū)；在所述凹陷的4冊(cè)一及電4及之上形成電介質(zhì)層；用導(dǎo)電材填充所述溝槽，以4吏所述導(dǎo)電材與所述源 才及區(qū)電性-接觸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括在形成所述凹陷一冊(cè)之前，沿著下溝槽側(cè)壁和底部形成保護(hù)電介質(zhì)層；在所述溝沖曹中形成導(dǎo)電{呆護(hù)電才及，所述導(dǎo)電<呆護(hù)電極通 過(guò)所述保護(hù)電介質(zhì)層與所述半導(dǎo)體區(qū)隔離開；在所述導(dǎo)電保護(hù)電極之上形成多晶硅層間介質(zhì)體，用于 將所述凹陷的柵才及和所述導(dǎo)電保護(hù)電招j皮此隔離開；以及沿著所述溝槽的上側(cè)壁形成4冊(cè)電介質(zhì)層，所述4冊(cè)電介質(zhì) 層將所述凹陷的4冊(cè)才及與所述半導(dǎo)體區(qū)隔離開。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括摻雜的 多晶硅。
全文摘要
一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括在第二傳導(dǎo)類型的半導(dǎo)體區(qū)之上的第一傳導(dǎo)類型的主體區(qū)。柵溝槽延伸穿過(guò)主體區(qū)并且在半導(dǎo)體區(qū)中終止。至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極被置于柵溝槽中。柵極被置于在至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極之上但是與其隔離開的柵溝槽中。保護(hù)電介質(zhì)層將至少一個(gè)導(dǎo)電保護(hù)電極與半導(dǎo)體區(qū)隔離開。柵電介質(zhì)層將柵極與主體區(qū)隔離開。這樣形成保護(hù)電介質(zhì)層，以使其向外張開并且直接在主體區(qū)之下延伸。
文檔編號(hào)H01L27/102GK101542731SQ200680018443
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2006年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月26日
發(fā)明者丹尼爾·卡拉菲特, 克里斯托弗·博古斯瓦·科考恩, 內(nèi)森·L·克拉夫特, 加里·M·多爾尼, 史蒂文·P·薩普, 哈姆扎·耶爾馬茲, 布魯斯·D·馬錢特, 托馬斯·E·格雷布斯, 約瑟夫·A·葉季納科, 羅德尼·S·里德利, 迪安·E·普羅布斯特 申請(qǐng)人:飛兆半導(dǎo)體公司