专利名称：沟槽式功率金氧半晶体管及其制作方法
技术领域：
本发明为一种沟槽式功率金氧半晶体管及其制作方法，尤指具有 汲极与源极皆位于基板之上之结构，并且闸极位于汲极与源极之间沟 槽内之沟槽式功率金氧半晶体管及其制作方法。
背景技术：
第一图为习用的沟槽式功率晶体管结构剖面图，其中包含了源极
11、闸极12、 N型重掺杂半导体13、 P型掺杂半导体14、 N型淡掺 杂半导体15、 N型重掺杂半导体16、汲极17及沟槽18。
习用的高压组件，例如双重扩散汲极金氧半晶体管(Double Diffusion Drain Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor, DDDMOSFET)及横向扩散金氧半晶体管(Lateral Diffusion
具有较大的结构并不适合应用于功率晶体管(Power MOS)。因此，习 用功率晶体管(Power MOS)的制作方法，主要采用具有较小结构的沟 槽式功率晶体管(TrenchPowerMOSFET)。在习用的沟槽式功率晶体管 结构当中，源极11是位于结构的上方。结构本体具有一个沟槽18， 闸极12即位于沟槽18当中。另外，在沟槽18的二侧具有N型重掺 杂半导体13; N型重掺杂半导体13的下方为P型掺杂半导体14。 于P型掺杂半导体14及沟槽18下方的部份为N型淡掺杂半导体15，
N型淡掺杂半导体15主要用来提升晶体管的崩溃电压。最下方的部
份为N型重掺杂半导体16,汲极17即位于芯片的底部。
习用的沟槽式功率晶体管由于本体结构较为特殊，必须使用成本 较高的磊晶来制作。另一方面，习用的沟槽式功率晶体管结构，受限 于本身结构的影响，沟槽必须具有较深的深度，使得通道长度提高， 造成每个组件的电流减少，致使可靠度降低。
习用的沟槽式功率晶体管，具有以下缺点
1. 习用的沟槽式功率晶体管，必须使用成本较高的磊晶来进行 制作，增加制作所需的成本。
2. 习用的沟槽式功率晶体管，具有较长的通道长度，使得每个 组件的电流减少，造成可靠度降低。
因此，如何改进上述习用的缺点，有效降低制作所需的成本并且 提升功率晶体管的可靠度，系为本发明所关注者。
发明内容
本发明的目的在于提出一新颖且进步的沟槽式功率金氧半晶体 管及其制作方法，利用将汲极与源极置于基板上，且于汲极与源极之 间采用沟槽式结构，并将闸极设计于沟槽当中，使其具有较佳的可靠 度，并能以一般晶圆材料进行制作，有效降低制作所需的成本。
为达上述目的，本发明提出一种沟槽式功率金氧半晶体管，具有 一闸极、 一汲极、 一源极及一基板，其剖面结构包含
一第一掺杂型半导体，系形成该基板，并具一沟槽；
二第二掺杂型半导体，系位于该基板上，并于该沟槽之一侧形成
该汲极；于该沟槽之另一侧形成该源极；该沟漕系由该汲极及该源极 之间向下延伸至该基板之中；
一氧化层，系位于该沟槽内壁表面，并沿着该沟槽内壁表面由该 汲极及该源极之间向下延伸至该基板；
一多晶硅层，系位于该沟槽内，包覆于该氧化层之中，并形成该 闸极。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该第一掺杂型半导体系 为一P型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该二第二掺杂型半导体 系为N型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该二第二掺杂型半导体 之一系为一淡掺杂型半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该二第二掺杂型半导体 之一系为一重掺杂型半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中介于该汲极与该闸极间 之该氧化层系与介于该源极与该闸极间之该氧化层具有相同之厚度。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中介于该汲极与该闸极间 之该氧化层系厚于介于该源极与该闸极间之该氧化层。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该汲极系与该源极具有 相同之深度。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该汲极之深度系深于该 源极之深度。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中更包含一浅沟槽绝缘
(STI)，该浅沟槽绝缘系位于该汲极与该闸极之间。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其系为一平面沟槽式功率晶
体管(Ha認r Trench MOS)。
一种沟槽式功率金氧半晶体管，具有一闸极、 一汲极、 一源极及 一基板，其俯视结构包含
一沟槽区，系包含一氧化层，该氧化层系将一多晶硅层包覆于其 中，该多晶硅层系形成该闸极；该氧化层更覆盖一第一掺杂型半导体 区，该第一掺杂型半导体区系形成该基板；
二第二掺杂型半导体区，系于该沟槽区之二侧，并于一侧形成该汲极； 于另一侧形成该源极，并覆盖该基板。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该第一掺杂型半导体区 系包含一P型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该二第二掺杂型半导体 区系包含N型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该二第二掺杂型半导体 区之一系包含一淡掺杂型半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中该二第二掺杂型半导体 区之一系包含一重掺杂型半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其中更包含一浅沟槽绝缘
(STI)区，该浅沟槽绝缘区系位于该汲极与该闸极之间，并覆盖于该 氧化层之内。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其系为一平面沟槽式功率晶
体管(Planner Trench M〇S)
一种沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，包含下列步骤 提供一第一掺杂型半导体，并形成一基板； 于该基板上形成一第一氧化层；
于该基板上定义一第二掺杂型半导体区域，并形成一汲极；
于该第一氧化层上形成一硬光罩；
于该硬光罩上定义一沟槽区域；
于该基板上形成一沟槽；
于该沟槽内壁表面形成一第二氧化层；
于该沟槽内形成一多晶硅层，藉以形成一闸极；
覆盖一第三氧化层于该沟槽内之该多晶硅层上；
定义一另一第二掺杂型半导体区域，并形成一源极。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中该第一掺杂型 半导体系为一 P型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中该第二掺杂型 半导体系为N型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中该另一第二掺 杂型半导体系为N型掺杂半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中该第二掺杂型 半导体系为一淡掺杂型半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中该另一第二掺
杂型半导体系为一重掺杂型半导体。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中更包含一步骤
:于该多晶硅层定义一浅沟槽绝缘(STI)区域，并形成该浅沟槽绝缘。 如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中定义该第二掺
杂型半导体区域系利用一光罩定义之。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中该硬光罩系包
含一氮化层、 一掺硼玻璃层及一第二多晶硅层。
如所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其中定义该沟槽区
域系于该硬光罩上利用一光罩定义之。
本发明具有下列优点
1. 本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管，其体积大小与习 用的沟槽式功率金氧半晶体管相似。
2. 本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管，具有较佳的可靠 度。
3. 本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管，各个组件能具有 较高的电流。
4. 本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管，具有浅沟槽绝缘 结构，能产生较高的崩溃电压。
5. 本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管，可用一般的晶圆 材料进行制作，有效降低制作所需的成本。
具体实施例方式
第二图(A)(B)(C)为本发明较佳实施例之沟槽式功率金氧半晶体 管结构剖面图，其中包含了汲极接点孔21、汲极22、浅沟槽绝缘23、 基板24、沟槽25、氧化层26、闸极27、源极接点孔28及源极29。
不同于习用的沟槽式功率金氧半晶体管，在本发明所提出的沟槽 式功率金氧半晶体管的剖面结构当中，汲极22与源极29皆位于P型 掺杂半导体所形成的基板24之上方，而沟槽25是位于汲极22与源 极29之间。汲极22与源极29之结构是采用双重扩散之方式，汲极 22是由N型淡掺杂半导体所构成，采用淡掺杂可用来增加接面崩溃 电压；而源极29则是由N型重掺杂半导体所构成，采用重掺杂可用 以减低源极的阻值。在沟槽25当中，沟槽25的内壁表面覆盖了一层 氧化层26，氧化层26之中包覆了一层多晶硅层，闸极27就是由此多 晶硅层所构成。在闸极27与汲极22之间的氧化层26，具有较宽的厚 度，形成一浅沟槽绝缘23(STI)。浅沟槽绝缘23的用途最主要是用来 避免高压区的汲极22对闸极27周围的氧化层26造成崩溃现象。
第三图为本发明较佳实施例之沟槽式功率金氧半晶体管结构俯 视图，其中包含了第二掺杂型半导体区31、第二掺杂型半导体区32 及沟槽区33。
在本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管的俯视结构中，源极 系位于第二掺杂型半导体区31;汲极系位于第二掺杂型半导体区32， 源极与汲极皆覆盖在一基板之上，并且彼此之间存在一沟槽区33。 沟槽区33中系包含一氧化层，并且在氧化层底下覆盖一多晶硅层， 该多晶硅层系形成一闸极。多晶硅层同样覆盖在该基板之上。
第四图为本发明较佳实施例之沟槽式功率金氧半晶体管制作流
程图，其中包含了下列步骤
步骤41 :提供一第一掺杂型半导体，并形成一基板；
步骤42 :于该基板上形成一第一氧化层；
步骤43 :于该基板上定义一第二掺杂型半导体区域，并形成一 汲极；
步骤44 :于该第一氧化层上形成一硬光罩；
步骤45 :于该硬光罩上定义一沟槽区域；
步骤46 :于该基板上形成一沟槽；
步骤47 :于该沟槽内壁表面形成一第二氧化层；
步骤48 :于该沟槽内形成一多晶硅层，藉以形成一闸极；
步骤49 :于该多晶硅层定义一浅沟槽绝缘区域，并形成该浅沟
步骤410 :覆盖一第三氧化层于该沟槽内之该多晶硅层上； 步骤411 :定义一另一第二掺杂型半导体区域，并形成一源极。
第五图为本发明较佳实施例之沟槽式功率金氧半晶体管制作流 程分解示意图，其中包含了基板51、第一氧化层52、汲极53、硬光 罩54、氮化层541、掺硼玻璃层542、第二多晶硅层543、沟槽55、 第二氧化层56、闸极57、浅沟槽绝缘58、源极59及金属层510。
本发明所提出的沟槽式功率金氧半晶体管，其制作方法首先于步 骤41提供一第一掺杂型半导体，该第一掺杂型半导体系为一 P型掺杂半导体，并形成一基板51。接着，在步骤42于该基板上形成一第 一氧化层52。当第一氧化层52产生后，在步骤43中，于该基板上， 利用光罩定义一第二掺杂型半导体区域，并藉由高温双重扩散掺杂方 式在该区域形成一汲极53。其中，该第二掺杂型半导体系为N型淡 掺杂半导体。在N型淡惨杂半导体于基板上形成后，接着在步骤44 当中，于该第一氧化层上形成一硬光罩54。硬光罩系由一氮化层541、 一掺硼玻璃层542及一第二多晶硅层543所构成。第一氧化层之上为 氮化层541，氮化层541之上为掺硼玻璃层542，最上方为第二多晶 硅层543。在步骤45当中，先于该硬光罩54上定义一沟槽55区域； 再于步骤46于该基板上形成一沟槽55。当沟槽55形成后，在步骤 47中，于该沟槽内壁表面形成一第二氧化层56。接着，在步骤48中 于该沟槽内形成一多晶硅层，且在步骤49于该多晶硅层利用掺硼玻 璃定义一浅沟槽绝缘58区域。而后于步骤410覆盖一第三氧化层于 该沟槽内之该多晶硅层上，并形成该浅沟槽绝缘58。再于步骤411 定义一另一第二掺杂型半导体区域，并形成该源极59。其中，该另 一第二掺杂型半导体系为一 N型重掺杂型半导体。最后于上层表面 形成一金属层510，再从第二掺杂型半导体拉出一汲极接点、从多晶 硅层拉出一闸极接点以及从另一第二掺杂型半导体拉出一源极接点。
综上所述，本发明所提的沟槽式功率金氧半晶体管，利用将汲极 与源极置于基板上，且于汲极与源极之间，采用沟槽式结构，并将闸 极设计于该沟槽当中，不仅具有较佳的可靠度，更能有效降低制作成 本，进步新颖且实用，如其变更设计，例如不具浅沟槽绝缘(STI)结构、
利用其它流程制作本发明所提之晶体管结构或利用不同材料进行制 作等，只要是具有汲极与源极皆位于基板之上，并于汲极与源极之间 具有沟槽结构，且闸极位于沟槽内的，都为本发明所保护的范围。
权利要求
1.一种沟槽式功率金氧半晶体管，具有一闸极、一汲极、一源极及一基板，其特征为其剖面结构包含一第一掺杂型半导体，形成该基板，并具一沟槽；二第二掺杂型半导体，位于该基板上，并于该沟槽之一侧形成该汲极；于该沟槽之另一侧形成该源极；该沟漕系由该汲极及该源极之间向下延伸至该基板之中；一氧化层，位于该沟槽内壁表面，并沿着该沟槽内壁表面由该汲极及该源极之间向下延伸至该基板；一多晶硅层，系位于该沟槽内，包覆于该氧化层之中，并形成该闸极。
2. 根据权利要求1所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为 其中该第一掺杂型半导体为一 P型掺杂半导体。
3. 根据权利要求l所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为 其中该二第二掺杂型半导体为一 N型掺杂半导体。
4. 根据权利要求l所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为-其中该二第二掺杂型半导体之一为一淡掺杂型半导体。
5. 根据权利要求l所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为 其中该二第二掺杂型半导体之一为一重掺杂型半导体。
6. 根据权利要求l所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为 其中介于该汲极与该闸极间之该氧化层与介于该源极与该闸极间的 该氧化层具有相同的厚度。
7. 根据权利要求l所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为:其中介于该汲极与该闸极间的该氧化层厚于介于该源极与该闸极间 的该氧化层。
8. 根据权利要求1所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为: 其中该汲极与该源极具有相同的深度。
9. 根据权利要求1所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为-其中该汲极的深度深于该源极之深度。
10. 根据权利要求1所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为-其中更包含一浅沟槽绝缘，该浅沟槽绝缘位于该汲极与该闸极之间。
11. 根据权利要求1所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为 其为一平面沟槽式功率晶体管。
12. —种沟槽式功率金氧半晶体管，具有一闸极、 一汲极、 一源极及一基板，其特征为其俯视结构包含一沟槽区，系包含一氧化层，该氧化层系将一多晶硅层包覆于其中，该多晶硅层系形成该闸极；该氧化层更覆盖一第一掺杂型半导体 区，该第一掺杂型半导体区系形成该基板；二第二掺杂型半导体区，位于该沟槽区的二侧，并于一侧形成该 汲极；于另一侧形成该源极，并覆盖该基板。
13. 根据权利要求12所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征 为其中该第一掺杂型半导体区包含一P型掺杂半导体。
14. 根据权利要求12所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为其中该二第二掺杂型半导体区包含N型掺杂半导体。
15. 根据权利要求12所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为其中该二第二掺杂型半导体区之一包含一淡掺杂型半导体。
16. 根据权利要求12所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征 为其中该二第二掺杂型半导体区之一包含一重掺杂型半导体。
17. 根据权利要求12所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为其中更包含一浅沟槽绝缘区，该浅沟槽绝缘区位于该汲极与该闸极之间，并覆盖于该氧化层之内。
18. 根据权利要求12所述的沟槽式功率金氧半晶体管，其特征为其为一平面沟槽式功率晶体管。
19. 一种沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为包含下列步骤提供一第一掺杂型半导体，并形成一基板； 于该基板上形成一第一氧化层；于该基板上定义一第二掺杂型半导体区域，并形成一汲极；于该第一氧化层上形成一硬光罩；于该硬光罩上定义一沟槽区域；于该基板上形成一沟槽；于该沟槽内壁表面形成一第二氧化层；于该沟槽内形成一多晶硅层，藉以形成一闸极；覆盖一第三氧化层于该沟槽内之该多晶硅层上；定义一另一第二掺杂型半导体区域，并形成一源极。
20. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中该第一掺杂型半导体为一P型掺杂半导体。
21. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法， 其特征为其中该第二掺杂型半导体为一N型掺杂半导体。
22. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中该另一第二掺杂型半导体为一N型掺杂半导体。
23. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中该第二掺杂型半导体为一淡掺杂型半导体。
24. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中该另一第二掺杂型半导体为一重掺杂型半导体。
25. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中更包含一步骤于该多晶硅层定义一浅沟槽绝缘区域，并形成该浅沟槽绝缘。
26. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中定义该第二掺杂型半导体区域为利用一光罩定义之。
27. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中该硬光罩包含一氮化层、 一掺硼玻璃层及一第二多晶硅层。
28. 根据权利要求19所述的沟槽式功率金氧半晶体管制作方法，其特征为其中定义该沟槽区域为于该硬光罩上利用一光罩定义之。
全文摘要
本发明为一种沟槽式功率金氧半晶体管，具有一闸极、一汲极、一源极及一基板，其剖面结构包含一第一掺杂型半导体，系形成该基板，并具一沟槽；二第二掺杂型半导体，系位于该基板上，并于该沟槽之一侧形成该汲极；于该沟槽之另一侧形成该源极；该沟漕系由该汲极及该源极之间向下延伸至该基板之中；一氧化层，系位于该沟槽内壁表面，并沿着该沟槽内壁表面由该汲极及该源极之间向下延伸至该基板；一多晶硅层，系位于该沟槽内，包覆于该氧化层之中，并形成该闸极。
文档编号H01L21/336GK101364610SQ20071014043
公开日2009年2月11日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者铭 汤, 焦世平 申请人:力芯科技股份有限公司