具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的制作方法

本实用新型涉及一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件，尤其涉及一种可增加所述金属氧化半导体场效功率组件的击穿电压和降低所述金属氧化半导体场效功率组件的导通电阻的金属氧化半导体场效功率组件。

背景技术：

在现有技术中，当具有超结的金属氧化半导体场效功率组件(power metal-oxide-semiconductor field-effect transistor device)关闭时，所述金属氧化半导体场效功率组件是利用所述金属氧化半导体场效功率组件内的P型井和N型磊晶层之间的PN接面所形成耗尽区来承受所述金属氧化半导体场效功率组件漏极和源极之间的电压。当所述耗尽区的宽度增加时，所述耗尽区可承受所述金属氧化半导体场效功率组件漏极和源极之间的电压也会随所述耗尽区的宽度增加而增加。因为所述耗尽区是通过所述P型井和所述N型磊晶层之间的横向扩散作用而形成，所以所述耗尽区的宽度将受限于所述横向扩散作用，导致所述金属氧化半导体场效功率组件的击穿电压受限于所述耗尽区的宽度。因此，如何设计使所述金属氧化半导体场效功率组件具有高击穿电压成为一项重要的课题。

技术实现要素：

本实用新型的一实施例公开一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件包含一第一金属层、一基底层、一磊晶层、多个第一沟槽井、多个第二沟槽井、多个基体结构层、多个多晶硅层及一第二金属层。所述基底层形成于所述第一金属层之上。所述磊晶层形成于所述基底层之上。所述多个第一沟槽井形成于所述磊晶层之中。对应每一第一沟槽井的一基体结构层形成于所述每一第一沟槽井之上和所述磊晶层之中，且所述每一第一沟槽井和所述磊晶层之间以及所述基体结构层和所述磊晶层之间形成一耗尽区的部份。对应所述每一第一沟槽井的一第二沟槽井形成于所述每一第一沟槽井之下，且所述第二沟槽井和所述磊晶层之间形成所述耗尽区的其余部份。每一多晶硅层形成于两相邻基体结构层和所述磊晶层之上，且所述每一多晶硅层被一氧化层包覆。所述第二金属层，形成于所述多个基体结构层和多个氧化层之上。所述基底层和所述磊晶层具有一第一导电类型，所述多个第一沟槽井和所述多个第二沟槽井具有一第二导电类型，以及所述多个第二沟槽井是用于增加所述金属氧化半导体场效功率组件的击穿电压(breakdown voltage)和降低所述金属氧化半导体场效功率组件的导通电阻。

本实用新型所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件。所述金属氧化半导体场效功率组件是使对应每一第一沟槽井的耗尽区不仅可横向形成于所述每一第一沟槽井和一磊晶层之间，对应所述每一第一沟槽井的基体结构层和所述磊晶层之间，以及对应所述每一第一沟槽井的第二沟槽井和所述磊晶层之间，更可纵向形成于所述第二沟槽井和所述磊晶层之间。因此，相较于现有技术，本实用新型所公开的耗尽区更大，导致所述金属氧化半导体场效功率组件的击穿电压随所述耗尽区增加而增加。另外，因为所述金属氧化半导体场效功率组件的多个第二沟槽井的离子掺杂浓度大于所述金属氧化半导体场效功率组件的多个第一沟槽井的离子掺杂浓度，且所述多个第二沟槽井的每一第二沟槽井的宽度小于所述多个第一沟槽井对应的第一沟槽井的宽度，所以当所述金属氧化半导体场效功率组件开启时，因为位于所述多个第二沟槽井间的所述磊晶层的宽度增加，所以所述金属氧化半导体场效功率组件的导通电阻可被降低。

附图说明

图1是本实用新型的第一实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的示意图。

图2是说明当金属氧化半导体场效功率组件关闭时，每一第一沟槽井和磊晶层之间，对应所述每一第一沟槽井的基体结构层和磊晶层之间，以对应所述每一第一沟槽井的第二沟槽井和磊晶层之间形成耗尽区的示意图。

图3是说明当金属氧化半导体场效功率组件开启时，第一掺杂区相对于第二掺杂区的一边形成第一通道和第二掺杂区相对于第一掺杂区的一边形成第二通道的示意图。

图4是本实用新型的第二实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的示意图。

图5-8是本实用新型的不同实施例说明一金属氧化半导体场效功率组件的上视示意图。

图9是本实用新型的第三实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的制造方法的流程图。

图10是说明根据图9的制造方法所制造的金属氧化半导体场效功率组件的横切面的示意图。

图11是本实用新型的第四实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的制造方法的流程图。

图12是说明根据图11的制造方法所制造的金属氧化半导体场效功率组件的横切面的示意图。

其中，附图标记说明如下：

100、400 金属氧化半导体场效功率组件

102 第一金属层

104 基底层

106、406 磊晶层

108 第二金属层

110、112、410、412 第一沟槽井

114、116、118 多晶硅层

120、122 第二沟槽井

124、126 基体结构层

128、130、132 氧化层

134 耗尽区

136 第一通道

138 第二通道

1242 基体

1244 掺杂井

1246 第一掺杂区

1248 第二掺杂区

202、204、206、208 箭头

4102-4108 沟槽层

1002、1004 第二沟槽

1006、1008 第一沟槽

1202 离子束

900-918、1100-1112 步骤

具体实施方式

请参照图1，图1是本实用新型的第一实施例所公开的一种具有立体超结(three-dimensional super junction)的金属氧化半导体场效功率组件100的示意图。如图1所示，金属氧化半导体场效功率组件100包含一第一金属层102、一基底层104、一磊晶层106和一第二金属层108。另外，图1仅显示金属氧化半导体场效功率组件100的多个第一沟槽井中的第一沟槽井110、112，金属氧化半导体场效功率组件100的多个多晶硅层中的多晶硅层114、116、118，金属氧化半导体场效功率组件100的多个第二沟槽井中的第二沟槽井120、122，以及金属氧化半导体场效功率组件100的多个基体结构层中的基体结构层124、126，其中基底层104和磊晶层106具有一第一导电类型，所述多个第一沟槽井和所述多个第二沟槽井具有一第二导电类型，基底层104的离子掺杂浓度大于磊晶层106的离子掺杂浓度，以及所述第一导电态样是N型和所述第二导电态样是P型。但本实用新型并不受限于所述第一导电态样是N型和所述第二导电态样是P型。另外，第一金属层102是金属氧化半导体场效功率组件100的漏极，所述多个多晶硅层是金属氧化半导体场效功率组件100的栅极，以及第二金属层108是金属氧化半导体场效功率组件100的源极。如图1所示，基底层104形成于第一金属层102之上，磊晶层106形成于基底层104之上，第一沟槽井110、112形成于磊晶层106之中，对应第一沟槽井110的第二沟槽井120形成于第一沟槽井110之下以及磊晶层106之中，对应第一沟槽井112的第二沟槽井122形成于第一沟槽井112之下以及磊晶层106之中，基体结构层124形成于第一沟槽井110之上和磊晶层106之中，基体结构层126形成于第一沟槽井112之上和磊晶层106之中，多晶硅层116形成于两相邻基体结构层(基体结构层124、126)和磊晶层106之上，以及第二金属层108形成于所述多个基体结构层和多个氧化层之上，其中所述多个第二沟槽井中的每一第二沟槽井的离子掺杂浓度大于所述多个第一沟槽井中一对应的第一沟槽井的离子掺杂浓度(例如第二沟槽井120的离子掺杂浓度大于第一沟槽井110的离子掺杂浓度)，以及所述每一第二沟槽井的宽度小于所述对应的第一沟槽井的宽度(例如第二沟槽井120的宽度小于第一沟槽井110的宽度)。另外，所述多个第一沟槽井和所述多个第二沟槽井是通过一深沟槽(deep trench)回填方式所产生，其中在所述深沟槽回填方式中，所述多个第一沟槽井和所述多个第二沟槽井可通过磊晶或化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)等方式生成。另外，如图1所示，多晶硅层114、116、118分别被氧化层128、130、132包覆。

如图1所示，基体结构层124包含一基体1242、一掺杂井1244、一第一掺杂区1246及一第二掺杂区1248。基体1242具有所述第二导电类型且形成于第一沟槽井110之上(其中基体1242的宽度大于第一沟槽井110的宽度)，掺杂井1244具有所述第二导电类型且形成于基体1242之中，以及第一掺杂区1246及第二掺杂区1248具有所述第一导电类型且形成于掺杂井1244和基体1242之中，其中基体1242的离子掺杂浓度大于第一沟槽井110的离子掺杂浓度，以及掺杂井1244的离子掺杂浓度大于基体1242的离子掺杂浓度。另外，基底层104、磊晶层106、基体1242、掺杂井1244、第一掺杂区1246及第二掺杂区1248是通过一离子植入方式而形成。另外，掺杂井1244作为基体1242的接触(contact)。另外，基体结构层126的结构和基体结构层124的结构，在此不再赘述。

如图2所示，当金属氧化半导体场效功率组件100关闭时，所述多个第一沟槽井中的每一第一沟槽井和磊晶层106之间以及对应所述每一第一沟槽井的一基体结构层和磊晶层106之间形成一耗尽区的部份，以及所述多个第二沟槽井中对应所述每一第一沟槽井的一第二沟槽井和磊晶层106之间形成所述耗尽区的其余部份。例如当金属氧化半导体场效功率组件100关闭时，第一沟槽井110和磊晶层106之间以及基体结构层124和磊晶层106之间形成一耗尽区134(用虚线表示)的部份，以及第二沟槽井120和磊晶层106之间形成耗尽区134的其余部份。因此，如图2所示，耗尽区134不仅可横向形成于第一沟槽井110和磊晶层106之间(箭头202)，基体结构层124和磊晶层106之间(箭头204)，以及第二沟槽井120和磊晶层106之间(箭头206)，耗尽区134更可纵向形成于第二沟槽井120和磊晶层106之间(箭头208)。因为耗尽区134更可纵向形成于第二沟槽井120和磊晶层106之间，所以相较于现有技术，耗尽区134更大，导致金属氧化半导体场效功率组件100的击穿电压(breakdown voltage)随耗尽区134增加而增加。

另外，如图3所示，当金属氧化半导体场效功率组件100开启时，第一掺杂区1246相对于第二掺杂区1248的一边形成一第一通道136和第二掺杂区1248相对于第一掺杂区1246的一边形成一第二通道138。因为所述多个第二沟槽井的离子掺杂浓度大于所述多个第一沟槽井的离子掺杂浓度，且所述多个第二沟槽井的每一第二沟槽井的宽度小于所述多个第一沟槽井中对应的第一沟槽井的宽度(例如第二沟槽井120的宽度小于第一沟槽井110的宽度)，所以当金属氧化半导体场效功率组件100开启时，因为位于所述多个第二沟槽井间的磊晶层106的宽度增加，所以金属氧化半导体场效功率组件100的导通电阻可被降低。另外，金属氧化半导体场效功率组件100开启和关闭操作原理是本领域具有熟知技艺者所熟知的技艺，在此不再赘述。

请参照图4，图4是本实用新型的第二实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件400的示意图。如图4所示，金属氧化半导体场效功率组件400和金属氧化半导体场效功率组件100的差别在于金属氧化半导体场效功率组件400的每一第一沟槽井(例如第一沟槽井410、412)和一磊晶层406是通过多层磊晶和离子植入(multi-epitaxy&implantation)方式所产生，其中第一沟槽井410中的沟槽层4102-4108的离子掺杂浓度和宽度可相同或不同。例如在本实用新型的一实施例中，沟槽层4102-4108的离子掺杂浓度是由上往下逐渐增加且沟槽层4102-4108的宽度相同(如图4所示)。另外，在本实用新型的另一实施例中，沟槽层4102-4108的离子掺杂浓度是由上往下逐渐增加且沟槽层4102-4108的宽度是由上往下逐渐减少。另外，金属氧化半导体场效功率组件400增加耗尽区和降低导通电阻的原理和金属氧化半导体场效功率组件100相同，在此不再赘述。

请参照图5-8，图5-8是本实用新型的不同实施例说明一金属氧化半导体场效功率组件的上视示意图，其中图5-8仅显示所述金属氧化半导体场效功率组件的多个第一沟槽井、多个第二沟槽井、多个多晶硅层和多个接触。如图5所示，所述多个第一沟槽井、所述多个第二沟槽井和所述多个多晶硅层为条状(stripe)型态；如图6所示，所述多个第一沟槽井和所述多个多晶硅层为条状型态，以及所述多个第二沟槽井为岛状(island)型态；如图7所示，所述多个第一沟槽井和所述多个多晶硅层为条状型态，以及所述多个第二沟槽井为圆点状(dot)型态；如图8所示，所述多个第一沟槽井和所述多个多晶硅层为交错排列(cross arrangement)型态，以及所述多个第二沟槽井为矩形型态。另外，本实用新型并不受限于图5-8所示的所述多个第二沟槽井的型态，也就是说只要所述多个第二沟槽井随着所述多个第一沟槽井改变，且所述多个第二沟槽井的尺寸小于随着所述多个第一沟槽井的尺寸即落入本实用新型的范围。

请参照图2、9、10，图9是本实用新型的第三实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的制造方法的流程图。图9的制造方法是利用图10说明，详细步骤如下：

步骤900：开始；

步骤902：形成基底层104于第一金属层102之上；

步骤904：形成磊晶层106于基底层104之上；

步骤906：形成多个第二沟槽于磊晶层106之中；

步骤908：填充具有所述第二导电类型的第二磊晶至所述多个第二沟槽形成多个第二沟槽井；

步骤910：再次沉积磊晶层106；

步骤912：形成多个第一沟槽于磊晶层106之中；

步骤914：填充具有所述第二导电类型的第一磊晶至所述多个第一沟槽形成多个第一沟槽井；

步骤916：完成金属氧化半导体场效功率组件100；

步骤918：结束。

在步骤902和步骤904中，如图10(a)所示，基底层104形成于第一金属层102之上，以及磊晶层106形成于基底层104之上。在步骤906中，在磊晶层106形成于基底层104之上后，在磊晶层106之中蚀刻出所述多个第二沟槽(如图10(b)所示的第二沟槽1002、1004)。在步骤908中，通过所述深沟槽回填方式填充所述第二磊晶至所述多个第二沟槽形成所述多个第二沟槽井(如图10(c)所示的第二沟槽井120、122)。在步骤910中，如图10(d)所示，再次沉积磊晶层106。在步骤912中，在磊晶层106之中蚀刻出所述多个第一沟槽(如图10(e)所示的第一沟槽1006、1008)。在步骤914中，通过所述深沟槽回填方式填充所述第一磊晶至所述多个第一沟槽形成所述多个第一沟槽井(如图10(f)所示的第一沟槽井110、112)。在步骤916中，如图10(g)所示，完成金属氧化半导体场效功率组件100，也就是说形成所述多个基体结构层于所述多个第一沟槽井之上和磊晶层106之中，以及形成多个多晶硅层和第二金属层108于磊晶层106和所述多个基体结构层之上，其中形成所述多个基体结构层于所述多个第一沟槽井之上和磊晶层106之中，以及形成多个多晶硅层和第二金属层108于磊晶层106和所述多个基体结构层之上是本领域具有熟知技艺者所熟知的技艺，在此不再赘述。另外，基底层104的离子掺杂浓度大于磊晶层106的离子掺杂浓度，以及所述第一导电态样是N型和所述第二导电态样是P型。但本实用新型并不受限于所述第一导电态样是N型和所述第二导电态样是P型。另外，第一金属层102是金属氧化半导体场效功率组件100的漏极，所述多个多晶硅层是金属氧化半导体场效功率组件100的栅极，以及第二金属层108是金属氧化半导体场效功率组件100的源极。另外，所述多个第二沟槽井中的每一第二沟槽井的离子掺杂浓度大于所述多个第一沟槽井中一对应的第一沟槽井的离子掺杂浓度(例如第二沟槽井120的离子掺杂浓度大于第一沟槽井110的离子掺杂浓度)，以及所述每一第二沟槽井的宽度小于所述对应的第一沟槽井的宽度(例如第二沟槽井120的宽度小于第一沟槽井110的宽度)。

另外，如图2所示，当金属氧化半导体场效功率组件100关闭时，第一沟槽井110和磊晶层106之间以及基体结构层124和磊晶层106之间形成耗尽区134(用虚线表示)的部份，以及第二沟槽井120和磊晶层106之间形成耗尽区134的其余部份。因此，如图2所示，耗尽区134不仅可横向形成于第一沟槽井110和磊晶层106之间(箭头202)，基体结构层124和磊晶层106之间(箭头204)，以及第二沟槽井120和磊晶层106之间(箭头206)，耗尽区134更可纵向形成于第二沟槽井120和磊晶层106之间(箭头208)。因为耗尽区134更可纵向形成于第二沟槽井120和磊晶层106之间，所以相较于现有技术，耗尽区134更大，导致金属氧化半导体场效功率组件100的击穿电压随耗尽区134增加而增加。另外，因为所述多个第二沟槽井的离子掺杂浓度大于所述多个第一沟槽井的离子掺杂浓度，且所述多个第二沟槽井的每一第二沟槽井的宽度小于所述多个第一沟槽井中对应的第一沟槽井的宽度(例如第二沟槽井120的宽度小于第一沟槽井110的宽度)，所以当金属氧化半导体场效功率组件100开启时，因为位于所述多个第二沟槽井间的磊晶层106的宽度增加，所以金属氧化半导体场效功率组件100的导通电阻可被降低。

请参照图11、12，图11是本实用新型的第四实施例所公开的一种具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件的制造方法的流程图。图11的制造方法是利用图12说明，详细步骤如下：

步骤1100：开始；

步骤1102：形成基底层104于第一金属层102之上；

步骤1104：形成磊晶层106于基底层104之上；

步骤1106：利用一离子植入方式形成多个第二沟槽井于磊晶层106之中；

步骤1108：利用一多层磊晶和离子植入方式形成磊晶层106的其余部分及多个第一沟槽井；

步骤1110：完成金属氧化半导体场效功率组件400；

步骤1112：结束。

图11的实施例和图9的实施例的差别在于在步骤1106中，如图12(b)所示，利用所述离子植入方式将离子束1202射入磊晶层106之中形成所述多个第二沟槽井；在步骤1108中，如图12(c)、(d)、(e)所示，利用所述多层磊晶和离子植入方式形成磊晶层106的其余部分及所述多个第一沟槽井。如图12(f)所示，第一沟槽井410中的沟槽层4102-4108的离子掺杂浓度和宽度可相同或不同。例如在本实用新型的一实施例中，沟槽层4102-4108的离子掺杂浓度是由上往下逐渐增加且沟槽层4102-4108的宽度相同。另外，在本实用新型的另一实施例中，沟槽层4102-4108的离子掺杂浓度是由上往下逐渐增加且沟槽层4102-4108的宽度是由上往下逐渐减少。

综上所述，本实用新型所公开的具有立体超结的金属氧化半导体场效功率组件及其制造方法是使对应每一第一沟槽井的耗尽区不仅可横向形成于所述每一第一沟槽井和所述磊晶层之间，对应所述每一第一沟槽井的基体结构层和所述磊晶层之间，以及对应所述每一第一沟槽井的第二沟槽井和所述磊晶层之间，更可纵向形成于所述第二沟槽井和所述磊晶层之间。因此，相较于现有技术，本实用新型所公开的耗尽区更大，导致所述金属氧化半导体场效功率组件的击穿电压随所述耗尽区增加而增加。另外，因为所述多个第二沟槽井的离子掺杂浓度大于所述多个第一沟槽井的离子掺杂浓度，且所述多个第二沟槽井的每一第二沟槽井的宽度小于所述多个第一沟槽井对应的第一沟槽井的宽度，所以当所述金属氧化半导体场效功率组件开启时，因为位于所述多个第二沟槽井间的所述磊晶层的宽度增加，所以所述金属氧化半导体场效功率组件的导通电阻可被降低。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。