溝槽-柵極resurf半導體器件及其製造方法

2023-05-30 20:16:01 3

專利名稱：溝槽-柵極resurf半導體器件及其製造方法
技術領域：
本發明通常涉及溝槽-柵極RESURF器件。例如，本發明涉及垂直溝槽-柵極MOSFET RESURF 器件。
背景技術：
垂直溝槽-柵極MOSFET器件典型地包括η型襯底，在所述襯底上形成限定了漂移區的η型外延層。在所述襯底的頂部設置有源極區，由柵極溝槽分離，所述溝槽具有柵極氧化物內襯，在所述柵極氧化物上方設置了柵極金屬化層。每一個源極區同樣地配備有源極金屬化層，以及所述襯底配備有漏極金屬化層。通常期望同時實現高的擊穿電壓(以下稱作「BV」)和低的漏極-源極導通電阻(以下稱作「RON」)。然而，這兩個參數都以以下這種方式依賴於所述漂移區的厚度和電阻率:隨著所述漂移區中摻雜劑濃度降低和/或所述漂移區厚度增大，功率MOSFET的擊穿電壓和RON都將增大。因此，在功率MOSFET中，在擊穿電壓與RON之間存在一種平衡。在不損害所需的高擊穿電壓的情況下，減小功率MOSFET器件的比導通電阻(specific on-resistance)的一種方式是通過減小表面電場(RESURF)技術。在RESURF器件中，提供了附加的用P型雜質摻雜的矽層。由於所述器件在其截止狀態下從所述RESURF MOSFET的漂移區發生的電子的額外耗盡，RESURF MOSFET可以具有與更簡單的MOSFET相同的擊穿電壓以及更低的比導通電阻。除了作為所述漂移區與所述源極區之間相互作用結果而發生的正常耗盡之外，還作為所述漂移區與所述RESURF區之間相互作用結果發生這種額外耗盡。在所述RESURF MOSFET內的額外耗盡減小了最大電場，所述最大電場發生在所述漂移區內的任何點上。具體地，假設在所述RESURFM0SFET的漏極區與源極區之間施加與所述簡單MOSFET相同的電壓，在所述漂移區內得到的電場在結處對於所述RESURF MOSFET比對於所述簡單MOSFET的低。這意味著，與具有相同擊穿電壓的相對簡單的MOSFET相比，RESURF MOSFET可以具有更低的RON。超級結(Super-junction) RESURF技術是進一步提高垂直功率MOSFET中擊穿電壓相對於RON平衡的一種手段。在一種設計中，RESURF或者超級結技術可以使用P型深柱來實現最佳的「平坦」電場分布，使得能夠實現非常低的比導通電阻RON。在下表中示出了使用P型深柱所能實現的一個示例:
權利要求
1.一種溝槽-柵極半導體器件，包括: 漏極接觸； 在所述漏極接觸上方的半導體本體(5)，用第一類型摻雜劑摻雜所述半導體本體； 在所述半導體本體的頂部形成的柵極溝槽； 給所述柵極溝槽作內襯的柵極電介質(32)； 在所述柵極溝槽中形成的柵極電極(4)； 在所述柵極溝槽相對側上的半導體本體中形成的源極區(2)，所述源極區通過所述柵極電介質(32)與所 述柵極電極分離；以及 在所述柵極溝槽每一側上的注入阱￠)，用第二類型摻雜劑摻雜所述注入阱，所述第二類型摻雜劑具有與所述半導體本體第一類型摻雜劑相反的極性類型，並且比所述柵極溝槽更深地延伸進入所述半導體本體， 其中所述器件還包括用第二類型摻雜劑摻雜的柱區(30)，位於所述注入阱(6)之間所述柵極溝槽的下方。
2.根據權利要求1所述的器件，還包括: 與所述源極區的接觸區，包括在所述源極區周圍形成的延伸進入所述半導體本體頂部的槽(7)。
3.根據權利要求1或2所述的器件，其中所述柱區(30)具有的寬度是所述柵極溝槽寬度的0.7至1.0倍。
4.根據前述權利要求中任一項所述的器件，其中所述柱區(30)延伸至實際上等於所述注入阱深度的深度。
5.根據前述權利要求中任一項所述的器件，其中所述半導體本體(5)是η型摻雜，所述注入阱和所述柱區是P型摻雜。
6.根據前述權利要求中任一項所述的器件，其中所述柱區(30)電連接至所述源極區。
7.—種製造溝槽-柵極半導體器件的方法，包括: 形成具有外延層(5)的矽襯底，所述外延層用第一類型摻雜劑摻雜，並且所述外延層限定了器件漂移區； 將柵極溝槽刻蝕到所述襯底中； 形成抵靠在至少所述溝槽側壁的柵極氧化物並且在所述溝槽的底部形成較厚的柵極氧化物； 注入所述柵極溝槽下方的柱區，所述柱區用與所述第一類型摻雜劑相反類型的第二類型摻雜劑摻雜； 在所述柵極溝槽中沉積、摻雜和退火柵極電極(4)； 在所述柵極溝槽每一側上注入和退火半導體本體區(3)； 在所述半導體本體區(3)上柵極溝槽每一側上注入和退火源極區(2); 刻蝕所述半導體本體區(3)以在所述源極區(2)的一側形成槽區(7)，以便形成用於與所述源極區(2)接觸的接觸開口 ； 在所述槽(7)底部注入和退火RESURF區￠)；以及 沉積和構圖金屬化層以便形成源極和柵極接觸。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述柱區形成為具有的寬度是所述柵極溝槽寬度的0.7至1.0倍。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其中所述柱區形成為具有實際上等於所述注入阱深度的深度。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法，其中所述半導體本體是η型摻雜，所述注入阱和所述柱區是P型摻雜。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的方法，還包括在所述柵極溝槽的末端形成具有第二類型摻雜劑的注入區，所述注入區將所述柱區(30)耦合至所述RESURF區(6)。
12.根據權利要求7至11中任一項所述的方法，還包括在與所述源極接觸和柵極接觸相反的襯底一側上沉積和 構圖金屬化層，以便形成漏極接觸。
全文摘要
帶有橫向RESURF柱的溝槽-柵極器件具有在柵極溝槽下方的附加注入。所述附加注入減小了所述RESURF柱之間的半導體漂移區的有效寬度，並且這樣提供了附加的柵極屏蔽，改善了所述器件的電性能。
文檔編號H01L29/06GK103151376SQ20121051755
公開日2013年6月12日 申請日期2012年12月5日 優先權日2011年12月7日
發明者史蒂文·皮克, 菲爾·魯特 申請人:Nxp股份有限公司