一种沟槽金属氧化物半导体场效应管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有超高单元密度的沟槽金属氧化物半导体场效应管的结构及其制作方法，其中源区和体区被分别置于器件的不同区域，从而有效减小了器件的尺寸。此外，本发明专利技术的沟槽金属氧化物采用了带状的单元结构，进一步增加了单元封装密度，减小了漏极与源极之间的开启电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体功率器件的器件构造及制作方法。特别涉及一种改进的具有超单元密度的沟槽金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Ef feet-Transistor, M0SFET)的器件构造及制作方法。
技术介绍
众所周知，对于沟槽半导体功率器件而言，沟道封装密度(charmeIpacking density，即单位面积中的沟槽宽度)和单元密度(cell density)这两个参数对于提高器件的单位面积的性能和成本之间的比率具有很大的意义，因此，在现有技术中，提出了多种沟槽半导体功率器件的结构以试图得到更高的沟槽封装密度和单元密度。如图1所示，美国专利号6，737，704中揭示了一种位于N+衬底100之上的N沟道沟槽金属氧化物半导体场效应管。N型外延层102形成于所述衬底100的上表面。多个沟槽栅位于所述N型外延层102中，每个所述沟槽栅都衬有栅极氧化层108且下部填充以掺杂的多晶硅层104。此外，P型体区102形成于每两个相邻的所述沟槽栅之间，且包围所述沟槽栅。η+源区114靠近所述P型体区102的上表面且靠近所述沟槽栅。同时，P+欧姆体接触区113也靠近所述P型体区102的上表面且靠近所述η+源区114。金属层118填充于所述沟槽栅的上部分且覆盖所述η+源区114和所述P+欧姆体接触区113。值得注意的是，在每两个相邻的所述沟槽栅之间的台面中，所述P+欧姆体接触区 113占据了较大的台面面积，这限制了所述单元密度的增加。此外，参考图2和图3，可以看出，对于具有带状单元结构(stripe cell)和具有封闭单元结构(closed cell)的不同沟槽金属氧化物半导体场效应管而言，当所述台面的宽度‘a’小于所述沟槽栅的宽度‘b’时， 带状单元结构比封闭单元结构具有更高的沟道封装密度和更低的开启电阻。然而，图1所示现有技术中所揭示的沟槽金属氧化物半导体场效应管具有封闭单元结构，即使可以依靠技术的改进解决需要较大台面面积的局限，封闭单元结构所固有因较高的开启电阻导致较低的沟道封装密度的问题仍然存在。美国专利号7，402，863揭示了另一种沟槽金属氧化物半导体场效应管结构，如图 3所示。与图1相比，图3中的沟槽金属氧化物半导体场效应管在金属层118’的下方衬有一层势垒层111，然而，上面讨论的各种局限性没有得到本质的改善。因此，在半导体功率器件领域中，尤其是在沟槽金属氧化物半导体场效应管的设计和制造领域中，需要提出一种新颖的器件构造以解决上述的困难和设计局限。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种沟槽金属氧化物半导体场效应管。本专利技术的又一目的在于提供一种制备上述沟槽金属氧化物半导体场效应管的方法。本专利技术克服了现有技术中存在的缺点，从而有效的减小了两个相邻的沟槽栅之间的台面所占据的面积，从而可以有效减小器件的尺寸。为实现上述目的，根据本专利技术的实施例，提供了一种沟槽金属氧化物半导体场效应管，包括多个具有带状单元结构的沟槽金属氧化物半导体场效应管单元，每个所属沟槽金属氧化物半导体场效应管单元进一步包括(a)第一导电类型的衬底；(b)第一导电类型的外延层，位于所述衬底之上，且所述外延层的多数载流子浓度低于所述衬底；(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，形成于所述体区中且靠近所述体区的上表面，所述源区的多数载流子浓度高于所述外延层；(e)多个第一栅沟槽，位于所述外延层中，由所述源区和所述体区围绕，并且在每两个相邻的所述第一栅沟槽之间的外延层中，只存在所述源区和所述体区；(f)第一绝缘层，衬于所述第一栅沟槽下部分的内表面；(g)栅极导电区域，填充于所述第一栅沟槽的下部分，且靠近所述第一绝缘层；(h)第二绝缘层，覆盖所述导电区域和所述第一绝缘层的上表面以及覆盖所述外延层的部分上表面；(i)至少一个体接触沟槽，靠近所述有源区的边缘，所述体接触沟槽穿过所述第二绝缘层并延伸入所述体区；(j)第一金属插塞，填充于每个所述第一栅沟槽的上部分，且靠近所述第二绝缘层；(k)第二金属插塞，填充于每个所述体接触沟槽中；(1)第二导电类型的第一欧姆体接触区，位于所述体区内，至少包围每个所述体接触沟槽的底部，并且所述第一欧姆体接触区的所述载流子浓度高于所述体区；和(m)源极金属层，于所述源区的上表面处与所述源区形成电气接触，并且通过所述第一金属插塞于所述第一沟槽栅的上部分侧壁处与所述源区形成电气接触，以及通过所述第二金属插塞与所述体区形成电气接触。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管还包括至少一个第二栅沟槽，其宽度大于所述第一栅沟槽的宽度，每个所述第二栅沟槽的下部分都衬有所述第一绝缘层并填充所述栅极导电区域，每个所述第二栅沟槽的上部分都填充所述第二绝缘层。更有选地，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管，还包括至少一个栅接触沟槽，其穿过所述第二绝缘层并延伸入位于所述第二栅沟槽中的栅极导电区域，每个所述栅接触沟槽内都填充所述第二金属插塞且连接至栅极金属层。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管还包括一个由多个具有悬浮电压的沟槽环构成的终端区，所述沟槽环包括多个第三栅沟槽，每个所述第三栅沟槽的下部分都衬有所述第一绝缘层并填充所述栅极导电区域，每个所述第三栅沟槽的上部分都填充所述第二绝缘层。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管还包括一个第二导电类型的第二欧姆体接触区，其位于所述第一欧姆体接触区的下方且部分延伸入所述外延层，所述第二欧姆体接触区的多数载流子浓度低于所述第一欧姆体接触区，但是高于所述体区。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中靠近所述有源区边缘的源区与所述体接触沟槽的侧壁相接触。在另一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中靠近所述有源区边缘的源区没有到达所述体接触沟槽的侧壁，即二者之间没有接触。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中所述第一金属插塞为钨插塞，并且衬有势垒层Ti/TiN或Co/TiN或Ta/TiN。更优选地，所述源金属层下表面衬有降阻层Ti或Ti/TiN，所述降阻层位于所述金属层和所述源区以及所述第一金属插塞的上表面之间。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中所述第二金属插塞为钨插塞，并且衬有势垒层Ti/TiN或Co/TiN或h/TiN。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中所述第一金属插塞为填充于所述第一栅沟槽上部分的源金属层。更优选地，所述源金属层衬有势垒层Ti/ TiN 或 Co/TiN 或 Ta/TiN。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中所述栅极导电区域为第一导电类型掺杂的多晶硅层。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中所述第一绝缘层和所述第二绝缘层为氧化层。在一些优选的实施例中，所述沟槽金属氧化物半导体场效应管中所述第一导电类型和所述第二导电类型为相反的导电类型。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种沟槽金属氧化物半导体场效应管的制造方法，包括(a)在第一导电类型的衬底上生长第一导电类型的外延层，其中所述外延层的所述载流子浓度低于所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢福渊，
申请(专利权)人：力士科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：