[发明专利]一种沟槽金属氧化物半导体场效应管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体功率器件的单元结构、器件构造及工艺制造。特别涉及一种新颖的沟槽MOSFET(沟槽金属氧化物半导体场效应管)的单元结构和工艺方法，采用该结构的沟槽MOSFET有效提高了器件的雪崩击穿特性。

背景技术

美国专利号：No.6,888,196揭示了一种采用传统的源体接触沟槽结构的沟槽金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，如图1所示。该沟槽MOSFET包括：形成于N+衬底900上方的N型掺杂的外延层902；位于所述外延层902内部的多个沟槽910a；衬于所述沟槽910a内表面的栅氧化层908及其上方填充沟槽的多晶硅910；P型体区912以及靠近近所述体区912上表面的n+源区914；穿过第二绝缘层918的源体接触沟槽916a和填充所述源体接触沟槽且与源金属920相连的金属插塞916；形成于所述源体接触沟槽916a底部周围的p+体接触区906。另外，位于所述源体接触沟槽底部的p+体接触区906由进行BF2离子注入形成，由于源体接触沟槽的侧壁垂直于所述外延层的上表面，因此所形成的p+体接触区只包围源体接触沟槽底部周围很小的区域，这将导致在n+源区下方位于沟道和p+体接触区之间的电阻Rp很高。众所周知，当Iav*Rp＞0.7V时，寄生n+(源区)/P(体区)/N(外延层)双极性晶体管开启，其中Iav为沟槽底部的雪崩电流。因此，图1示出的传统垂直式源体接触结构有较差的雪崩击穿特性，很大程度上影响器件的性能。

图2示出了美国专利号：No.6,888,196揭示的另一种源体接触沟槽的结构，与图1中所示结构不同，图2中的源体接触沟槽的侧壁没有垂直与所述外延层的上表面，而是具有倾斜的侧壁。这种倾斜的侧壁结构与图1所示结构相比较，在进行体接触区离子注入的过程中，可以部分地增大体接触区的掺杂区域，但是，由于在该现有技术中，进行体接触区离子注入之前，在源体接触沟槽内部淀积了一层屏蔽氧化层，使得所述体接触区的增加面积有限，因此图1所示结构中存在的具有高Rp和较差雪崩击穿特性的问题没有得到有效的解决。

图3示出了现有技术所揭示的另一种源体接触沟槽结构。虽然与图2相比，图3中所示结构的源体接触沟槽没有明显的区别，但是由于在进行体接触区掺杂剂的离子注入过程之前，没有淀积屏蔽氧化层，使得体接触区的面积得以有效地增大，如图3所示，这很好地解决了图1和图2所示结构中所存在的问题。但是，由于没有屏蔽氧化层的保护，体接触区掺杂剂在离子注入的过程中，也同时被注入到位于源体接触沟槽侧壁的源区，这又会引起源区浓度降低，从而增大源极的接触电阻。

因此，在半导体器件领域中，尤其是在沟槽MOSFET的设计和制造领域，需要提供一种新颖的单元结构、器件构造和制造方法以解决上述的困难和设计局限。

发明内容

本发明克服了现有技术中存在的一些缺点，提供了一种改进的沟槽MOSFET结构和工艺制造方法，增强了器件的雪崩击穿特性，且解决了因进行体接触区掺杂剂的离子注入而导致的源区掺杂浓度下降的问题。

根据本发明的实施例，提供了一种图4所示的沟槽金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)，包括：

(a)第一导电类型的衬底；

(b)第一导电类型的外延层，该外延层位于衬底之上，且该外延层的多数载流子浓度低于衬底；

(c)第二导电类型的体区，位于所述外延层的上部分；

(d)第一导电类型的源区，位于有源区，且位于所述体区的上部分，且所述源区的多数载流子浓度高于所述外延层；

(e)位于所述外延层中的多个沟槽，该沟槽的侧壁靠近所述源区和所述体区；

(f)第一绝缘层，该绝缘层衬于所述沟槽的内表面；

(g)第一导电类型的栅极导电区域，该栅极导电区域位于所述沟槽中，且靠近所述第一绝缘层；

(h)第二绝缘层，该第二绝缘层覆盖所述外延层的上表面；

(i)多个源体接触沟槽，穿过所述第二绝缘层和所述源区，延伸入所述体区该源体接触沟槽的侧壁位于所述第二绝缘层和所述源区的部分与所述外延层上表面之间的夹角(θ₁、θ₂)为90+/-5度，位于所述体区的部分与外延层上表面之间的夹角(θ₃、θ₄)小于90度；

(j)第二导电类型的体接触区，位于所述体区，包围所述源体接触沟槽位于所述体区中的侧壁和底面，且所述体接触区的多数载流子浓度高于所述体区；

(k)金属插塞位于每个所述源体接触沟槽中；