[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种半导体装置，特别系有关于一种具有超接面(super junction)结构的半导体装置及其制造方法。

背景技术

图1是绘示出现有的N型垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(vertical double-diffused MOSFET，VDMOSFET)剖面示意图。N型垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管10包括：一半导体基底及位于其上的一栅极结构。半导体基底内具有一N型外延(epitaxy)漂移(drift region)区100及位于其上方的P型基体(base)区102而形成P-N接面。再者，N型外延漂移区100下方具有一漏极区106，其连接至一漏极电极114。P型基体区102内具有一源极区104，其连接至一源极电极112。栅极结构由一栅极介电层108及位于其上的栅极电极110所构成。

为了提升N型垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管10中P-N接面的耐压(withstand voltage)，必须降低N型外延漂移区100的掺杂浓度及/或提升其厚度。然而，以上述方式来提升P-N接面的耐压时，同时也会增加N型垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管10的导通电阻(Ron)。亦即，导通电阻会受到N型外延漂移区的掺杂浓度与厚度的限制。

具有超接面(Super-junction)结构的垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管可以提高N型外延漂移区的掺质浓度，进而提升P-N接面的耐压，同时能够避免导通电阻的增加。在一现有技术中，利用多层外延技术(multi-epi technology)来形成超接面结构，上述多层外延技术需要进行外延成长、P型掺杂工艺及高温扩散工艺，并重复进行上述工艺。因此，上述多层外延技术会有工艺繁复、制造成本高以及元件尺寸难以微缩等缺点。

因此，有必要寻求一种具有超接面结构的半导体装置，其能够改善或解决上述问题。

发明内容

本发明一实施例提供一种半导体装置，包括：一基底，具有一第一掺杂区及位于其上的一第二掺杂区，其中第一及第二掺杂区具有一第一导电类型，且其中第二掺杂区内具有至少一第一沟槽及与其相邻的至少一第二沟槽；一第一外延层，设置于第一沟槽内，且具有一第二导电类型；一第二外延层，设置于第二沟槽内，且具有第一导电类型，其中第二外延层具有一掺杂浓度大于第二掺杂区的掺杂浓度，且小于第一掺杂区的掺杂浓度；以及一栅极结构，设置于第二沟槽上方。

本发明另一实施例提供一种半导体装置的制造方法，包括：提供一基底，具有一第一掺杂区及位于其上的一第二掺杂区，其中第一及第二掺杂区具有一第一导电类型；在第二掺杂区内形成至少一第一沟槽；在第一沟槽内填入一第一外延层，其中第一外延层具有一第二导电类型；在第二掺杂区内形成与第一沟槽相邻的至少一第二沟槽；在第二沟槽内填入一第二外延层，其中第二外延层具有第一导电类型，且第二外延层具有一掺杂浓度大于第二掺杂区的掺杂浓度，且小于第一掺杂区的掺杂浓度；以及在第二沟槽上方形成一栅极结构。

附图说明

图1是绘示出现有的N型垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管剖面示意图。

图2A至图2G是绘示出根据本发明一实施例的半导体装置的制造方法剖面示意图。

图3A至图3E是绘示出根据本发明另一实施例的半导体装置的制造方法剖面示意图。

图4A至图4F是绘示出根据本发明又另一实施例的半导体装置的制造方法剖面示意图。

附图标号：

现有

10～N型垂直式扩散金属氧化物半导体场效应晶体管；

100～N型外延漂移区；

102～P型基体区；

104～源极区；

106～漏极区；

108～栅极电极层；

110～栅极电极；

112～源极电极；

114～漏极电极。

实施例

20、20’、20”～半导体装置；

200～基底；

200a～第一掺杂区；

200b～第二掺杂区；

201～界面；

202、210、218～硬遮罩；

202a、210a、218a～开口；

204～第一沟槽；

206、214、222～绝缘衬垫层；

208、208’～第一外延层；

209、217、226～介电材料层；

212～第二沟槽；