溝道式柵極金氧半場效晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種溝道式柵極金氧半場效晶體管及其制造方法。在該溝道式柵極金氧半場效晶體管。N型外延層配置于N型基底上。N型源極區(qū)配置于N型外延層中。N型外延層具有至少一溝道。作為柵絕緣層的絕緣層配置于溝道中。作為柵極的導(dǎo)體層填滿溝道。二隔離結(jié)構(gòu)配置于溝道兩側(cè)的N型源極區(qū)中且與溝道接觸。二導(dǎo)體插塞配置于溝道兩側(cè)的N型外延層中且貫穿N型源極區(qū)。介電層配置于N型外延層上。金屬層配置于介電層上并與N型源極區(qū)電性連接。
【專利說明】溝道式柵極金氧半場效晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體元件及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種溝道式柵極金氧半場效晶體管(trench gate M0SFET)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]溝道式柵極金氧半場效晶體管被廣泛地應(yīng)用在電力開關(guān)(power switch)元件上，例如是電源供應(yīng)器、整流器或低壓馬達(dá)控制器等等。一般而言，溝道式柵極金氧半場效晶體管多采取垂直結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以提升元件密度。其利用芯片的背面作為漏極，而在芯片的正面制作多個晶體管的源極以及柵極。由于多個晶體管的漏極是并聯(lián)在一起的，因此其所耐受的電流大小可以相當(dāng)大。
[0003]溝道式金氧半導(dǎo)體場效晶體管的工作損失可分成切換損失(switching loss)及導(dǎo)通損失(conducting loss)兩大類,其中因輸入電容Ciss所造成的切換損失會因操作頻率的提高而增加。輸入電容Ciss包括柵極對源極的電容Cgs以及柵極對漏極的電容Cgd。因此，如何有效地降低柵極對源極的電容Cgs進(jìn)而減小輸入電容Ciss,已獲得本領(lǐng)域從業(yè)人員的聞度關(guān)注。
[0004]此外，溝道式柵極金氧半場效晶體管的導(dǎo)通電阻(Ron)與擊穿電壓(Breakdownvoltage,BV)通常存在2.4?2.5次方關(guān)系，也就是，Ron ^ (BV)2.4?2.5。換句話說，額定電壓(rated voltage)越高,會造成芯片尺寸越大,導(dǎo)通電阻也隨之增加。因此，在相同或更小芯片尺寸下，達(dá)到更高耐壓，同時降低導(dǎo)通電阻，已成為設(shè)計溝道式柵極金氧半場效晶體管的最大挑戰(zhàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種溝道式柵極金氧半場效晶體管及其制造方法，可在相同或更小芯片尺寸下，制作出具有較高耐壓及較低導(dǎo)通電阻的溝道式柵極金氧半場效晶體管。
[0006]本發(fā)明提供一種溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法。在具有第一導(dǎo)電型的基底上形成具有第一導(dǎo)電型的外延層。在外延層中形成具有第一導(dǎo)電型的源極區(qū)。在源極區(qū)中形成至少二第一溝道。在多個第一溝道中分別填滿多個第一絕緣層，以構(gòu)成多個隔離結(jié)構(gòu)。在外延層中形成第二溝道，使得隔離結(jié)構(gòu)位于第二溝道的兩側(cè)且與第二溝道接觸。在第二溝道中形成第二絕緣層。在第二溝道中填入第一導(dǎo)體層。在第二溝道兩側(cè)的外延層中分別形成二第三溝道。在多個第三溝道中分別填入多個第二導(dǎo)體層。
[0007]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在形成第一溝道之前，上述方法還包括:在源極區(qū)下方的外延層中形成具有第二導(dǎo)電型的第一摻雜區(qū)；以及在第一摻雜區(qū)下方的外延層中形成具有第一導(dǎo)電型的第二摻雜區(qū)。
[0008]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，形成上述源極區(qū)、第一摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)的方法各自包括進(jìn)行一毯覆式注入工藝。
[0009]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于外延層的摻雜濃度。
[0010]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在形成第一溝道之后以及在第一溝道中分別填滿第一絕緣層之前，上述方法還包括:在各第一溝道下方的外延層中形成具有第二導(dǎo)電型的至少一第三摻雜區(qū)，此至少一第三摻雜區(qū)位于第二摻雜區(qū)下方。
[0011]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第三摻雜區(qū)與第二溝道分開。
[0012]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述部分第三摻雜區(qū)與第二溝道接觸。
[0013]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在第二溝道兩側(cè)的外延層中分別形成第三溝道之后以及在第三溝道中分別填入第二導(dǎo)體層之前，上述方法還包括:在各第三溝道下方的外延層中形成具有第二導(dǎo)電型的至少一第四摻雜區(qū)，此至少一第四摻雜區(qū)位于第二摻雜區(qū)下方。
[0014]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第二摻雜區(qū)下方的外延層的摻雜濃度等于至少一第三摻雜區(qū)以及至少一第四摻雜區(qū)的摻雜濃度總和。
[0015]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，在形成第三溝道之后以及在第三溝道中分別填入第二導(dǎo)體層之前，上述方法還包括:在各第三溝道的底部的第一摻雜區(qū)中形成具有第二導(dǎo)電型的第三摻雜區(qū)。
[0016]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，形成上述第一絕緣層的方法包括進(jìn)行硅局部氧化法、熱氧化法或化學(xué)氣相沉積工藝。
[0017]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一導(dǎo)電型為N型，第二導(dǎo)電型為P型；或第一導(dǎo)電型為P型，第二導(dǎo)電型為N型。
[0018]本發(fā)明另提供一種溝道式柵極金氧半場效晶體管，包括具有第一導(dǎo)電型的基底、具有第一導(dǎo)電型的外延層、具有第一導(dǎo)電型的源極區(qū)、一絕緣層、一導(dǎo)體層、二隔離結(jié)構(gòu)以及二導(dǎo)體插塞。外延層配置于基底上，其中外延層具有至少一溝道。源極區(qū)配置于外延層中。絕緣層配置于溝道中。導(dǎo)體層填滿溝道。二隔離結(jié)構(gòu)配置于溝道兩側(cè)的源極區(qū)中，且與溝道接觸。二導(dǎo)體插塞配置于溝道兩側(cè)的外延層中且貫穿源極區(qū)。
[0019]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述溝道式柵極金氧半場效晶體管還包括:具有第二導(dǎo)電型的第一摻雜區(qū)，配置于源極區(qū)下方的外延層中；以及具有第一導(dǎo)電型的第二摻雜區(qū)，配置于第一摻雜區(qū)下方的外延層中。
[0020]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于外延層的摻雜濃度。
[0021]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述溝道式柵極金氧半場效晶體管還包括:具有第二導(dǎo)電型的至少二第三摻雜區(qū)，配置于第二摻雜區(qū)下方的外延層中，且第三摻雜區(qū)分別對應(yīng)于隔離結(jié)構(gòu)。
[0022]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第三摻雜區(qū)與溝道分開。
[0023]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，部分上述第三摻雜區(qū)與溝道接觸。
[0024]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述各第三摻雜區(qū)的寬度實(shí)質(zhì)上等于或大于各隔離結(jié)構(gòu)的寬度。
[0025]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述溝道式柵極金氧半場效晶體管還包括:具有第二導(dǎo)電型的至少二第四摻雜區(qū)，配置于第二摻雜區(qū)下方的外延層中，且第四摻雜區(qū)分別對應(yīng)于導(dǎo)體插塞。
[0026]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第二摻雜區(qū)下方的外延層的摻雜濃度等于至少二第三摻雜區(qū)以及至少二第四摻雜區(qū)的摻雜濃度的總和。
[0027]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述溝道式柵極金氧半場效晶體管還包括:具有第二導(dǎo)電型的二個第三摻雜區(qū)，分別配置于導(dǎo)體插塞的底部的第一摻雜區(qū)中。
[0028]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述導(dǎo)體層的材料包括摻雜多晶娃，導(dǎo)體插塞的材料包括T1、TiN、W、Al或其組合，且隔離結(jié)構(gòu)的材料包括氧化硅。
[0029]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述溝道式柵極金氧半場效晶體管還包括:介電層，配置于外延層上；以及金屬層，配置于介電層上并與源極區(qū)電性連接。
[0030]在本發(fā)明的一實(shí)施例中，上述第一導(dǎo)電型為N型，第二導(dǎo)電型為P型；或第一導(dǎo)電型為P型，第二導(dǎo)電型為N型。
[0031]基于上述，在本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管中，通過在鄰接?xùn)艠O的外延層中配置隔離結(jié)構(gòu)，可有效降低柵極對源極的電容Cgs，并進(jìn)而減小輸入電容(:&。此外，在外延層中形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，以使元件具備耐高壓與低阻抗的特性。因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)較低的導(dǎo)通電阻與切換損失，以大幅提高產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。
[0032]為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合所附附圖作詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1A至IH為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的一種溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法的剖面示意圖。
[0034]圖2為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的一種溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法的剖面示意圖。
[0035]【符號說明】
[0036]100,200:溝道式柵極金氧半場效晶體管；
[0037]102:基底；
[0038]104:外延層；
[0039]106:源極區(qū)；
[0040]107、108、114、127、129:摻雜區(qū)；
[0041]109:氧化硅層；
[0042]110、118:圖案化掩模層；
[0043]111:氮化硅層；
[0044]112、120、130:溝道；
[0045]116、122:絕緣層；
[0046]116a:隔離結(jié)構(gòu)；
[0047]124:導(dǎo)體層；
[0048]126:介電層；
[0049]128:開口；
[0050]132:金屬層；
[0051]134:導(dǎo)體插塞；
[0052]A:區(qū)塊。
【具體實(shí)施方式】
[0053]圖1A至IH為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的一種溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法的剖面示意圖。
[0054]首先，請參照圖1A，在具有第一導(dǎo)電型的基底102上形成具有第一導(dǎo)電型的外延層104?；?02例如是N型重?fù)诫s(N+)的硅基底，其可作為溝道式柵極金氧半場效晶體管的漏極。外延層104例如是N型輕摻雜(N_)的外延層，且其形成方法包括進(jìn)行選擇性外延生長(selective epitaxy growth, SEG)工藝。
[0055]請參照圖1B，在外延層104中形成(由上而下由外延層104表面算起)具有第一導(dǎo)電型的源極區(qū)106、具有第二導(dǎo)電型的摻雜區(qū)107以及具有第一導(dǎo)電型的摻雜區(qū)108。源極區(qū)106例如是N+摻雜區(qū)。摻雜區(qū)107例如是P_摻雜區(qū)，其可用來定義P型主體阱區(qū)(bodywell)。摻雜區(qū)108例如是N型摻雜區(qū)，且其摻雜濃度高于N型基底102的摻雜濃度，以提供電流用的較小電阻路徑，進(jìn)而降低元件的導(dǎo)通電阻(Rds(ON))。
[0056]在一實(shí)施例中,可以先以N型摻質(zhì)進(jìn)行第一毪覆式注入(blanket implant)工藝，以在外延層104中形成塊狀N+摻雜區(qū)(未繪示)。N型摻質(zhì)包括磷或砷。然后，以P型摻質(zhì)進(jìn)行第二毯覆式注入工藝，以在所述塊狀N+摻雜區(qū)中形成作為摻雜區(qū)107的P—摻雜區(qū)。P型摻質(zhì)包括硼。此時，P—摻雜區(qū)上方剩余的塊狀N+摻雜區(qū)可作為源極區(qū)106，且？_摻雜區(qū)下方剩余的塊狀N+摻雜區(qū)可作為摻雜區(qū)108。
[0057]在另一實(shí)施例中，源極區(qū)106、摻雜區(qū)107及摻雜區(qū)108的形成方法各自包括進(jìn)行一毯覆式注入工藝，且本發(fā)明不對其形成順序作限制。
[0058]特別要說明的是，形成摻雜區(qū)108的步驟為選擇性步驟，可依工藝需要而省略。換句話說，也可以進(jìn)行兩次的毯覆式注入工藝，而僅在外延層104中形成源極區(qū)106及摻雜區(qū)107。
[0059]請參照圖1C，在外延層104上形成圖案化掩模層110。圖案化掩模層110的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其組合，且其形成方法包括進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝。在一實(shí)施例中，圖案化掩模層110可為包括氧化硅層109及氮化硅層110的堆疊結(jié)構(gòu)，如圖1C所示。在另一實(shí)施例中(未繪示)，圖案化掩模層110也可為單一材料層。然后，以圖案化掩模層110為掩模進(jìn)行刻蝕工藝，以移除部分外延層104，并在源極區(qū)106中形成至少二個溝道112。在一實(shí)施例中，溝道112的深度小于源極區(qū)106的深度，如圖1C所示。
[0060]之后，在各溝道112下方的外延層104中形成具有第二導(dǎo)電型的至少一摻雜區(qū)114，且摻雜區(qū)114位于摻雜區(qū)108下方。摻雜區(qū)114例如是P型摻雜區(qū)。形成摻雜區(qū)114的方法包括進(jìn)行至少一次的離子注入工藝，可依所需的摻雜區(qū)114的數(shù)目及深度做調(diào)整。由于此離子注入工藝是以圖案化掩模層110為掩模，因此可視為一種自對準(zhǔn)工藝，且摻雜區(qū)114的寬度W2大致上等于溝道112的寬度Wl。在一實(shí)施例中，兩個摻雜區(qū)114對應(yīng)于各溝道112且配置于摻雜區(qū)108下方的外延層104中。此兩個摻雜區(qū)114呈縱向排列且彼此分開，如圖1C所示。然而，本發(fā)明并不以此為限。在另一實(shí)施例中(未繪示)，也可以是單一個或多于二個的摻雜區(qū)114配置于各溝道112下方的外延層104中。
[0061]請參照圖1D，在溝道112中分別填滿絕緣層116。絕緣層116的材料包括氧化硅，且其形成方法包括進(jìn)行硅局部氧化法(LOCOS)、熱氧化法或化學(xué)氣相沉積工藝。在一實(shí)施例中，絕緣層116為以硅局部氧化法所形成的氧化硅層，如圖1D所示。在另一實(shí)施例中(未繪示)，也可以進(jìn)行例如高密度等離子體(HDP)的學(xué)氣相沉積工藝而在外延層104上形成毯覆式氧化層，且此毯覆式氧化層填入溝道112中。
[0062]請參照圖1E，移除圖案化掩模層110以及外延層104表面上的絕緣層116。移除圖案化掩模層110的方法包括進(jìn)行刻蝕工藝。移除外延層104表面上的絕緣層116的方法包括進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)工藝或回刻蝕工藝。此時，留在溝道112中的絕緣層116構(gòu)成隔離結(jié)構(gòu)116a。
[0063]之后，在外延層104上形成圖案化掩模層118，且圖案化掩模層118至少裸露出隔離結(jié)構(gòu)116a之間的外延層104。在一實(shí)施例中，圖案化掩模層118裸露出隔離結(jié)構(gòu)116a之間的外延層104以及部分隔離結(jié)構(gòu)116a。圖案化掩模層118的材料包括氮化硅，且其形成方法包括進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝。然后，以圖案化掩模層118為掩模進(jìn)行刻蝕工藝，以移除部分外延層104以及部分隔離結(jié)構(gòu)116a，以在外延層104中形成溝道120。此時，隔離結(jié)構(gòu)116a位于溝道120兩側(cè)且與溝道120接觸。在一實(shí)施例中，溝道120貫穿源極區(qū)106、摻雜區(qū)107及摻雜區(qū)108，且延伸至摻雜區(qū)108下方的部分外延層104中。接著，移除圖案化掩模層118。
[0064]請參照圖1F，在溝道120中形成絕緣層122。絕緣層122的材料包括氧化硅，且其形成方法包括進(jìn)行熱氧化法或化學(xué)氣相沉積工藝。然后，在溝道120中填滿導(dǎo)體層124。導(dǎo)體層124的形成方法包括在外延層104上形成導(dǎo)體材料層(未繪示)，且導(dǎo)體材料層填入溝道120。導(dǎo)體材料層的材料包括摻雜多晶硅，且其形成方法包括進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝。之后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨工藝或回刻蝕工藝，以移除溝道120外的導(dǎo)體材料層。
[0065]請參照圖1G，在外延層104上形成介電層126。介電層126的材料包括氧化硅、硼磷硅玻璃(BPSG)、磷硅玻璃(PSG)、氟硅玻璃(FSG)或未摻雜的硅玻璃(USG)，且其形成方法包括進(jìn)行化學(xué)氣相沉積工藝。之后，在介電層126中形成至少一開口 128。形成開口 128的方法包括進(jìn)行光刻刻蝕工藝。
[0066]之后，以介電層126為掩模進(jìn)行刻蝕工藝，以在溝道120兩側(cè)的外延層104中形成二第三溝道130。在一實(shí)施例中，溝道130貫穿源極區(qū)106，且延伸至部分摻雜區(qū)107中。
[0067]然后，在溝道130的底部的摻雜區(qū)107中分別形成多個摻雜區(qū)129。摻雜區(qū)129例如是P+摻雜區(qū)，且其形成方法包括進(jìn)行離子注入以及后續(xù)的驅(qū)入工藝。由于此離子注入工藝是以介電層126為掩模，因此可視為一種自對準(zhǔn)工藝，且摻雜區(qū)129包覆溝道130的整個底部以及部分側(cè)壁。
[0068]此外，可在各溝道130下方的外延層104中形成具有第二導(dǎo)電型的至少一摻雜區(qū)127，且摻雜區(qū)127位于摻雜區(qū)108下方。特別要說明的是，形成摻雜區(qū)127的時間點(diǎn)可在形成摻雜區(qū)129的步驟之前或之后，或與形成摻雜區(qū)129的步驟同時進(jìn)行。本發(fā)明并不對形成摻雜區(qū)127的時間點(diǎn)作限制。
[0069]摻雜區(qū)127例如是P型摻雜區(qū)。形成摻雜區(qū)127的方法包括進(jìn)行至少一次的離子注入工藝，可依所需的摻雜區(qū)127的數(shù)目及深度做調(diào)整。由于此離子注入工藝是以介電層126為掩模，因此可視為一種自對準(zhǔn)工藝，且摻雜區(qū)127的寬度W4大致上等于溝道130的寬度W3。在一實(shí)施例中，兩個摻雜區(qū)127對應(yīng)于各溝道130且配置于摻雜區(qū)108下方的外延層104中。此兩個摻雜區(qū)127呈縱向排列且彼此分開，如圖1G所示。然而，本發(fā)明并不以此為限。在另一實(shí)施例中，也可以是單一個或多于二個的摻雜區(qū)127配置于各溝道130下方的外延層104中。
[0070]特別要說明的是，摻雜區(qū)108下方的外延層104的摻雜濃度等于至少一摻雜區(qū)114以及至少一摻雜區(qū)127的摻雜濃度總和。具體來說，在外延層104的區(qū)塊A中，N型外延層104的N型摻雜濃度等于至少一 P型摻雜區(qū)114以及至少一 P型摻雜區(qū)127的P型摻雜濃度，使得區(qū)塊A呈電中性,達(dá)到電荷平衡(charge balance)。更具體來說,在外延層104的區(qū)塊A中,通過P型摻質(zhì)與N型摻質(zhì)的交替配置而構(gòu)成超結(jié)(super junct1n)結(jié)構(gòu)，以使元件具備耐高壓與低阻抗的特性。
[0071]此外，依工藝需要，也可以選擇性地省略形成摻雜區(qū)114或形成摻雜區(qū)127的步驟。舉例來說，可以只形成摻雜區(qū)114于外延層104中，或只形成摻雜區(qū)127于外延層104中，只要能使外延層104的區(qū)塊A達(dá)到電荷平衡即可。
[0072]請參照圖1H，在介電層126上形成金屬層132，且金屬層132填入溝道130中并與源極區(qū)106電性連接。金屬層132的材料包括T1、TiN、W、Al或其組合，且其形成方法包括進(jìn)行沉積工藝或?yàn)R射工藝。填入溝道130的金屬層132構(gòu)成導(dǎo)體插塞134。換句話說，金屬層132通過導(dǎo)體插塞134與源極區(qū)106電性連接。至此，完成溝道式柵極金氧半場效晶體管100的制造，其中絕緣層122作為柵絕緣層，且導(dǎo)體層124作為柵極。
[0073]在以上的實(shí)施例中，是以第一導(dǎo)電型為N型，第二導(dǎo)電型為P型為例來說明之，但本發(fā)明并不以此為限。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)了解，第一導(dǎo)電型也可以為P型，而第二導(dǎo)電型為N型。
[0074]以下，將參照圖1H說明本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管的結(jié)構(gòu)。如圖1H所示，本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管100包括N型基底102、N型外延層104、N型源極區(qū)106、絕緣層122、導(dǎo)體層124、二導(dǎo)體插塞134、二隔離結(jié)構(gòu)116a、介電層126及金屬層132。N型外延層配置于N型基底102上。N型外延層104具有至少一溝道120。N型源極區(qū)106配置于N型外延層104中。作為柵絕緣層的絕緣層122配置于溝道120中。作為柵極的導(dǎo)體層124填滿溝道120。二隔離結(jié)構(gòu)116a配置于溝道120兩側(cè)的N型源極區(qū)106中，且與溝道120接觸。二導(dǎo)體插塞134配置于溝道120兩側(cè)的N型外延層104中且貫穿N型源極區(qū)106。介電層126配置于N型外延層上。金屬層132配置于介電層126上并與N型源極區(qū)106電性連接。
[0075]特別要說明的是，在本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管100中，通過在鄰接?xùn)艠O(即導(dǎo)體層124)的外延層104中配置隔離結(jié)構(gòu)116a，可有效降低柵極對源極的電容Cgs,并進(jìn)而減小輸入電容ciss。
[0076]此外，本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管100還包括P型摻雜區(qū)107、N型摻雜區(qū)108以及P型摻雜區(qū)129。P型摻雜區(qū)107配置于N型源極區(qū)106下方的N型外延層104中。N型摻雜區(qū)108配置于P型摻雜區(qū)107下方的N型外延層104中。此外，溝道120貫穿N型源極區(qū)106、P型摻雜區(qū)107及N型摻雜區(qū)108，并延伸至N型摻雜區(qū)108下方的部分N型外延層104中。由于N型摻雜區(qū)108鄰接溝道120的側(cè)壁，且N型摻雜區(qū)108的摻雜濃度高于N型外延層104的摻雜濃度，因此可有效降低元件的垂直通道的電阻。此外，P型摻雜區(qū)129配置于導(dǎo)體插塞134的底部，以有效降低導(dǎo)體插塞134的歐姆電阻。
[0077]另外，本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管100還包括至少一 P型摻雜區(qū)114和/或至少一 P型摻雜區(qū)127。P型摻雜區(qū)114、127配置于N型摻雜區(qū)108下方的N型外延層104中。在一實(shí)施例中，如圖1H所示，P型摻雜區(qū)114分別對應(yīng)于隔離結(jié)構(gòu)116a，且其寬度實(shí)質(zhì)上等于或大于隔離結(jié)構(gòu)116a的寬度。在一實(shí)施例中，溝道120與摻雜區(qū)114分開，如圖1H所示。在另一實(shí)施例中，溝道120也可以與部分摻雜區(qū)114接觸，使得一部分摻雜區(qū)114鄰接溝道120的底角部分，而另一部分摻雜區(qū)114未與溝道120接觸，如圖2所示。在又一實(shí)施例中(未繪示)，溝道120也可以與全部摻雜區(qū)114接觸，使得摻雜區(qū)114鄰接溝道120的側(cè)壁。此外，P型摻雜區(qū)127分別對應(yīng)于導(dǎo)體插塞134，且其寬度實(shí)質(zhì)上等于導(dǎo)體插塞134的寬度。
[0078]特別要說明的是，在本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管100中，多個P型摻雜區(qū)114、127分開配置于N型外延層104中，通過P型摻質(zhì)與N型摻質(zhì)的交替配置而構(gòu)成超結(jié)(super junct1n)結(jié)構(gòu),如圖1H的A區(qū)所示。所述超結(jié)結(jié)構(gòu)具有耐高壓與低阻抗的特性。
[0079]綜上所述，在本發(fā)明的溝道式柵極金氧半場效晶體管中，通過在鄰接?xùn)艠O的外延層中配置隔離結(jié)構(gòu)，可有效降低柵極對源極的電容Cgs，并進(jìn)而減小輸入電容(:&。此外，在外延層中形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，以使元件具備耐高壓與低阻抗的特性。與現(xiàn)有MOSFET相較，在相同單位面積內(nèi)，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)較低的導(dǎo)通電阻與切換損失，進(jìn)而提升每單位面積的功率密度，大幅提高產(chǎn)品的競爭優(yōu)勢。另外，本發(fā)明的方法相當(dāng)簡單，不需增加額外的掩模，利用自對準(zhǔn)工藝即可完成超結(jié)結(jié)構(gòu)，因此可大幅節(jié)省成本，提升競爭力。
[0080]雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作部分的更改與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其特征在于，包括: 在具有一第一導(dǎo)電型的一基底上形成具有該第一導(dǎo)電型的一外延層； 在該外延層中形成具有該第一導(dǎo)電型的一源極區(qū)； 在該源極區(qū)中形成至少二第一溝道； 在該些第一溝道中分別填滿多個第一絕緣層，以構(gòu)成多個隔離結(jié)構(gòu)； 在該外延層中形成一第二溝道，使得該些隔離結(jié)構(gòu)位于該第二溝道的兩側(cè)且與該第二溝道接觸； 在該第二溝道中形成一第二絕緣層； 在該第二溝道中填入一第一導(dǎo)體層； 在該第二溝道兩側(cè)的該外延層中分別形成二第三溝道；以及 在該些第三溝道中分別填入多個第二導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中在形成該些第一溝道之前，還包括: 在該源極區(qū)下方的該外延層中形成具有一第二導(dǎo)電型的一第一摻雜區(qū)；以及 在該第一摻雜區(qū)下方的該外延層中形成具有該第一導(dǎo)電型的一第二摻雜區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中形成該源極區(qū)、該第一摻雜區(qū)、該第二摻雜區(qū)的方法各自包括進(jìn)行一毯覆式注入工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中該第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于該外延層的摻雜濃度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中在形成該些第一溝道之后以及在該些第一溝道中分別填滿該些第一絕緣層之前，還包括: 在各第一溝道下方的該外延層中形成具有該第二導(dǎo)電型的至少一第三摻雜區(qū)，該至少一第三摻雜區(qū)位于該第二摻雜區(qū)下方。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中該第三摻雜區(qū)與該第二溝道分開。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中部分該第三摻雜區(qū)與該第二溝道接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中在該第二溝道兩側(cè)的該外延層中分別形成該些第三溝道之后以及在該些第三溝道中分別填入該些第二導(dǎo)體層之前，還包括: 在各第三溝道下方的該外延層中形成具有該第二導(dǎo)電型的至少一第四摻雜區(qū)，該至少一第四摻雜區(qū)位于該第二摻雜區(qū)下方。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中該第二摻雜區(qū)下方的該外延層的摻雜濃度等于該至少一第三摻雜區(qū)以及該至少一第四摻雜區(qū)的摻雜濃度總和。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中在形成該些第三溝道之后以及在該些第三溝道中分別填入該些第二導(dǎo)體層之前，還包括: 在各第三溝道的底部的該第一摻雜區(qū)中形成具有該第二導(dǎo)電型的一第三摻雜區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中形成該些第一絕緣層的方法包括進(jìn)行硅局部氧化法、熱氧化法或化學(xué)氣相沉積工藝。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管的制造方法，其中該第一導(dǎo)電型為N型，該第二導(dǎo)電型為P型；或該第一導(dǎo)電型為P型，該第二導(dǎo)電型為N型。
13.—種溝道式柵極金氧半場效晶體管，其特征在于，包括: 具有一第一導(dǎo)電型的一基底； 具有該第一導(dǎo)電型的一外延層，配置于該基底上，其中該外延層具有至少一溝道； 具有該第一導(dǎo)電型的一源極區(qū)，配置于該外延層中； 一絕緣層，配置于該溝道中； 一導(dǎo)體層，填滿該溝道； 二隔離結(jié)構(gòu)，配置于該溝道兩側(cè)的該源極區(qū)中，且與該溝道接觸；以及 二導(dǎo)體插塞，配置于該溝道兩側(cè)的該外延層中且貫穿該源極區(qū)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其特征在于，還包括: 具有一第二導(dǎo)電型的一第一摻雜區(qū)，配置于該源極區(qū)下方的該外延層中；以及 具有該第一導(dǎo)電型的一第二摻雜區(qū)，配置于該第一摻雜區(qū)下方的該外延層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中該第二摻雜區(qū)的摻雜濃度高于該外延層的摻雜濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其特征在于，還包括: 具有該第二導(dǎo)電型的至少二第三摻雜區(qū)，配置于該第二摻雜區(qū)下方的該外延層中，且該些第三摻雜區(qū)分別對應(yīng)于該些隔離結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中該些第三摻雜區(qū)與該溝道分開。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中部分該些第三摻雜區(qū)與該溝道接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中各第三摻雜區(qū)的寬度等于或大于各隔離結(jié)構(gòu)的寬度。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其特征在于，還包括: 具有該第二導(dǎo)電型的至少二第四摻雜區(qū)，配置于該第二摻雜區(qū)下方的該外延層中，且該些第四摻雜區(qū)分別對應(yīng)于該些導(dǎo)體插塞。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中該第二摻雜區(qū)下方的該外延層的摻雜濃度等于該至少二第三摻雜區(qū)以及該至少二第四摻雜區(qū)的摻雜濃度的總和。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其特征在于，還包括: 具有該第二導(dǎo)電型的二第三摻雜區(qū)，配置于該導(dǎo)體插塞的底部的該第一摻雜區(qū)中。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中該導(dǎo)體層的材料包括摻雜多晶硅，該些導(dǎo)體插塞的材料包括T1、TiN, W、Al或其組合，且該些隔離結(jié)構(gòu)的材料包括氧化硅。
24.根據(jù)權(quán)利要求13所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其特征在于，還包括: 一介電層，配置于該外延層上；以及 一金屬層，配置于該介電層上并與該源極區(qū)電性連接。
25.根據(jù)權(quán)利要求14所述的溝道式柵極金氧半場效晶體管，其中該第一導(dǎo)電型為N型，該第二導(dǎo)電型為P型；或該第一導(dǎo)電型為P型，該第二導(dǎo)電型為N型。
【文檔編號】H01L29/78GK104241127SQ201310223242
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】鄭謙興 申請人:碩頡科技股份有限公司