一種功率電晶體的製作方法
2023-10-23 19:52:02
一種功率電晶體的製作方法
【專利摘要】本發明提供一種功率電晶體，包括漏區、漂移區、溝道區及源區的外延結構；形成於所述外延結構中的間隔排列的兩個深溝槽結構，所述深溝槽結構內為氧化層及電極材料或與所述溝道區摻雜類型相同半導體材料；溝槽柵結構，包括柵區溝槽、結合於所述柵區溝槽表面的柵氧層、以及填充於所述柵氧層表面的柵極材料，且所柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段、連接所述第一段且於橫向延伸的第二段以及連接所述第二段且於縱向延伸的第三段；以及分別形成於所述柵區溝槽第二段兩側的源區電極。本發明採用三段式彎折結構的溝槽柵結構，將原來呈橫向排列的源區電極改成了呈縱向排列，可以有效減小電晶體的寬度、提高擊穿電壓、降低導通電阻難以及提高器件集成度。
【專利說明】一種功率電晶體【技術領域】[0001]本發明屬於半導體領域，特別是涉及一種功率電晶體。
【背景技術】
[0002]功率電晶體一般用於控制功率電子器件合理工作，通過功率電子器件為負載提供大功率的輸出。功率電晶體已廣泛用於控制功率輸出，高頻大功率電晶體的應用電子設備的掃描電路中，如彩電，顯示器，示波器，大型遊戲機的水平掃描電路，視放電路，發射機的功率放大器等,亦廣泛地應用到例如對講機,手機的射頻輸出電路，高頻振蕩電路和高速電子開關電路等電路中。
[0003]一般說來，功率器件通常工作於高電壓、大電流的條件下，普遍具備耐壓高、工作電流大、自身耗散功率大等特點，因此在使用時與一般小功率器件存在一定差別。為了讓開關器件的功能得到良好的發揮，功率半導體場效應電晶體需要滿足兩個基本要求:1、當器件處於導通狀態時，能擁有非常低的導通電阻，最小化器件本身的功率損耗；2、當器件處於關斷狀態時，能擁有足夠聞的反向擊穿電壓。
[0004]一般的功率電晶體的溝槽柵為直線型溝槽柵，圖1顯示為現有的一種功率電晶體的側視結構圖，圖2顯示為該功率電晶體的平面結構圖，如圖所示，該電晶體包括漏區101、漂移區102、溝道區103、源區104、深溝槽結構106、溝槽柵結構105及源區電極106。由於其溝槽柵結構106呈直線狀，其源區電極也呈直線狀製作於該溝槽柵結構的兩側。這種結構的功率電晶體，由於現有半導體製作工藝的限制，功率電晶體各部件之間的寬度很難減小，電晶體的兩深溝槽結構之間的寬度難以降低導致電晶體擊穿電壓難以提高、導通電阻難以降低及器件集成度難以提高等問題。
[0005]因此，提供一種能夠有效減小功率電晶體寬度的新型結構實屬必要。
【發明內容】
[0006]鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種功率電晶體，用於解決現有技術中功率電晶體寬度難以縮小而導致電晶體擊穿電壓難以提高、導通電阻難以降低及器件集成度難以提高等問題。
[0007]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種功率電晶體，所述功率電晶體至少包括:
[0008]外延層結構，包括:第一導電類型的漏區；第一導電類型的漂移區，結合於所述漏區；第二導電類型的溝道區，結合於所述漂移區；第一導電類型的源區，結合於所述溝道區；
[0009]兩個深溝槽結構，間隔形成於所述外延層結構中，所述深溝槽結構從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，並從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面；
[0010]溝槽柵結構，形成於所述兩深溝槽結構之間的外延層結構中，包括從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，從所述外延層一側面縱向呈折線延伸至與該側面相對的另一側面的柵區溝槽、結合於所述柵區溝槽表面的柵氧層、以及填充於所述柵氧層表面的柵極材料，且所述柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段、連接所述第一段且於橫向延伸的第二段以及連接所述第二段且於縱向延伸的第三段；
[0011]源區電極，分別形成於所述柵區溝槽中第二段的兩側，且所述源區電極同時與所述源區及所述溝道區電性接觸。
[0012]作為本發明的功率電晶體的一種優選方案，所述柵氧層為SiO2層，柵極材料為多晶娃材料。 [0013] 作為本發明的功率電晶體的一種優選方案，所述深溝槽結構包括從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面的兩個深溝槽、結合於所述深溝槽表面的氧化層、填充於所述氧化層內的電極材料及與所述電極材料電性連接的深溝槽電極。
[0014]對於採用上述方案的功率電晶體，所述氧化層的厚度為0.3^0.6um。
[0015]作為本發明的功率電晶體的一種優選方案，所述深溝槽結構包括從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面的兩個深溝槽、填充於所述深溝槽內的第二導電類型材料及與第二導電類型材料電性連接的深溝槽電極。
[0016]對於採用上述方案的功率電晶體，所述第二導電類型材料為第二導電類型的多晶矽材料。
[0017]作為本發明的功率電晶體的一種優選方案，所述第一導電類型為N型導電類型，所述第二導電類型互為P型導電類型。
[0018]作為本發明的功率電晶體的一種優選方案，所述漏區為重摻雜的N型半導體材料，所述漂移區為輕摻雜的N型半導體材料，所述溝道區為重摻雜的P型半導體材料，所述源區為重摻雜的N型半導體材料。
[0019]作為本發明的功率電晶體的一種優選方案，所述功率電晶體還包括覆蓋於所述源區、溝槽柵結構及深溝槽結構表面的保護層。
[0020]如上所述，本發明的功率電晶體，具有以下有益效果:本發明的功率電晶體包括漏區、漂移區、溝道區及源區的外延結構；形成於所述外延結構中的間隔排列的兩個深溝槽結構，所述深溝槽結構內為氧化層及電極材料或與所述溝道區摻雜類型相同半導體材料；溝槽柵結構，包括柵區溝槽、結合於所述柵區溝槽表面的柵氧層、以及填充於所述柵氧層表面的柵極材料，且所柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段、連接所述第一段且於橫向延伸的第二段以及連接所述第二段且於縱向延伸的第三段；以及分別形成於所述柵區溝槽第二段兩側的源區電極。本發明採用三段式彎折結構的溝槽柵結構，將原來呈橫向排列的源區電極改成了呈縱向排列的源區電極，可以有效減小電晶體的寬度、提高擊穿電壓、降低導通電阻難以及提高器件集成度。本發明工藝簡單，效果顯著，適用於工業生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1顯示為現有技術中的具有深溝槽結構的功率電晶體的側視結構示意圖。
[0022]圖2顯示為現有技術中的具有深溝槽結構的功率電晶體的俯視結構示意圖。[0023]圖3顯示為本發明的功率電晶體的側視結構示意圖。
[0024]圖4顯示為本發明的功率電晶體的俯視結構示意圖。
[0025]元件標號說明
[0026]201漏區
[0027]202漂移區
[0028]203溝道區
[0029]204源區
[0030]205氧化層
[0031]206電極材料
[0032]207溝槽電極
[0033]209柵氧層
[0034]210柵極材料
[0035]211 源區電極
[0036]212第一段
[0037]213第二段
[0038]214第三段
【具體實施方式】
[0039]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0040]請參閱圖:T圖4。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。
[0041]如圖圖4所示,本實施例提供一種功率電晶體,所述功率電晶體至少包括:
[0042]外延層結構，包括:第一導電類型的漏區201 ;第一導電類型的漂移區202，結合於所述漏區201 ;第二導電類型的溝道區203，結合於所述漂移區202 ;第一導電類型的源區204，結合於所述溝道區203。
[0043]在本實施例中，所述第一導電類型為N型導電類型，所述第二導電類型為P型導電類型，所述漏區201為N型重摻雜的Si材料；所述漂移區202為N型輕摻雜的Si材料；通過化學氣相沉積法外延於所述漏區201之上；所述溝道區203為重摻雜的P型Si材料，通過P型離子注入形成於所述漂移區202表面；所述源區204為N型重摻雜的Si材料，通過N型離子注入形成於所述溝道區203表面。當然，在其它的實施例中，上述各層的材料可以為Ge、SiGe等其它半導體材料組成，其摻雜類型也可以是第一導電類型為P型導電類型，所述第二導電類型為N型導電類型。
[0044]本實施例的功率電晶體還包括:兩個深溝槽結構，間隔形成於所述外延層結構中，所述深溝槽結構從所述源區204表面垂向延伸至所述漂移區202，並從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面。
[0045]在本實施例中，所述深溝槽結構包括從所述源區204表面垂向延伸至所述漂移區202，從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面的兩個深溝槽、結合於所述深溝槽表面的氧化層205、填充於所述氧化層205內的電極材料206及與所述電極材料206電性連接的深溝槽電極207。所述氧化層205的厚度為0.3^0.6um。當然，所述深溝槽的深度也可以到達所述漏區201。所述深溝槽結構的製作方法是:先以SiO2或Si3N4作為掩膜層刻蝕所述源區204、溝道區203及漂移區202形成深溝槽，然後採用氧化法形成氧化層205，在本實施例中，所述氧化層205為SiO2層，然後通過沉積的方法於所述氧化層205內填充電極材料206,在本實施例中所述電極材料206為多晶娃材料,最後於所述多晶娃材料中製備溝槽電極207。
[0046]在另一實施例中，所述深溝槽結構包括從所述源區204表面垂向延伸至所述漂移區202，從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面的兩個深溝槽、填充於所述深溝槽內的第二導電類型材料及與第二導電類型材料電性連接的深溝槽電極207。所述第二導電類型材料為第二導電類型的多晶矽材料。在具體實施過程中，在形成所述深溝槽後，直接於所述所述深溝槽內以沉積的方法填充P型的多晶矽材料，最後於所述P型多晶矽材料中製備溝槽電極207，以在後續工藝中形成具有超結結構的功率電晶體。
[0047]本實施例的功率電晶體還包括:溝槽柵結構，形成於所述兩深溝槽結構之間的外延層結構中，包括從所述源區204表面垂向延伸至所述漂移區202，從所述外延層一側面縱向呈折線延伸至與該側面相對的另一側面的柵區溝槽、結合於所述柵區溝槽表面的柵氧層209、以及填充於所述柵氧層209表面的柵極材料210，且所述柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段212、連接所述第一段212且於橫向延伸的第二段213以及連接所述第二段213且於縱向延伸的第三段214。
[0048]所述柵區溝槽從所述源區204表面垂向延伸至所述漂移區202，從所述外延層一側面縱向呈折線延伸至與該側面相對的另一側面，所述柵區溝槽的深度小於所述深溝槽的深度。在本實施例中，所述柵氧層209為5102層，柵極材料210為多晶矽材料。所述柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段212、連接所述第一段212且於橫向延伸的第二段213以及連接所述第二段213且於縱向延伸的第三段214。在本實施例中，所述第一段212的長度等於所述第三段214的長度，所述第二段213的長度為所述兩深溝槽之間距離長度的一半。當然，在其它的實施例中，所述柵區溝槽各段的長度可以在不影響器件穩定運作的條件下作任意的改變，且所述第一段212及第三段214不一定需要延縱向延伸，也可以與縱向具有一定的偏移，與所述第二段213形成「Z」狀結構。當然，依據工藝條件的變更，所述柵區溝槽也有可能呈「S」狀結構等。這種結構的溝槽柵結構可以將現有直線狀溝槽柵電晶體橫向排列的兩源區電極211，改造成延具有彎折結構溝槽柵結構第二段213縱向排列的兩源區電極211，可以有效地降低電晶體的寬度，從而提高電晶體的擊穿電壓、降低導通電阻，增加器件的集成度。
[0049]本實施例的功率電晶體還包括:源區電極211，分別形成於所述柵區溝槽中第二段213的兩側，且所述源區電極211同時與所述源區204及所述溝道區203電性接觸。
[0050]所述兩源區電極211可以對稱製作於所述柵區溝槽第二端的兩側，也可以不對稱地製作於所述柵區溝槽第二端的兩側，且所述源區電極211同時與所述源區204及所述溝道區203電性接觸，在本實施例中，所述源區電極211的材料為Au，當然，在其它的實施例中，所述源區電極211的材料也可以是Pt、Ag、Ti等金屬導體材料。
[0051]為了保證電晶體的穩定性，防止氧化或腐蝕，所述功率電晶體還包括覆蓋於所述源區204、溝槽柵結構及深溝槽結構表面的保護層，以提高器件的抗氧化或腐蝕能力，獲得穩定的器件。
[0052]綜上所述，本發明的功率電晶體，包括漏區201、漂移區202、溝道區203及源區204的外延結構；形成於所述外延結構中的間隔排列的兩個深溝槽結構，所述深溝槽結構內為氧化層205及電極材料206或與所述溝道區203摻雜類型相同半導體材料；溝槽柵結構，包括柵區溝槽、結合於所述柵區溝槽表面的柵氧層209、以及填充於所述柵氧層209表面的柵極材料210，且所柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段212、連接所述第一段212且於橫向延伸的第二段213以及連接所述第二段213且於縱向延伸的第三段214 ;以及分別形成於所述柵區溝槽第二段213兩側的源區電極211。本發明採用三段式彎折結構的溝槽柵結構，將原來呈橫向排列的源區電極211改成了呈縱向排列的源區電極211，可以有效減小電晶體的寬度、提高擊穿電壓、降低導通電阻難以及提高器件集成度。本發明工藝簡單，效果顯著，適用於工業生產。所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。
[0053]上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術領域】中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.一種功率電晶體，其特徵在於，所述功率電晶體至少包括: 外延層結構，包括: 第一導電類型的漏區； 第一導電類型的漂移區，結合於所述漏區； 第二導電類型的溝道區，結合於所述漂移區； 第一導電類型的源區，結合於所述溝道區； 兩個深溝槽結構，間隔形成於所述外延層結構中，所述深溝槽結構從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，並從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面； 溝槽柵結構，形成於所述兩深溝槽結構之間的外延層結構中，包括從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，從所述外延層一側面縱向呈折線延伸至與該側面相對的另一側面的柵區溝槽、結合於所述柵區溝槽表面的柵氧層、以及填充於所述柵氧層表面的柵極材料，且所述柵區溝槽包括於縱線延伸的第一段、連接所述第一段且於橫向延伸的第二段以及連接所述第二段且於縱向延伸的第三段； 源區電極，分別形成於所述柵區溝槽中第二段的兩側，且所述源區電極同時與所述源區及所述溝道區電性接觸。
2.根據權利要求1所述的功率電晶體，其特徵在於:所述柵氧層為SiO2層，柵極材料為多晶娃材料。
3.根據權利要求1所述的功率電晶體，其特徵在於:所述深溝槽結構包括從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面的兩個深溝槽、結合於所述深溝槽表面的氧化層、填充於所述氧化層內的電極材料及與所述電極材料電性連接的深溝槽電極。
4.根據權利要求3所述的功率電晶體，其特徵在於:所述氧化層的厚度為0.3^0.6um。
5.根據權利要求1所述的功率電晶體，其特徵在於:所述深溝槽結構包括從所述源區表面垂向延伸至所述漂移區，從所述外延層一側面縱向呈直線延伸至與該側面相對的另一側面的兩個深溝槽、填充於所述深溝槽內的第二導電類型材料及與第二導電類型材料電性連接的深溝槽電極。
6.根據權利要求5所述的功率電晶體，其特徵在於:所述第二導電類型材料為第二導電類型的多晶矽材料。
7.根據權利要求1所述的功率電晶體，其特徵在於:所述第一導電類型為N型導電類型，所述第二導電類型互為P型導電類型。
8.根據權利要求7所述的功率電晶體，其特徵在於:所述漏區為重摻雜的N型半導體材料，所述漂移區為輕摻雜的N型半導體材料，所述溝道區為重摻雜的P型半導體材料，所述源區為重摻雜的N型半導體材料。
9.根據權利要求1所述的功率電晶體，其特徵在於:所述功率電晶體還包括覆蓋於所述源區、溝槽柵結構及深溝槽結構表面的保護層。
【文檔編號】H01L29/423GK103545354SQ201210237336
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2012年7月10日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】白玉明 申請人:無錫維賽半導體有限公司