場(chǎng)效應(yīng)晶體管、邊緣結(jié)構(gòu)及相關(guān)制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及但不限于場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)以及雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(DMOS)等半導(dǎo)體器件在電子產(chǎn)業(yè)中已得到了廣泛的應(yīng)用。在一些應(yīng)用場(chǎng)合，例如作為開關(guān)型電壓轉(zhuǎn)換器的功率開關(guān)等，場(chǎng)效應(yīng)晶體管應(yīng)該具有良好的電流處理能力、較低的導(dǎo)通電阻RdsQN、較高的擊穿電壓BV和良好的安全耐久性。
[0003]場(chǎng)效應(yīng)晶體管諸如MOSFET、JFET, DMOS等通常制作于半導(dǎo)體襯底上，并且具有有效單元區(qū)域和邊緣區(qū)域。有效單元區(qū)域至少包括一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元，具有柵區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)，并可以通過(guò)柵區(qū)控制源區(qū)和漏區(qū)之間的導(dǎo)電溝道區(qū)以控制場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工作狀態(tài)，例如導(dǎo)通或關(guān)斷。邊緣區(qū)域應(yīng)至少包括一個(gè)隔離單元，實(shí)現(xiàn)有效單元區(qū)域與邊緣區(qū)域的隔離，阻斷邊緣區(qū)域至有效單元區(qū)域的漏電通路，并改善場(chǎng)效應(yīng)晶體管的反向擊穿電壓(BP，場(chǎng)效應(yīng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)下能夠承受的最大漏源電壓)。增加有效單元區(qū)域中場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的數(shù)目有助于增大場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流處理能力，以及降低導(dǎo)通電阻Rdsw。改善邊緣區(qū)域中隔離單元的隔離和耐壓性能有助于提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的反向擊穿電壓和安全耐久性。
[0004]通常，可以在邊緣區(qū)域中制作保護(hù)環(huán)作為隔離單元。保護(hù)環(huán)的導(dǎo)電類型與襯底的導(dǎo)電類型相反。然而保護(hù)環(huán)占用面積較大，對(duì)于一定面積的晶圓，這意味著邊緣區(qū)域面積增大，而有效單元區(qū)域面積降低，導(dǎo)致可制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的數(shù)目減少。這樣不僅場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通性能降低，而保護(hù)環(huán)的隔離能力也并不理想。另外，制作保護(hù)環(huán)需要使用額外的離子注入掩膜，增加了制造復(fù)雜度和成本。
[0005]還可以采用溝槽隔離單元代替保護(hù)環(huán)。例如，圖1示出了一種溝槽柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的縱向剖面示意圖。該場(chǎng)效應(yīng)晶體管10形成于N型半導(dǎo)體襯底101上，包括有效單元區(qū)域102和邊緣區(qū)域103。有效單元區(qū)域102中制作有晶體管單元，每個(gè)晶體管單元具有溝槽柵104、N+型源區(qū)105和P體區(qū)106，半導(dǎo)體襯底101作為漏區(qū)，溝槽柵104通過(guò)形成于溝槽底部和側(cè)壁的柵氧化層與源區(qū)105、體區(qū)106和襯底101隔離。各溝槽柵104之間相互電連接，圖1中以相互連接的虛線示意這種電連接關(guān)系。邊緣區(qū)域103中制作有溝槽柵接觸107，與溝槽柵104電耦接(仍以虛線示意這種電耦接關(guān)系)并具有比溝槽柵104更寬的橫向?qū)挾龋员愀菀着c柵電極108接觸，從而將溝槽柵104耦接至柵電極108。邊緣區(qū)域103中還制作有多個(gè)溝槽型隔離單元109以保護(hù)有效單元區(qū)域102中的晶體管單元，每個(gè)溝槽型隔離單元109具有與溝槽柵104相同或相似的結(jié)構(gòu)，也通過(guò)覆蓋溝槽底部和側(cè)壁的氧化層與體區(qū)106和襯底101隔離。然而，圖1所示的溝槽型隔離單元109雖然可以起到比保護(hù)環(huán)較好的隔離的作用，但是仍存在一些問(wèn)題。圖2示意出了圖1中場(chǎng)效應(yīng)晶體管10處于關(guān)斷狀態(tài)且漏區(qū)101和源區(qū)105之間施加較高的漏源電壓時(shí)的局部等勢(shì)線分布圖(例如對(duì)應(yīng)于圖1中BB’示意的局部區(qū)域)。由圖2可見(jiàn)，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的關(guān)斷狀態(tài)并且漏區(qū)101和源區(qū)105之間施加較高的漏源電壓時(shí)，多個(gè)懸浮的溝槽型隔離單元109中最靠近有效單元區(qū)域102的那個(gè)溝槽型隔離單元109 (最左側(cè)的溝槽型隔離單元109)的左側(cè)會(huì)有較強(qiáng)的電場(chǎng)分布(如圖2中由虛線框框起的部分，等勢(shì)線分布比較密集)。這一強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域使最左側(cè)的溝槽型隔離單元109需要承受較大的電壓，很容易引起場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的反向擊穿電壓漂移，甚至導(dǎo)致溝槽型隔離單元109的側(cè)壁氧化層被擊穿。一旦該側(cè)壁氧化層被擊穿，場(chǎng)效應(yīng)晶體管10將受損。因此，最左側(cè)的溝槽型隔離單元109左側(cè)強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域的存在會(huì)導(dǎo)致場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的反向擊穿電壓漂移或降低而不能達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。另外，在使用過(guò)程中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管10最左側(cè)的溝槽型隔離單元109可能長(zhǎng)期反復(fù)承受較強(qiáng)的電壓，因而可靠性和耐用度也會(huì)縮減，影響場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題，本公開的實(shí)施例提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管、用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管的邊緣結(jié)構(gòu)及其制造方法。
[0007]在本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括:具有有效單元區(qū)域和邊緣區(qū)域的襯底，所述邊緣區(qū)域位于所述有效單元區(qū)域的外圍；多個(gè)晶體管單元，形成于襯底的所述有效單元區(qū)域中，其中每個(gè)晶體管單元包括漏區(qū)、柵區(qū)、有效體區(qū)和源區(qū)，所述源區(qū)位于所述有效體區(qū)中，且與所述柵區(qū)橫向相鄰地形成于所述柵區(qū)的兩側(cè)，所述漏區(qū)和源區(qū)具有所述第一導(dǎo)電類型，所述有效體區(qū)具有與所述第一導(dǎo)電類型相反的第二導(dǎo)電類型；多個(gè)懸浮體區(qū)，形成于襯底的所述邊緣區(qū)域中，具有所述第二導(dǎo)電類型；以及多個(gè)隔離單元，形成于襯底的所述邊緣區(qū)域中，由所述邊緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)向所述邊緣區(qū)域的外側(cè)方向依次排布并且該多個(gè)隔離單元與所述多個(gè)懸浮體區(qū)平行交錯(cuò)排布。
[0008]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例每個(gè)隔離單元可以包括第一型溝槽，該第一型溝槽的側(cè)壁和底部布滿介電層，布滿該介電層的該第一型溝槽填充有第一導(dǎo)電側(cè)墻、第二導(dǎo)電側(cè)墻和隔離介電層，其中該第一導(dǎo)電側(cè)墻緊靠該第一型溝槽的內(nèi)側(cè)壁形成，該第二導(dǎo)電側(cè)墻緊靠該第一型溝槽的外側(cè)壁形成，并且該第一導(dǎo)電側(cè)墻和第二導(dǎo)電側(cè)墻之間具有空隙，所述隔離介電層填滿該空隙將該第一導(dǎo)電側(cè)墻和第二導(dǎo)電側(cè)墻隔開；并且每個(gè)隔離單元可以進(jìn)一步包括具有第二導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)區(qū)，該保護(hù)環(huán)區(qū)形成于半導(dǎo)體襯底中，并且位于每個(gè)隔離單元的所述第一型溝槽的底部下方。
[0009]在本發(fā)明的另一方面，提出了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的邊緣結(jié)構(gòu)，形成于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的邊緣區(qū)域中，該邊緣結(jié)構(gòu)可以包括:多個(gè)懸浮體區(qū)；以及多個(gè)隔離單元，由所述邊緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)向所述邊緣區(qū)域的外側(cè)方向依次排布并且該多個(gè)隔離單元與所述多個(gè)懸浮體區(qū)平行交錯(cuò)排布；其中:每個(gè)隔離單元包括第一型溝槽，該第一型溝槽的側(cè)壁和底部布滿介電層，布滿該介電層的該第一型溝槽填充有第一導(dǎo)電側(cè)墻、第二導(dǎo)電側(cè)墻和隔離介電層，其中該第一導(dǎo)電側(cè)墻緊靠該第一型溝槽的內(nèi)側(cè)壁形成，該第二導(dǎo)電側(cè)墻緊靠該第一型溝槽的外側(cè)壁形成，并且該第一導(dǎo)電側(cè)墻和第二導(dǎo)電側(cè)墻之間具有空隙，所述隔離介電層填滿該空隙將該第一導(dǎo)電側(cè)墻和第二導(dǎo)電側(cè)墻隔開；每個(gè)隔離單元進(jìn)一步包括具有第二導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)區(qū)，該保護(hù)環(huán)區(qū)形成于半導(dǎo)體襯底中，并且位于每個(gè)隔離單元的所述第一型溝槽的底部下方。
[0010]在本發(fā)明的再一方面，提出了一種制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一導(dǎo)電類型，包括有效單元區(qū)域和邊緣區(qū)域；在所述有效單元區(qū)域中形成多個(gè)柵區(qū)；在所述邊緣區(qū)域中形成多個(gè)隔離溝槽，該多個(gè)隔離溝槽由所述邊緣區(qū)域的內(nèi)側(cè)向所述邊緣區(qū)域的外側(cè)方向依次平行排布，并且在每個(gè)隔離溝槽的側(cè)壁和底面形成平鋪覆蓋的介電層，并在覆蓋有該介電層的每個(gè)隔離溝槽中填充第一導(dǎo)電側(cè)墻和第二導(dǎo)電側(cè)墻，使該第一導(dǎo)電側(cè)墻緊靠隔離溝槽的內(nèi)側(cè)壁形成，并使該第二導(dǎo)電側(cè)墻緊靠隔離溝槽的外側(cè)壁形成，并且使該第一導(dǎo)電側(cè)墻和該第二導(dǎo)電側(cè)墻彼此由空隙隔開；在所述半導(dǎo)體襯底中形成具有第二導(dǎo)電類型的體區(qū)摻雜層，位于所述有效區(qū)域中的該體區(qū)摻雜層被所述多個(gè)柵區(qū)分隔成多個(gè)有效體區(qū)，位于所述邊緣區(qū)域中的該體區(qū)摻雜層被所述多個(gè)隔離溝槽分隔成多個(gè)懸浮體區(qū)；通過(guò)每個(gè)隔離溝槽中的所述空隙向半導(dǎo)體襯底中形成具有所述第二導(dǎo)電類型的保護(hù)環(huán)區(qū)，使該保護(hù)環(huán)區(qū)位于相應(yīng)隔離溝槽的底部下方；在所述多個(gè)有效體區(qū)中形成具有所述第一導(dǎo)電類型的多個(gè)源區(qū)，使這些源區(qū)分別位于所述多個(gè)柵區(qū)的兩側(cè)；以及形成填充每個(gè)隔離溝槽中所述第一導(dǎo)電側(cè)墻和第二導(dǎo)電側(cè)墻之間所述空隙的隔離介電層。
[0011]根據(jù)本發(fā)明各實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的邊緣結(jié)構(gòu)不僅能很好的將邊緣區(qū)域與有效單元區(qū)域隔離，以保護(hù)有效單元區(qū)域中的晶體管單元不受邊緣區(qū)域載流子的影響，而且具有降低的邊緣區(qū)域面積和制造成本，并解決了槽型隔離單元易于擊穿的問(wèn)題，提升了反向擊穿電壓和其工作穩(wěn)定性。。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面的附圖有助于更好地理解接下來(lái)對(duì)本公開不同實(shí)施例的描述。這些附圖并非按照實(shí)際的特征、尺寸及比例繪制，而是示意性地示出了本公開一些實(shí)施方式的主要特征。這些附圖和實(shí)施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本公開的一些實(shí)施例。為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，不同附圖中相同或類似的組件或結(jié)構(gòu)采用相同或相似的附圖標(biāo)記示意。
[0013]圖1示出了一種溝槽柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的縱向剖面示意圖；
[0014]圖2示出了圖1中場(chǎng)效應(yīng)晶體管10處于關(guān)斷狀態(tài)且施加較高的漏源電壓時(shí)的局部等勢(shì)線分布示意圖；
[0015]圖3示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管20的縱向剖面示意圖；
[0016]圖4示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖3中所示場(chǎng)效應(yīng)晶體管20的局部平面俯視示意圖；
[0017]圖5示出了圖3中場(chǎng)效應(yīng)晶體管20處于關(guān)斷狀態(tài)且施加較高的漏源電壓時(shí)的局部等勢(shì)線分布示意圖；
[0018]圖6示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管30的縱向剖面示意圖；
[0019]圖7示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的對(duì)應(yīng)于圖6中所示場(chǎng)效應(yīng)晶體管30的局部平面俯視示意圖；
[0020]圖8A至SG示出了根據(jù)本公開一個(gè)實(shí)施例的制造場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中部分階段的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本公開的一些實(shí)施例。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，并非要限制本公開的范圍。此外，在以下說(shuō)明中省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要的混淆本公開的概念。
[0022]在接下來(lái)的說(shuō)明中，一些具體的細(xì)節(jié)，例如實(shí)施例中的具體電路結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)、工藝步驟以及這些電路、器件和工藝的具體參數(shù)，都用于對(duì)本公開的實(shí)施例提供更好的理解。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，即使在缺少一些