专利名称：内嵌沟槽式功率mosfet的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管(PowerMOSFET)，尤其涉及将栅极电极与源极电极内嵌于所对应的栅极沟槽与源极沟槽中，且选择性调整该栅极电极内嵌于该栅极沟槽的深度的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应
晶体管。
背景技术：
功率金属氧化物半导体场效应晶体管已被广泛使用在许多的应用上，例如分离组件、光电子组件、电源控制组件、直流对直流转换器、马达驱动等。这些应用需要一个特殊的击穿电压、低导通电阻、高开关切换速度、和广大的安全操作区域。然而，为了降低导通功率 的损失，其该功率金属氧化物半导体场效应晶体管必须有低特定导通阻抗(low specificon-resistance)RSP,而该低特定导通阻抗定义为产品中根据多层主动区域的金属氧化物半导体场效应晶体管的导通阻抗。现有技术中，常用以降低该低特定导通阻抗的方法，其缩小装置单元晶胞的高度、增加封装的密度或增加单位面积内晶胞的数目。不管如何，由于该晶胞密度的增加会影响到相关的固有电容(intrinsic capacitance)的增加,例如该固有电容可为栅极对源极电容Cgs、栅极对漏极电容Cgd、总输入电容Ciss与总输出电容(；ss。因此，对于高晶胞密度的装置，其切换的功率损失将会大幅增加。而在许多的切换应用中，例如在可携行动装置中所进行同步的大量直流对直流转换，其功率金属氧化物半导体场效应晶体管需要操作在高切换频率的环境下，例如IMHz或者更高频。故有必要提供一种新的组件结构，降低因这些固有电容所造成切换或动态功率的损失。
实用新型内容本实用新型的一个目的是提供内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管，在栅极沟槽与源极沟槽填充绝缘层，用以完全地包覆该栅极电极与该源极电极，用以达到将该栅极电极与该源极电极分别地内嵌于对应的该沟槽内。本实用新型的另一目的是提供上述晶体管，将栅极电极及/或源极电极选择性地分别地内嵌至该栅极沟槽及/或源极沟槽中的任一位置，用以达到降低漏电流的目的。本实用新型的又一目的是提供上述晶体管，提供具有浅沟槽及/或深沟槽的该栅极沟槽与该源极沟槽。为达到上述目的或其它目的，本实用新型提供一种内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管，由多个单位晶胞(unit cell)所组成，且这些单位晶胞的任意一个结构包含基板、外延层、基体接面、源极接面、绝缘层、栅极电极与源极电极。该外延层，设置于该基板的一侧，且该外延层具有栅极沟槽与源极沟槽；该基体接面设置于该外延层的一侧，且该基体接面在该源极沟槽的两侧边具有重掺杂区；该源极接面设置于该基体接面的一侦牝且该源极接面设置于该栅极沟槽的两侧边；该绝缘层设置于该源极接面的一侧，且该绝缘层填入该栅极沟槽与该源极沟槽；该栅极电极借由该绝缘层内嵌设置于该栅极沟槽；以及，该源极电极借由该绝缘层内嵌设置于该源极沟槽。与现有技术相较，本实用新型的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管可提供降低因这些固有电容所造成切换或动态功率的损失。
图I为本实用新型实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的浅沟槽形态的示意图；图2为本实用新型另一实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的浅沟槽形态的示意图；图3为本实用新型再一实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的浅沟槽形态的示意图；图4为本实用新型又一实施例的内嵌沟槽式电场屏蔽功率金属氧化物半导体场效应晶体管的浅沟槽形态的示意图；图5为本实用新型实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的深沟槽形态的示意图；图6为本实用新型另一实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的深沟槽形态的示意图；图7为本实用新型再一实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的深沟槽形态的示意图；图8为本实用新型又一实施例的内嵌沟槽式电场屏蔽功率金属氧化物半导体场效应晶体管的深沟槽形态的示意图；以及图9为本实用新型再一实施例的内嵌沟槽式电场屏蔽功率金属氧化物半导体场效应晶体管的深沟槽形态的示意图。主要部件附图标记10 晶体管 12 基板 14 外 16 基体接面 18 源极接面 20 绝缘层 22 栅极电极 24 源极电极 26 栅极端 28 源极接点区 30 源极端 32 漏极端 142 栅极沟槽 144 源极沟槽 162 重掺杂区 182 上侧 184 侧边 d 距离
具体实施方式
为充分了解本实用新型的目的、特征及有益效果，这里借由下述具体的实施例，并结合附图，对本实用新型做详细说明，说明如下参照图I 4，为本新型实施例的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管的示意图。在图I中，该内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管10由多个单位晶胞所组成，且这些单位晶胞的任意一个结构包含基板12、外延层14、基体接面16、源极接面18、绝缘层20、栅极电极22与源极电极24。其中，在此，该基板12以N+型的基板为例说明。该外延层14设置于该基板12的一侧，且该外延层14具有栅极沟槽142与源极沟槽144。该基体接面16设置于该外延层14的一侧，且该基体接面16在该源极沟槽144的两侧边具有重掺杂区162。其中，该重掺杂区162与该源极接面18的至少一部分未受到该绝缘层20包覆，该源极接面18设置于该基体接面16的一侧，且该源极接面18亦设置于该栅极沟槽142的两侧边；以及，该绝缘层20设置于该源极接面18的一侧，且该绝缘层20填入该栅极沟槽142与该源极沟槽144，例如该重掺杂区162植入在该基体接面16与该外延层14之间，而该重掺杂区162仅部分受到该绝缘层20的包覆，且仅在该源极接面18的上侧182受到该绝缘层20的包覆，而并未使该源极接面18的侧边184受到该绝缘层20的包覆，如图I所示。在另一实施例中，该重掺杂区162植入在该基体接面16与该外延层14之间，且该重掺杂区162虽仅部分受到该绝缘层20的包覆，但该重掺杂区162由该基体接面16与该外延层14延伸至该源极接面18，而该源极接面18在侧边184与该重掺杂区162相连，且该源极接面18的上侧182仅部分受到该绝缘层20的包覆,如图3所示。在另一实施例中，该重掺杂区162植入在该基体接面16与该外延层14之间，且该重掺杂区162仅部分受到该绝缘层20的包覆，而该源极接面18则在上侧182的一部分与侧边184未受到该绝缘层20的包覆,如图4所示。此外，该栅极电极22借由该绝缘层20内嵌设置于该栅极沟槽142。其中，内嵌该 栅极电极22的该栅极沟槽142可通过该绝缘层20用以形成栅极端26 ;以及，该源极电极24借由该绝缘层20内嵌设置于该源极沟槽144。其中，借由该重掺杂区162、该源极接面18的至少一部分与该源极沟槽144形成源极接点区28，并形成源极端30。值得注意的是，上述中该重掺杂区162可选择性植入在该基体接面16与该外延层14。此外，同时参照图I与图2，在图I中，该栅极电极22的底部与该栅极沟槽142的底部具有距离d，其视该功率金属氧化物半导体场效应晶体管的需求，可选择性地进行调整该距离d ;而在图2中，该栅极电极22的底部邻近(或称接近)该栅极沟槽142的底部，也就是该栅极电极24可几乎占满整个该栅极沟槽142，并且贴近该栅极沟槽142的底部或侧壁。另一方面，在该基板12的另一侧用于形成漏极端32，使得该内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管I具有该栅极端26、该源极端30与该漏极端32。在此，上述中该基板12以N+型基板、该外延层14以N型外延层、该基体接面16以P型基体接面、该源极接面18以N+型源极接面与该重掺杂区162以P+型重掺杂区为例说明。再者，该栅极沟槽与该源极沟槽为浅沟槽与深沟槽的至少之一。前述图I至图4中，该栅极沟槽142与该源极沟槽144为浅沟槽的形态，在另一实施例中，该栅极沟槽142及/或该源极沟槽144亦可为深沟槽的形态。其中，该浅沟槽的定义为该栅极沟槽142与该源极沟槽144的底部由于蚀刻时间短，故该底部与该基板12之间尚还有较多的该外延层14 ;反之，该深沟槽的定义为该栅极沟槽142与该源极沟槽144的底部由于蚀刻时间相较于前为长，故该底部与该基板12之间具有较少的该外延层14。其中，该深沟槽的结构如图5至图9所示，且各层的定义如前所述。值得注意的是，在此以数种实施例以表示本实用新型的精神，就本实用新型而言，其可进行任意结构之间的相互置换，仍属于本实用新型的范畴。此外，和现有技术比较，本新型的内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管可提供降低因这些固有电容所造成切换或动态功率的损失。本新型在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本新型，而不应解读为限制本新型的范围。应注意的是，所有与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本新型的范畴内。因此，本新型的保护范围当以权利要求书所作限定为准。
权利要求1.一种内嵌沟槽式功率MOSFET，其特征在于，由多个单位晶胞所组成，且这些单位晶胞的任意一个结构包含 基板； 外延层，设置于该基板的一侧，且该外延层具有栅极沟槽与源极沟槽； 基体接面，设置于该外延层的一侧，且该基体接面在该源极沟槽的两侧边具有重掺杂区； 源极接面，设置于该基体接面的一侧，且该源极接面设置于该栅极沟槽的两侧边； 绝缘层，设置于该源极接面的一侧，且该绝缘层填入该栅极沟槽与该源极沟槽； 栅极电极，借由该绝缘层内嵌设置于该栅极沟槽；以及 源极电极，借由该绝缘层内嵌设置于该源极沟槽。
2.如权利要求I所述的功率M0SFET，其特征在于，该栅极沟槽与该源极沟槽为浅沟槽与深沟槽的至少之一。
3.如权利要求2所述的功率M0SFET，其特征在于，该栅极电极的底部邻近该栅极沟槽的底部。
4.如权利要求2所述的功率M0SFET，其特征在于，该栅极电极的底部与该栅极沟槽的底部具有一段距离。
5.如权利要求I所述的功率M0SFET，其特征在于，该重掺杂区与该源极接面的至少一部分未受到该绝缘层包覆。
6.如权利要求5所述的功率M0SFET，其特征在于，该重掺杂区、该源极接面的至少一部分、与该源极沟槽形成源极接点区。
7.如权利要求6所述的功率M0SFET，其特征在于，该重掺杂区植入在该基体接面与该外延层。
8.如权利要求I所述的功率M0SFET，其特征在于，该栅极沟槽内嵌该栅极电极并通过该绝缘层用以形成栅极端。
9.如权利要求I至8的任一项所述的功率M0SFET，其特征在于，该基板为N+型基板、该外延层为N型外延层、该基体接面为P型基体接面、该源极接面为N+型源极接面与该重掺杂区为P+型重掺杂区。
专利摘要一种内嵌沟槽式功率金属氧化物半导体场效应晶体管由多个单位晶胞(unit cell)所组成，且这些单位晶胞(single cell)的任意一个结构包含基板、外延层、基体接面、源极接面、绝缘层、栅极电极与源极电极。其中，该基体接面在该源极沟槽的两侧边具有重掺杂区；该源极接面设置于该基体接面的一侧，且该源极接面设置于该栅极沟槽两侧；该绝缘层设置于该源极接面的一侧，且该绝缘层填入该栅极沟槽与该源极沟槽；该栅极电极借由该绝缘层内嵌设置于该栅极沟槽；以及该源极电极借由该绝缘层内嵌设置于该源极沟槽。故借由本实用新型的金属氧化物半导体场效应晶体管，用以达到降低漏电流及加强雪崩能量的耐受度。
文档编号H01L29/78GK202695449SQ20122012704
公开日2013年1月23日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者穆罕默德·恩·达维希, 曾军, 苏世宗 申请人:马克斯半导体股份有限公司