溝槽式功率金氧半場效晶體管的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種溝槽式功率金氧半場效晶體管，溝槽式功率金氧半場效晶體管的柵極包括一上摻雜區(qū)與一下?lián)诫s區(qū)，而形成一PN結(PN?junction)。如此，當溝槽式功率金氧半場效晶體管工作時，PN結所形成的接面電容可和柵極/漏極之間的電容串聯(lián)，而使柵極/漏極的等效電容降低。
【專利說明】溝槽式功率金氧半場效晶體管
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種功率金氧半場效晶體管，尤其涉及一種溝槽式功率金氧半場效晶體管。
【背景技術】
[0002]功率金氧半場效晶體管(PowerMetal Oxide Semiconductor FieldTransistor, Power M0SFET)被廣泛地應用于電力裝置的切換元件，例如是電源供應器、整流器或低壓馬達控制器等等?，F(xiàn)今的功率金氧半場效晶體管多采取垂直結構的設計，以提升元件密度。而具有溝槽柵極結構的功率式金氧半場效晶體管，不但具有更高的元件密度，也有更低的導通電阻，其優(yōu)點是可以在耗費低功率的狀況下，控制電壓進行元件的操作。
[0003]功率型金氧半場效晶體管的工作損失可分成切換損失(switching loss)及導通損失(conducting loss)兩大類,其中柵極/漏極的電容值(Cgd)是影響切換損失的重要參數(shù)。柵極/漏極電容值太高會造成切換損失增加，進而限制功率型金氧半場效晶體管的切換速度，不利于應用高頻電路中。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于，針對現(xiàn)有技術的不足提供一種溝槽式功率金氧半場效晶體管，其借助于一具有PN結(PN junction)的柵極來降低柵極/漏極電容值。
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是通過如下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]一種溝槽式功率金氧半場效晶體管，包括基材、磊晶層及多個溝槽式晶體管單元；磊晶層形成于該基材上方，而多個溝槽式晶體管單元形成于磊晶層中，其中各溝槽式晶體管單元包括溝槽柵極結構；溝槽柵極結構包括溝槽與柵極，其中溝槽形成于磊晶層中，而溝槽的內側壁形成一絕緣層，而柵極形成于溝槽內，其中柵極包括一上摻雜區(qū)與一下?lián)诫s區(qū)，以形成一 PN結。
[0007]綜上所述，本實用新型的溝槽式功率金氧半場效晶體管可在柵極中形成PN結。由于PN結在逆向偏壓下可產(chǎn)生接面電容(junction capacitance, Cj),且接面電容是和柵極/漏極電容(Cgd)串聯(lián)，因此可降低柵極/漏極的等效電容值。
[0008]為讓本實用新型的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖；
[0010]圖1B為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖；
[0011]圖2A為本實用新型另一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖；
[0012]圖2B為實用新型另一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖；
[0013]圖3為實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管制造方法的流程圖；
[0014]圖4A至圖4M為本實用 新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的制造方法中各步驟的局部剖面示意圖；
[0015]圖5為本實用新型另一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管制造方法的流程圖；
[0016]圖6A至圖6G為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的制造方法中各步驟的局部剖面示意圖。
[0017]【附圖標記說明】
[0018]基材100
[0019]溝槽式晶體管單元101
[0020]磊晶層110
[0021]漂移區(qū)120
[0022]基體區(qū)130
[0023]源極區(qū)140
[0024]溝槽柵極結構150
[0025]溝槽151
[0026]絕緣層154、154’、180
[0027]柵極157、157’
[0028]上摻雜區(qū)155
[0029]下?lián)诫s區(qū)I56、I56”
[0030]PN 結 102
[0031]上絕緣層152
[0032]下絕緣層153、153”
[0033]第一絕緣層IMaUSOa
[0034]第二絕緣層l53b、l80b
[0035]第三絕緣層153c、180c
[0036]第一摻雜區(qū)130’
[0037]氧化物層153’
[0038]多晶硅結構160
[0039]第一空間151a
[0040]第二空間I5Ib
[0041]第一多晶娃結構156’
[0042]第二多晶硅結構155’
[0043]溝渠170
[0044]流程步驟S300 ~S306、S500 ~S504【具體實施方式】
[0045]在下文中，將借助于圖式說明本實用新型的實施例來詳細描述本實用新型，而附圖中的相同參考數(shù)字可用以表示類似的元件。有關本實用新型的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考附圖的各實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。以下實施例中所提到的方向用語，例如:上、下、前、后、左、右等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而并非用來限制本實用新型。并且，在下列各實施例中，采用相同的標號來表示相同或近似的元件。
[0046]圖1A為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖。溝槽式功率金氧半場效晶體管包括基材100、磊晶層110及多個溝槽式晶體管單元(如圖1A中的2個)。
[0047]基材100具有高濃度的第一型導電性雜質，而形成第一重摻雜區(qū)。第一重摻雜區(qū)是用來作為溝槽式功率金氧半場效晶體管的漏極(drain)，且可分布于基材100的局部區(qū)域或是分布于整個基材100中。在本實施例的第一重摻雜區(qū)是分布于整個基材100內，但僅用于舉例而非用以限制本實用新型。前述的第一型導電性雜質可以是N型或P型導電性雜質。假設基材100為硅基材，N型導電性雜質為五價元素離子，例如磷離子或砷離子，而P型導電性雜質為三價元素離子，例如硼離子、鋁離子或鎵離子。
[0048]若溝槽式功率金氧半場效晶體管為N型,基材100摻雜N型導電性雜質。另一方面，若為P型溝槽式功率金氧半場效晶體管，則基材100摻雜P型導電性雜質。本實用新型實施例中，是以N型溝槽式功率金氧半場效晶體管為例說明。
[0049]嘉晶層(epitaxial layer) 110形成于基材100上方，并具有低濃度的第一型導電性雜質。也就是說，以NMOS晶體管為例，基材100為高濃度的N型摻雜(N+)，而磊晶層110則為低濃度的N型摻雜(N—)。反之，以PMOS晶體管為例，基材100為高濃度的P型摻雜(P+doping),而嘉晶層110則為低濃度的P型摻雜(PYoping)。
[0050]多個溝槽式晶體管單元101形成于磊晶層110中，其中各溝槽式晶體管單元包括漂移區(qū)120、基體區(qū)(body region) 130、源極區(qū)(drain region) 140與溝槽柵極結構150,其中基體區(qū)130與源極區(qū)140是形成于溝槽柵極結構150側邊的磊晶層110中。
[0051]進一步而言，基體區(qū)130是借助于在磊晶層110中摻雜第二型導電性雜質而形成，而源極區(qū)140則是借助于在基體區(qū)130摻雜高濃度的第一型導電性雜質而形成，且源極區(qū)140是形成于基體區(qū)130的上半部。舉例而言，對NMOS晶體管而言，基體區(qū)130為P型摻雜(如P型井，P-well)，而源極區(qū)140為N型摻雜。此外，基體區(qū)130的摻雜濃度小于源極區(qū)140的摻雜濃度。
[0052]也就是說，借助于在不同區(qū)域摻雜不同濃度及不同類型的導電性雜質，磊晶層110可被區(qū)分為漂移區(qū)120、基體區(qū)130及源極區(qū)140?；w區(qū)130與源極區(qū)140是緊鄰于溝槽柵極結構150的兩側，漂移區(qū)120則靠近基材100。換言之，基體區(qū)130與源極區(qū)140是形成于磊晶層110的上半部，漂移區(qū)120則形成于磊晶層110的下半部。
[0053]溝槽柵極結構150包括溝槽151、絕緣層154與門極157。溝槽151形成于磊晶層120中，絕緣層154與柵極157皆形成于溝槽151內，其中絕緣層154位于溝槽151的內側壁，以隔離柵極157與磊晶層120。
[0054]要特別說明的是，本實用新型實施例的溝槽式晶體管單元101具有深溝槽(de印trench)結構。也就是說，溝槽151由嘉晶層110的表面向下延伸至基體區(qū)130以下,也就是延伸至漂移區(qū)120中，并且溝槽151的底部較靠近基材110。
[0055]前述的深溝槽結構有助于增加溝槽式晶體管單元101的崩潰電壓，然而卻會增加柵極/漏極的電容(Cgd)。據(jù)此，本實用新型實施例的柵極157包括一上摻雜區(qū)155與一下?lián)诫s區(qū)156，其中上摻雜區(qū)155與下?lián)诫s區(qū)156形成一 PN結(PN junction) 102。換言之，上摻雜區(qū)155與下?lián)诫s區(qū)156分別摻雜不同型的導電性雜質，而在二者之間形成PN結102。在一實施例中，PN結102的位置低于基體區(qū)130的下方邊緣。在另一實施例中，上摻雜區(qū)155是形成于溝槽151的上半部，而下?lián)诫s區(qū)156是形成于溝槽151的下半部，且PN結102是位于約溝槽151的中間位置。PN結102的位置會影響晶體管的柵極/漏極之間的等效電容(Cgd)，其位置可以依照元件的特性需求設置于所需的位置，舉例來說，PN結102位于基體區(qū)130的下方邊緣或稍微低于基體區(qū)130下方邊緣的地方可以降低柵極/漏極的等效電容(Cgd)，由此大幅改善柵極電荷(Qgd)并且可降低元件的切換損失。
[0056]另外，值得注意的是，不論PN結102與基體區(qū)130的相對位置為何，只要有PN結102的存在，其所產(chǎn)生的接面電容會與溝槽柵極結構150底部的閘/漏極電容串聯(lián)，由此降低整體元件的等效閘/漏極電容。PN結102也會因為摻雜或擴散制造過程的影響而有些微位置與形狀的變化，但都可達到降低等效閘/漏極電容的功效。
[0057]請參照圖1B，為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖。如圖1B所示，由于深溝槽結構，柵極/漏極的電容Cgd是由第一電容Cl、第二電容C2及第三電容C3并聯(lián)而形成，亦即Cgd=Cl+C2+C3。
[0058]如前所述，過高的柵極/漏極電容會降低溝槽式金氧半場效晶體管的切換速度。因此，在本實用新型實施例中，在柵極157中形成PN結。由于PN結在逆向偏壓下可產(chǎn)生接面電容(junction capacitance, Cj),且接面電容Cj是和柵極/漏極電容(Cgd)串聯(lián),使等效電容Ct、柵極/漏極電容Cgd及接面電容Cj滿足下列關系式:Ct=(Cgd*Cj)/(Cgd+Cj)。由于等效電容Ct會比原本的柵極/漏極電容Cgd更小，因而可使溝槽式金氧半場效晶體管的切換損失降低。
[0059]另外，為了在溝槽式晶體管單元處于導通狀態(tài)(ON)時，可在柵極157的PN結產(chǎn)生接面電容Cj，上摻雜區(qū)155所摻雜的導電性雜質和源極區(qū)140相同，而和基體區(qū)130相反。以NMOS晶體管為例，源極區(qū)140與上摻雜區(qū)155皆為N型摻雜，而基體區(qū)130與下?lián)诫s區(qū)156皆為P型摻雜。
[0060]當對柵極157的上摻雜區(qū)155施加正偏壓時，基體區(qū)130的負電荷會累積至溝槽151側邊而形成源極與漏極之間的載子通道，使溝槽式晶體管單元處于導通狀態(tài)。然而，在柵極157的PN結則由于逆向偏壓而產(chǎn)生空乏區(qū)，可形成接面電容Cj。反之，以PMOS晶體管為例，源極區(qū)130與上摻雜區(qū)155皆為P型摻雜，而基體區(qū)140與下?lián)诫s區(qū)156皆為N型摻雜。
[0061]假設以基體區(qū)130的下緣為基準面，溝槽151可被大致區(qū)分為上半部及下半部。在一實施例中，絕緣層154包括一上絕緣層152與一下絕緣層153,其中上絕緣層152形成于溝槽151上半部的內側壁面，下絕緣層153是形成于溝槽151下半部的內側壁面。另外，柵極157的下?lián)诫s區(qū)156亦形成于溝槽151下半部的空間內，而上摻雜區(qū)155則形成于溝槽151上半部的空間內。上絕緣層152用以將基體區(qū)130及源極區(qū)140與上摻雜區(qū)155隔離，而下絕緣層153則用以隔離下?lián)诫s區(qū)156與磊晶層120。
[0062]在一實施例中，下絕緣層153的厚度大于上絕緣層152的厚度，在這種情況下，如圖1A所示，上摻雜區(qū)155的寬度會大于下?lián)诫s區(qū)156的寬度。絕緣層154例如是二氧化硅，而柵極157例如是復晶娃柵極。
[0063]在本實施例中，下?lián)诫s區(qū)155由溝槽151的底部延伸至超過下絕緣層153的頂部，并大致朝溝槽151的兩側壁延伸至下絕緣層153的頂部正上方。另外，下絕緣層153的頂端與PN結102的位置接近于基體區(qū)130的下方邊緣。在圖1A實施例中，下絕緣層153的頂端與PN結102的位置是略低于基體區(qū)130的下方邊緣。
[0064]請參照圖2A及圖2B，為本實用新型另一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的局部剖面結構示意圖。在本實施例中，柵極157’中仍是具有上摻雜區(qū)155及下?lián)诫s區(qū)156”，以形成PN結102。和前一實施例不同的是，下?lián)诫s區(qū)156”由溝槽151底部延伸至接近下絕緣層153”的頂部，但并未繼續(xù)朝兩側延伸至下絕緣層153”的頂部正上方。然而，下?lián)诫s區(qū)156”的頂端接近基體區(qū)130的下方邊緣。在另一實施例中，下?lián)诫s區(qū)156”的頂端是可略低于基體區(qū)130的下方邊緣。
[0065]此外，本實施例的絕緣層154’包括上絕緣層152及下絕緣層153”。下絕緣層153”具有疊層結構，包括第一絕緣層153a、第二絕緣層153b及第三絕緣層153c，其中第二絕緣層153b被夾設于第一絕緣層153a與第三絕緣層153c之間。第一絕緣層153a、第二絕緣層153b及第三絕緣層153c可以是氧化物或氮化物。例如，第一絕緣層153a與第三絕緣層153c為氧化物層，而第二絕緣層153b為氮化物層，可防止下?lián)诫s區(qū)156”中的雜質擴散至漂移區(qū)120，進而避免對溝槽式功率金氧半場效晶體管的工作造成不良的影響。另外，下絕緣層153”的頂部接近基體區(qū)130的下方邊緣。在圖2A及圖2B的實施例中，下絕緣層153”的頂部是低于基體區(qū)130的下方邊緣
[0066]另外，本實用新型實施例提供溝槽式功率金氧半場效晶體管的制造方法。請參照圖3并配合參照圖4A至圖41。圖3為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管制造方法的流程圖。圖4A至圖41為本實用新型一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的制造方法中各步驟的局部剖面示意圖。
[0067]在S300中，提供一基材100。接著于S301中，形成一嘉晶層(epitaxial layer) 110于基材100上。請配合參照圖4A。如圖4A所示，基材100，并且于基材100上已形成一磊晶層(epitaxial layer) 110,其中基材100例如為娃基板(silicon substrate),其具有高摻雜濃度的第一重摻雜區(qū)以作為溝槽式功率金氧半場效晶體管的漏極(drain)，磊晶層110則為低摻雜濃度。
[0068]接著，進行S303,對嘉晶層110進行一基體慘雜制造過程，以在嘉晶層110遠尚基材100的一側，形成第一摻雜區(qū)130做為后續(xù)基體區(qū)130’，如圖4A所示。此外，由圖4A中可看出，磊晶層110中的其他區(qū)域形成溝槽式功率金氧半場效晶體管的漂移區(qū)120。
[0069]接著，在S303中，在形成第一摻雜區(qū)130’之后。形成多個溝槽于磊晶層110中，如圖4B所示。
[0070]請先參照圖4B，在磊晶層110中形成多個溝槽151。在一實施例中，是利用光罩(圖中未示出)定義出柵極的位置，并以干蝕刻或濕蝕刻的方式在磊晶層110內制造出復數(shù)個溝槽151。值得注意的是，在本實施例中，磊晶層110會在溝槽柵極結構150形成前先進行摻雜以形成第一摻雜區(qū)130’，此第一摻雜區(qū)130’系為基體區(qū)130的預備區(qū)域。在溝槽柵極結構150形成后，第一摻雜區(qū)130’會被定義出相對應的基體區(qū)130。由此，可以避免形成基體區(qū)的熱擴散制造過程影響柵極結構中的摻雜結構。
[0071]接著，在S304中，形成第一型摻雜區(qū)于所述這些溝槽151其中之一，其中第一型摻雜區(qū)具有一溝渠151，第二型摻雜區(qū)則形成于溝渠151之內。詳細的流程請參照圖4C至圖4L。
[0072]首先，在圖4C至圖4H中，形成如圖1A的下絕緣層153于溝槽151的下半部。詳細而言，如圖4C所示，先毯覆式地形成一氧化物層153’于磊晶層110上。氧化物層153’可為氧化硅層(Si02)，可利用熱氧化制造過程來形成。在其他實施例中，也可以利用物理氣相沉積或化學氣相沉積方式來形成氧化物層153’。氧化物層153’形成于磊晶層110的表面以及溝槽151的側壁面及底部。
[0073]請參照圖4D，形成多晶硅結構160于氧化物層153’上，并填入溝槽151中。多晶硅結構160可以是含導電性雜質的多晶硅結構(dopedpoly-Si)或是未含導電性雜質的多晶娃結構(non-doped poly-Si)。接著,如圖4E所示，回蝕(etch back)去除氧化物層153’表面上所覆蓋的多晶硅結構160，以及位于溝槽151上半部的多晶硅結構160，而只留下位于溝槽151下半部的多晶硅結構160。在圖4E中，位于溝槽151下半部的多晶硅結構160的頂端高于第一摻雜區(qū)130’的下緣。
[0074]請參照圖4F，以多晶硅結構160做為罩冪，進行一蝕刻制造過程，以將覆蓋于磊晶層110表面的氧化物層153’以及覆蓋于溝槽151上半部的側壁面的氧化物層153’薄化。要特別說明的是，由于位于溝槽151下半部的多晶硅結構160在前一步驟中沒有被移除，所以位于溝槽151下半部的氧化物層153’的厚度并不受到影響。
[0075]接著，如圖4G所示，將位于溝槽151內的多晶硅結構160全部移除。此時，溝槽151上下半部的側壁面覆蓋不同厚度的氧化物層153’，而使溝槽151內部空間可區(qū)分為較大的第一空間151a及較小的第二空間151b，其中第一空間151a位于第二空間151b上方，且第一空間151a與第二空間151b相連通。此步驟可利用選擇性蝕刻方式，在不移除氧化物層153’的情況下，去除溝槽151內的多晶硅結構160。
[0076]請參照圖4H，移除已薄化的氧化物層153’。也就是說，完全去除覆蓋于磊晶層110表面以及位于溝槽151上半部的氧化物層153’。進行此步驟時，位于溝槽151下半部的氧化物層153’也會被部分的移除。但由于溝槽151下半部的氧化物層153’厚度較厚，因此當移除溝槽151上半部的氧化物層153’時，并不會完全將溝槽151下半部的氧化物層153’移除。在此步驟中，溝槽151下半部的氧化物層153’即為圖1A中的下絕緣層153，并且下絕緣層153的頂端低于第一摻雜區(qū)130的下方邊緣。
[0077]請參照圖41，形成上絕緣層152于氧化物層153’上。也就是說，上絕緣層152覆蓋溝槽151上半部的側壁面，并形成于磊晶層110的表面。形成上絕緣層152的制造過程，和圖4C中用來形成氧化物層153’的制造過程可以是相同的制造過程，例如沉積上絕緣層152與沉積氧化物層153’可以都是利用熱氧化制造過程。但在其他實施例中，形成上絕緣層152的制造過程，和圖4C中用來形成氧化物層153’的制造過程也可以不同。在本實用新型實施例中，上絕緣層152與氧化物層153’具有不同的厚度，而上絕緣層152的厚度比氧化物層153’的厚度薄。另外，上絕緣層152與氧化物層153’共同形成如圖1A所示的絕緣層154。
[0078]請參照圖4J至圖4L，形成如圖1A的柵極157于溝渠151中，其中柵極157包括上摻雜區(qū)155與下?lián)诫s區(qū)156，上摻雜區(qū)155位于下?lián)诫s區(qū)156上方以于溝槽151內形成PN結。以柵極157的材料為多晶硅為例說明如下。
[0079]詳細而言，如圖4J所示，毯覆式地形成一第一多晶硅結構156’覆蓋于上絕緣層152上，并填入溝槽151的第二空間151b中。另外，第一多晶硅結構156’中并具有溝渠170。在本實施例中，第一多晶硅結構156’具有第一型摻雜區(qū)。舉例而言，當制造NMOS晶體管時，第一多晶硅結構156’摻雜P型導電性雜質，例如:硼、鋁或鎵等而形成第一型摻雜區(qū)。形成第一多晶娃結構156’時,可以直接以在內摻雜化學氣相沉積制造過程(in-situ dopingCVD process)形成。要說明的是，以在內摻雜化學氣相沉積制造過程來沉積摻雜導電性雜質的多晶娃結構可節(jié)省離子布植(ion implant)和退火的時間與成本。然而，在其他實施例中，也可以先形成未摻雜的多晶硅結構，再以離子布植制造過程對多晶硅結構進行摻雜，再進行退火制造過程。
[0080]接著，請參照圖4K,形成一第二多晶娃結構155’全面覆蓋于第一多晶娃結構156’，并填入溝渠170中。在本實施例中，第二多晶硅結構155’是以在內摻雜化學氣相沉積制造過程(in-situ doping CVDprocess)形成。第二多晶娃結構155’具有第二型摻雜區(qū)。如前所述，當進行NMOS晶體管制造時，第一型摻雜區(qū)為P型，則第二型摻雜區(qū)為N型。
[0081]隨后，如圖4L所示，回蝕去除第一摻雜區(qū)130’上方的第一多晶硅結構156’與第二多晶娃結構155’，留下位于溝槽151內的第一多晶娃結構156’及第二多晶娃結構155’。
[0082]在S305中，對第一摻雜區(qū)130’進行一源極摻雜制造過程，之后于S306中，進行一熱擴散制造過程以形成源極區(qū)140及基體區(qū)130，如圖4M所示，在進行熱擴散制造過程的步驟中，第一型摻雜區(qū)內的雜質擴散而形成一下?lián)诫s區(qū)156，第二型摻雜區(qū)內的雜質則擴散而形成一上摻雜區(qū)155。下?lián)诫s區(qū)156與上摻雜區(qū)155即在溝槽151中形成PN結102。
[0083]請參照圖5并配合參照圖6A至圖6G。圖5為本實用新型另一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管制造方法的流程圖。圖6A至圖6G為本實用新型另一實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管的制造方法中各步驟的局部剖面示意圖。圖6A中的步驟對應S500至S502，并與圖4A相似，因此不再贅述。另外，本實施例與前一實施例中相同元件以相同的標號表不。
[0084]接著進行S503，如圖1A形成第一摻雜區(qū)130’后，形成多個溝槽柵極結構于磊晶層Iio中，各溝槽柵極結構包括一上摻雜區(qū)155及一下?lián)诫s區(qū)156以形成一 PN結102。在S503中，詳細的制造過程流程請參照圖6B至圖6F。
[0085]在圖6B中，形成多個溝槽151于磊晶層110中。接著，請參照圖6C，在磊晶層110中形成多個溝槽151后，將絕緣層180形成于磊晶層110的表面，以及溝槽151的側壁面及底部。在本實施例中，是依序形成第一絕緣層180a、第二絕緣層180b及第三絕緣層180c。也就是說，第二絕緣層180b是夾設于第一絕緣層180a與第三絕緣層180c之間。在一實施例中，第一絕緣層180a與第三絕緣層180c皆為氧化硅層，第二絕緣層180b為氮化物層。形成第一絕緣層180a、第二絕緣層180b及第三絕緣層180c的方式可選擇物理氣相沉積法或化學氣相沉積法。
[0086]接著,如圖6D至圖6F所示，以在內摻雜化學氣相沉積制造過程(in-situ dopingCVD process)，將柵極形成于溝槽151內。詳細而言，在圖6D中，以在內摻雜化學氣相沉積制造過程毯覆式地將第一多晶硅結構156’形成于第三絕緣層180c上，并填入溝槽151中。接著，回蝕(etch back)去除第三絕緣層180c表面上所覆蓋的第一多晶硅結構156’，以及位于溝槽151上半部的第一多晶硅結構156’，而只留下位于溝槽151下半部的第一多晶硅結構156’。因此，位于溝槽151下半部的第一多晶硅結構156’后續(xù)將形成圖1A及圖2A的下?lián)诫s區(qū)156。此外，第一多晶硅結構156’的頂端接近于第一摻雜區(qū)130’與漂移區(qū)120的界線，也就是接近于第一摻雜區(qū)130’的下方邊緣。
[0087]請參照圖6E，以第一多晶硅結構156’做為罩冪，部份地移除第二絕緣層180b及第三絕緣層180c。詳細而言，位于第一摻雜區(qū)130’上方，以及位于溝槽151上半部側壁面的第二絕緣層180b及第三絕緣層180c會被移除。只有位于溝槽151下半部的絕緣層180會被完整保留。值得一提的是，溝槽151下半部的絕緣層180即為與圖1A中的下絕緣層153的功能相似，但結構不同，而第一絕緣層180a則與為圖2A中的上絕緣層152的功能相同，且結構相似。在本實施例中，位于溝槽151下半部的絕緣層180作為下絕緣層使用，絕緣層180內夾置有一氮化物層。也就是說，在先前的步驟中所形成的第二絕緣層180b為氮化物層。且在圖6E中，第二絕緣層180b與第三絕緣層180c的頂部略低于基體區(qū)130的下方邊緣。
[0088]隨后，如圖6F所示，形成一第二多晶硅結構155’于溝槽151中。詳細而言，先以在內摻雜化學氣相沉積制造過程形成第二多晶硅結構155’全面覆蓋于第一絕緣層180a上，并填入溝槽151中。第二多晶硅結構155’具有第二型摻雜區(qū)。當進行NMOS晶體管制造時，第一型摻雜區(qū)為P型，則第二型摻雜區(qū)為N型。接著，回蝕去除第一摻雜區(qū)130’上方的第二多晶硅結構155’，留下位于溝槽151內的第二多晶硅結構155’。
[0089]接著，進行S504，對第一摻雜區(qū)130’進行一源極摻雜制造過程后，進行一熱擴散制造過程以形成源極區(qū)140及基體區(qū)130，其中源極區(qū)140位于基體區(qū)130之上，如圖6G所示。在進行熱擴散制造過程的步驟中，第一型摻雜區(qū)內的雜質向外擴散而形成一下?lián)诫s區(qū)155，第二型摻雜區(qū)內的雜質則向外擴散而形成一上摻雜區(qū)156。并且，上摻雜區(qū)156與下?lián)诫s區(qū)155即在溝槽151中形成PN結。經(jīng)由上述實施例的說明，本【技術領域】普通技術人員應當可以輕易推知其他實施結構細節(jié)，在此不加贅述。
[0090]綜上所述，本實用新型實施例的溝槽式功率金氧半場效晶體管與其制造方法，可在柵極中形成PN結。由于PN結在逆向偏壓下可產(chǎn)生接面電容(junctioncapacitance, Cj),且接面電容是和柵極/漏極電容(Cgd)串聯(lián)，由此可降低等效電容Ct。如此，當功率型金氧半場效晶體管工作時，由于等效電容Ct降低，可增加元件的切換速度。
[0091]雖然本實用新型的實施例已公開如上，然而本實用新型并不受限于上述實施例，本領域普通技術人員，在不脫離本實用新型所公開的范圍內，當可作些許的更動與調整，因此本實用新型之保護范圍應當以權利要求所界定的為準。
【權利要求】
1.一種溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，包括: 一基材； 一磊晶層，形成于該基材上方；以及 多個溝槽式晶體管單元，形成于該磊晶層中，其中各該溝槽式晶體管單元包括一溝槽柵極結構，該溝槽柵極結構包括: 一溝槽，形成于該磊晶層中，該溝槽的內側壁形成有一絕緣層；以及 一柵極，形成于該溝槽內，其中該柵極包括一上摻雜區(qū)與一下?lián)诫s區(qū)，以形成一 PN結。
2.如權利要求1所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，各該溝槽式晶體管單元更包括: 一源極區(qū)，位于該溝槽柵極結構的側邊；以及 一基體區(qū)，位于該溝槽柵極結構的側邊并形成于該源極區(qū)下方； 其中，該PN結位于或低于該基體區(qū)下方邊緣。
3.如權利要求1所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，該上摻雜區(qū)位于該下?lián)诫s區(qū)域上方，以在該溝槽的中間位置形成該PN結。
4.如權利要求3所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，該上摻雜區(qū)與源極區(qū)為N型半導體，該下?lián)诫s區(qū)為P型半導體。
5.如權利要求3所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，該上摻雜區(qū)與源極區(qū)為P型半導體，該下?lián)诫s區(qū)為N型半導體。
6.如權利要求1所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，該上摻雜區(qū)位于該下?lián)诫s區(qū)域上方，且該上摻雜區(qū)的寬度大于該下?lián)诫s區(qū)的寬度。
7.如權利要求1所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，該絕緣層包括一上絕緣層與一下絕緣層，該上絕緣層位于該下絕緣層上方，其中該下絕緣層的厚度大于該上絕緣層的厚度，且該下絕緣層的頂部低于該溝槽式晶體管單元的一基體區(qū)下方邊緣。
8.如權利要求1所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，該絕緣層包括一上絕緣層與一下絕緣層，該上絕緣層用以隔離該上摻雜區(qū)與該磊晶層，該下絕緣層用以隔離該下?lián)诫s區(qū)與該磊晶層，其中該下絕緣層內夾置有一氮化物層，且該下絕緣層的頂部低于該溝槽式晶體管單元的一基體區(qū)的下方邊緣。
9.如權利要求1所述的溝槽式功率金氧半場效晶體管，其特征在于，各該溝槽式晶體管單元更包括一漂移區(qū)，該溝槽柵極結構由該磊晶層的表面延伸至該漂移區(qū)中。
【文檔編號】H01L29/80GK203746863SQ201420127857
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權日:2014年3月20日
【發(fā)明者】許修文 申請人:帥群微電子股份有限公司