功率MOS场效应管及其制造方法技术

提供一种ＭＯＳ场效应管，包括第一导电型衬底（２）。同样沉积在衬底上的第一导电型的外延层（１）。第一和第二主体区域（５ａ，６ａ，５ｂ，６ｂ）位于外延层内并且确定二者之间的漂移区域。主体区域具有第二导电型。第一导电型的第一和第二源极区（７，８）分别位于第一和第二主体区域。多个沟槽（４４，４６）位于外延层漂移区域内的主体区域下部。由第一和第二主体区域延伸到衬底的沟槽内部填充有含有第二导电型掺杂物的外延分层材料。掺杂物从沟槽扩散到邻近沟槽的外延层部分内部，从而在主体区域下形成第二导电型的半导体区域（４０，４２）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请此申请是美国申请第09/586,407号题为“具有低导通电阻值的高压功率MOS场效应管”的后续申请，该申请的申请日为2000年6月2日。附图说明图1所示为N沟槽的MOS场效应管的典型结构图。在此器件中，在N+硅层2上形成的N外延硅层1包含p主体区域(P-body regions)5a和6a以及两个MOS场效应管小区的N+源极区7和8。P主体区域5和6同时可以含有深度p主体区域(deep P-body regions)5b和6b。源极体电极12延伸经过外延层1的确定的表面部分与源极区域和主体区域相接触。附图1中，延伸到上半导体表面的N外延层1部分形成两个小区的N型漏极。在N+衬底2的底部提供有漏电极(未单独显示)。含氧化层和多晶硅层的绝缘的栅电极18位于主体的沟槽和漏极部分上。附图1所示常规MOS场效应管的导通电阻大部分由外延层1中的漂移区域电阻所决定。反过来，漂移区域电阻由外延层1的掺杂度和层厚度所决定。然而，为了提高此器件的击穿电压值，必须降低外延层1的掺杂浓度同时增加层厚度。附图2中曲线20所示为作为传统MOS场效应管击穿电压值函数的单位面积导通电阻值。不幸的是，如曲线20所示，当器件的击穿电压快速升高时，该器件的电阻也快速升高。当MOS场效应管处于更高的电压运行状态，特别是高于几百伏时，电阻的高速增长就会产生问题。附图3所示的MOS场效应管用于降低导通电阻之后更高电压状态下进行操作。这一MOS场效应管见于1998年IEDM论文的683页第26.2章内容。此MOS场效应管与附图2中所示传统的MOS场效应管相似，不同的是前者包含由主体区域5和6底部延伸到器件的漂移区域内部的p型掺杂区域40和42。P型掺杂物区域40和42确定了由n型掺杂区分立开的漂移区域的区(column)，此n型掺杂区比如由邻近p掺杂区域40和42的外延层1所属部分所确定的区。逆掺杂类型的替代区不仅会产生传统MOS场效应管中垂直方向反向电压的增高，同时在水平方向也是如此。其结果是，如同传统的器件一样，降低外延层1的厚度值并提高漂移区域掺杂浓度之后，此器件同样会产生相同的反向电压值。附图2中曲线25所示为作为附图3中MOS场效应管击穿电压值函数的单位面积上的导通电阻值。很明显地，在更高电压的情形下，较之附图1器件中导通电阻基本随着击穿电压值线性增加，此器件的导通电阻值大大降低。附图3中器件改进之后的操作特性是基于晶体管漂移区域中的电荷补充上的。也就是说，漂移区域中的掺杂大大提高比如一个数量级或更高，通过添加反向掺杂类型区来抵消附加电荷。从而晶体管的阻塞电压值保持不变。当器件处于开启状态时，电荷补充区不会有助于电流的传导。晶体管的这些理想特性关键是依赖于在反向掺杂类型的邻近区之间完成的电荷补充的程度大小。不幸的是，在生产过程中控制过程参数时的限制条件，很难避免区掺杂梯度的不均衡性。例如，沿区和衬底之间界面以及区和p主体区域之间界面的扩散，会导致这些界面附近区部分掺杂浓度的变化。附图3所示的结构可利用一包含多个外延沉积步骤的操作序列来实现，其中每个外延沉积步骤后面都有适当掺杂物的添加。不幸的是，外延沉积步骤实行起来开销很高，所以制造此结构是不经济的。因而，提供一种生产附图3中MOS场效应管结构的方法是很需要的。它要求沉积步骤最少从而可以降低生产成本，同时可以实现对过程参数的足够控制从而在器件漂移区域中的反向掺杂类型相邻区之间实现电荷高程度补充。根据本专利技术的一方面内容，填充沟槽的材料是硅。根据本专利技术的另一方面内容，填充沟槽的硅至少部分氧化。根据本专利技术的其它方面内容，填充沟槽的材料为电介质，例如二氧化硅等。根据本专利技术的其它方面内容，填充沟槽的材料可以包含硅和电介质。根据本专利技术的其它方面内容，可以提供形成MOS场效应管的方法。此方法首先提供第一导电型衬底，然后将外延层沉积在此衬底上。外延层具有第一导电型。第一和第二主体区域在外延层内形成以确定二者之间的漂移区域。主体区域具有第二导电型。第一导电型的第一和第二源极区分别形成于第一和第二主体区域内。在外延层的漂移区域内形成多个沟槽。包含第二导电型掺杂物的材料沿外延沉积在沟槽内部。这些沟槽由第一和第二主体区域向衬底延伸。至少掺杂物的一部分由沟槽扩散到邻近沟槽的外延层部分。附图2所示为作为传统MOS场效应管击穿电压函数的单位面积上的导通电阻值以及根据本专利技术构建的一MOS场效应管。附图3所示为以具有在相同电压下比附图1所述结构单位面积上更低的导通电阻进行操作的MOS场效应管结构。附图4-6所示为根据本专利技术所构建的MOS场效应管各种实施例的相关部分。附图7所示为根据本专利技术所构建的完整的MOS场效应管。详细描述根据本专利技术，首先围绕p型区域40和42所处位置刻蚀出一对沟槽，形成附图3所示的p型区域40和42。接下来向这些沟槽中填充富含掺杂物的材料。材料中的掺杂物由沟槽中扩散出来进入形成器件漂移区域的邻近外延层。外延层所形成的掺杂物部分形成p型区域。填充沟槽的材料连带扩散出沟槽的掺杂物保存在最终器件中。因而，需要对材料进行挑选从而不会反过来影响器件的特性。可举出的可用作填充沟槽的材料包括多晶硅或例如二氧化硅的电介质。附图4-6所示为可用来填充在外延硅层1内形成的沟槽44和46的几种不同混合材料。虽然附图4-6给出沟槽44-46、外延层1和衬底2，为了清楚，附图4-6没有给出包含p主体区域和源极区的MOS场效应管的上面部分。附图4所示专利技术的实施例中，沟槽44和46内部填充由掺杂电介质，如掺杂硼的二氧化硅。填充完沟槽后，硼扩散到相邻外延层1从而形成p型区域40和42。填充沟槽的掺杂硼的二氧化硅保存在最终的MOS场效应管中。附图5所示专利技术的实施例中，沟槽至少是部分地填充掺杂硼的多晶硅，即多晶硅。填充完沟槽后，硼扩散到相邻外延层1从而形成p型区域40和42。剩余填充沟槽的掺杂硼的多晶硅保存在最终的MOS场效应管器件中。可替代地，扩散结束形成二氧化硅之后，多晶硅可以全部或部分地氧化。因而，保存在最终MOS场效应管器件中的沟槽内部填充有电介质，即二氧化硅以及任何残余多晶硅。在另一替代中，沟槽中的任何掺杂硼的多晶硅可以升高温度再结晶以形成单晶硅。在这种情况下，残留在最终MOS场效应管中的沟槽内部填充了单晶硅，或单晶硅与二氧化硅或其它电介质的混合物。附图6所示专利技术的实施例中，首先部分地将掺杂多晶硅填充到沟槽44和46中，接着利用电介质沉积来填满沟槽。填充完沟槽后，硼扩散到相邻外延层1以形成p型区域40和42。残余的掺杂硼的多晶硅以及用来填充沟槽的电介质保存在最终的MOS场效应管器件中。有些情况下掺杂硼的多晶硅升高温度进行再结晶从而形成单晶硅。因而，残留在最终MOS场效应管中的沟槽内部填充有单晶硅和电介质。附图7所示为根据本专利技术所构建的合成的功率MOS场效应管。此MOS场效应管包含衬底2、外延层1、p主体区域5a和6a、深度p主体区域5b和6b、源极区7和8以及沟槽44和46分别所处在的p型区域40和42。P型区域40和42确定了均由n型掺杂区分立开的区。图中也给出了含有氧化层48和多晶硅层49的栅极以及含有金属化层50的源极。在本专利技术的另一个实施例中，沟槽内部可以填充沿外延沉积材料，如掺杂硅。在一些情况本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率ＭＯＳ场效应管，包含： 第一导电型衬底； 衬底上的外延层，所述外延层具有第一导电型； 位于第一外延层内确定了漂移区域的第一和第二主体区域，所述主体区域具有第二导电型； 分别位于第一和第二主体区域内的第一导电型的第一和第二源区域； 位于外延层漂移区域内的主体区域下面的多个沟槽，这些沟槽内部填充有含有第二导电型掺杂物的外延分层的材料，所述沟槽从第一和第二主体区域延伸到衬底，所述掺杂物从所述沟槽扩散到邻近沟槽的外延层部分。

【技术特征摘要】
US 2000-6-2 09/586,407;US 2001-5-4 09/849,0361.一种功率MOS场效应管，包含第一导电型衬底；衬底上的外延层，所述外延层具有第一导电型；位于第一外延层内确定了漂移区域的第一和第二主体区域，所述主体区域具有第二导电型；分别位于第一和第二主体区域内的第一导电型的第一和第二源区域；位于外延层漂移区域内的主体区域下面的多个沟槽，这些沟槽内部填充有含有第二导电型掺杂物的外延分层的材料，所述沟槽从第一和第二主体区域延伸到衬底，所述掺杂物从所述沟槽扩散到邻近沟槽的外延层部分。2.权利要求1中的MOS场效应管，其中所述填充沟槽的材料为硅。3.权利要求1中的MOS场效应管，其中所述填充沟槽的材料为电介质。4.权利要求3中的MOS场效应管，其中所述电介质为二氧化硅。5.权利要求1中的MOS场效应管，其中所述掺杂物为硼。6.权利要求2中的MOS场效应管，其中所述硅是至少部分被氧化。7.权利要求1中的MOS场效应管，其中填充沟槽的材料包含硅和电介质。8.权利要求1中的MOS场效应管，其中所述主体区域包括深主体区域。9.权利要求1中的MOS场效应管，其中所述外延分层的材料包含多个层，所述层中至少两个具有不同的掺杂浓度。10.权利要求9中的MOS场效应管，其中所述多个层包括邻近于主体区域之一的接口层，所述接口层具有比外延分层材料的内层更低的掺杂浓度。11.权利要求1中的MOS场效应管，其中相对于衬底邻近区域内掺杂浓度分布，所述外延分层材料在主体区域的邻近区域具有降低的掺杂浓度。12.权利要求1中的MOS场效应管，其中所述邻近沟槽的外延层部分在横向于沟槽的方向上具有大体上均匀的浓度值。13.权利要求11中的MOS场效应管，其中所述邻近沟槽的外延层部分在横向于沟槽的方向上具有大体上均匀的浓度值。14.一种形成MO...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德A布兰查德，
申请(专利权)人：通用半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]