沟槽金氧半导体元件及其制造方法与流程

本发明涉及一种半导体元件，尤其涉及一种沟槽金氧半导体元件及其制造方法。

背景技术：

在电源开关领域中，金氧半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，mosfet)已广泛应用，其经由栅极接收控制信号，导通源极与漏极以达到电源开关的功能。当电源开关在使用时，常会因为外部静电产生静电放电(electrostaticdischarge，esd)导致元件击穿或烧毁，故通常会在元件内设置静电放电保护元件，以防止静电放电造成的损害。

传统静电放电保护元件为独立的元件结构，串联配置于栅极的接触栓与源极的接触栓之间。然而，此独立的静电放电保护结构需使用额外的制程来制作，导致制程成本增加。

技术实现要素：

本发明提供一种沟槽金氧半导体元件及其制造方法，其可有效地减少制程数并降低制程成本。

本发明提出一种沟槽金氧半导体元件，包括基底、第一电极、第二电极、第一掺杂区、第二掺杂区、第一金属层与第二金属层。基底定义有主动区及终端区，且具有自主动区延伸至终端区的沟槽。第一电极位于沟槽中，且具有延伸至终端区中的延伸部。第二电极位于沟槽中，且位于第一电极上。基底、第一电极与第二电极彼此电性隔离。第一掺杂区与第二掺杂区分离设置于延伸部中。第一金属层设置于基底上，且电性连接于第一掺杂区与第二电极。第二金属层设置于基底上，且电性连接于第二掺杂区与第一电极。第一金属层与第二金属层中的一者延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间，且与至少部分第一掺杂区的正投影及至少部分第二掺杂区的正投影交叠。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件中，第一金属层延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间的正投影上方，且第二金属层通过一个接触栓同时电性连接于第二掺杂区与延伸部。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件中，还可包括第一井区与第二井区。第一井区位于延伸部中，且具有第二导电型。第一掺杂区位于第一井区中。第二井区位于延伸部中，且具有第二导电型。第二掺杂区位于第二井区中。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件中，第二金属层可延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间的正投影上方。第一金属层可通过一个接触栓同时电性连接于第一掺杂区与第一井区。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件中，第一金属层延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间的正投影上方，且第二金属层通过一个接触栓同时电性连接于第二掺杂区与第二井区。

本发明提出一种沟槽金氧半导体元件的制造方法，包括以下步骤。提供基底。基底定义有主动区及终端区。基底具有自主动区延伸至终端区的沟槽。在沟槽中形成第一电极。第一电极具有延伸至终端区中的延伸部。在沟槽中的第一电极上形成第二电极。基底、第一电极与第二电极彼此电性隔离。在延伸部中形成彼此分离的第一掺杂区与第二掺杂区。在基底上形成电性连接于第一掺杂区与第二电极的第一金属层。在基底上形成电性连接于第二掺杂区与第一电极的第二金属层。第一金属层与第二金属层中的一者延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间，且与至少部分第一掺杂区的正投影及至少部分第二掺杂区的正投影交叠。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件的制造方法中，第一金属层延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间的正投影上方，且还包括可提供一个接触栓，同时电性连接第二金属层、第二掺杂区与延伸部。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件的制造方法中，还可包括以下步骤。可在延伸部中形成第一井区。第一井区具有第二导电型。第一掺杂区位于第一井区中。可在延伸部中形成第二井区。第二井区具有第二导电型，且第二掺杂区位于第二井区中。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件的制造方法中，第二金属层可延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间的正投影上方，且还包括可提供一个接触栓，同时电性连接第一金属层、第一掺杂区与第一井区。

依照本发明的一实施例所述，在上述沟槽金氧半导体元件的制造方法中，第一金属层可延伸设置于第一掺杂区与第二掺杂区之间的正投影上方，且还包括可提供一个接触栓，同时电性连接第二金属层、第二掺杂区与第二井区。

基于上述，在本发明所提出的沟槽金氧半导体元件及其制造方法中，由于可同时形成主动区中的第一电极与终端区中的延伸部(静电放电保护结构的主体层)，且终端区中的第一掺杂区与第二掺杂区也可与主动区中的掺杂区同时形成，因此可有效地减少制程数并降低制造成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1a至图1d为本发明一实施例的沟槽金氧半导体元件的制造流程剖面图。

图2为图1d中的金属层的上视图。

图3为图1d的立体图。

图4a至图4d为本发明另一实施例的沟槽金氧半导体元件的制造流程剖面图。

图5为本发明另一实施例的沟槽金氧半导体元件的剖面图。

附图标记说明

10、20、30：沟槽金氧半导体元件；

100：基底；

102：沟槽；

104、108、116：绝缘层；

106：电极层；

106a、110：电极；

112、114、115：掺杂区；

117：基体区；

118、120：接触栓；

122、124：金属层；

202、204：井区；

ep：延伸部；

r1：主动区；

r2：终端区。

具体实施方式

图1a至图1d为本发明一实施例的沟槽金氧半导体元件的制造流程剖面图。图2为图1d中的金属层的上视图，且图1d为沿着图2中的i-i’剖面线的剖面图。图3为图1d的立体图。

请参照图1a，提供基底100。基底100包括硅基底，且还可包括设置在硅基底上的磊晶硅层。基底100定义有主动区r1及终端区r2。

接着，可在基底100中形成自主动区r1延伸至终端区r2的沟槽102。沟槽102的形成方法可通过微影制程与蚀刻制程对基底100进行图案化。

然后，可在沟槽102的表面上形成绝缘层104。绝缘层104的材料可为氧化硅。绝缘层104的形成方法可为热氧化法或化学气相沉积法。

接下来，可形成填入沟槽102的电极层106。电极层106包括延伸至终端区r2中的延伸部ep。电极层106的形成方法可包括以下步骤。首先，形成填满沟槽102的电极材料层。接着，对电极材料层进行回蚀刻制程。电极材料层的材料可为掺杂多晶硅。掺杂多晶硅的形成方法可为先形成未掺杂多晶硅，再对未掺杂多晶硅进行掺杂，或者使用临场(in-situ)掺杂的化学汽相沉积法。

请参照图1b，可对电极层106进行图案化制程，藉此可在沟槽102中形成电极106a。电极106a可作为主动区r1中的晶体管晶胞的遮蔽栅极。电极106a具有延伸至终端区r2中的延伸部ep。延伸部ep可作为静电放电保护结构的主体层。延伸部ep的顶面可高于主动区r1中的电极106a的顶面。基底100与电极106a可通过绝缘层104而彼此电性隔离。

此外，电极106a可具有第一导电型或第二导电型。第一导电型与第二导电型为不同导电型。第一导电型与第二导电型分别可为p型导电型与n型导电型中的一者与另一者。在此实施例中，第一导电型是以n型导电型为例来进行说明，且第二导电型是以p型导电型为例来进行说明。电极106a是以具有第二导电型(如，p型导电型)为例来进行说明，因此延伸部ep也可具有与电极106a相同的第二导电型。

再者，在沟槽102中的电极106a上形成绝缘层108。绝缘层108的材料可为氧化硅。绝缘层108可依据制程设计选择性地组合使用沉积制程、微影制程与蚀刻制程中的制程而形成。

随后，在沟槽102中的电极106a上形成电极110。电极110可作为主动区r1中的晶体管晶胞的上部电极。电极106a与电极110可通过绝缘层108而彼此电性隔离。在此实施例中，电极110是以具有第一导电型(如，n型导电型)为例来进行说明。电极110的形成方法可包括以下步骤。首先，形成填满沟槽102的电极材料层。接着，对电极材料层进行回蚀刻制程。电极材料层的材料可为掺杂多晶硅。掺杂多晶硅的形成方法可为先形成未掺杂多晶硅，再对未掺杂多晶硅进行掺杂，或者使用临场(in-situ)掺杂的化学汽相沉积法。

请参照图1c，在延伸部ep中形成彼此分离的掺杂区112与掺杂区114。在此实施例中，掺杂区112与掺杂区114可具有第一导电型(n型导电型)。掺杂区112与掺杂区114的形成方法例如是离子植入法。

请参照图1d，形成覆盖电极110及延伸部ep的绝缘层116。由于绝缘层116可同时形成于主动区r1及终端区r2中，以作为主动区r1中的元件的一部分及终端区r2中的元件的一部分，因此可有效地减少制程数并降低制造成本。在实际应用中，可通过调整绝缘层116的厚度来调整沟槽金氧半导体元件的崩溃电压。

请参照图1d、图2与图3，在绝缘层116中形成接触栓118与接触栓120，在基底100上方的绝缘层116上形成电性连接于掺杂区112与电极110的金属层122，且于基底100上方的绝缘层116上形成电性连接于掺杂区114与电极106a的金属层124。接触栓118可作为栅极接触栓，且接触栓120可作为源极接触栓。金属层122可作为栅极，且金属层124可作为源极。金属层122可通过接触栓118而电性连接于掺杂区112。金属层124可通过一个接触栓120同时电性连接于掺杂区114与延伸部ep。也即，接触栓120同时电性连接金属层124、掺杂区114与延伸部ep。接触栓118、接触栓120、金属层122与金属层124的材料可为铜、铝或钨。

此外，金属层122与金属层124中的一者延伸设置于掺杂区112与掺杂区114之间，且与至少部分掺杂区112的正投影及至少部分掺杂区114的正投影交叠。在此实施例中，金属层122可延伸设置于掺杂区112与掺杂区114之间的正投影上方，且与至少部分掺杂区112的正投影及至少部分掺杂区114的正投影交叠，但本发明并不以此为限。

另外，请参照图3，在形成掺杂区112与掺杂区114的制程中，可同时在电极110两侧的基底100中形成掺杂区115(请参照图3)，且掺杂区115可作为源极区。掺杂区115可通过接触栓120而电性连接于金属层124。掺杂区115可具有第一导电型(n型导电型)。

再者，在基底100两侧的基底100中形成基体区(bodyregion)117(请参照图3)，且掺杂区115位于基体区117中。基体区117可具有第一导电型(n型导电型)或第二导电型(p型导电型)。在此实施例中，基体区117是以具有第二导电型(p型导电型)为例来进行说明。

另一方面，在沟槽金氧半导体元件10中，通过第二导电型的延伸部ep、第一导电型的掺杂区112、掺杂区114、金属层122与金属层124可形成终端区r2中的静电放电保护结构。

基于上述实施例可知，通过上述沟槽金氧半导体元件10的制造方法，可同时形成主动区r1中的电极106a与终端区r2中的延伸部ep(静电放电保护结构的主体层)。此外，终端区r2中的掺杂区112与掺杂区114也可与主动区r1中的掺杂区115同时形成。

以下，通过图1d、图2与图3来说明沟槽金氧半导体元件10的结构。

请参照图1d，沟槽金氧半导体元件10包括基底100、电极106a、电极110、掺杂区112、掺杂区114、掺杂区115、金属层122与金属层124，且还可包括绝缘层104、绝缘层108、绝缘层116、接触栓118与接触栓120中的至少一者。

基底100定义有主动区r1及终端区r2。基底100具有自主动区r1延伸至终端区r2的沟槽102。电极106a位于沟槽102中。电极106a具有延伸至终端区r2中的延伸部ep。绝缘层104位于基底100与电极106a之间。电极110位于沟槽102中，且位于电极106a上。绝缘层108位于电极106a与电极110之间。基底100、电极106a与电极110可通过绝缘层104与绝缘层108而彼此电性隔离。掺杂区112与掺杂区114分离设置于延伸部ep中。掺杂区115设置于电极110两侧的基底100中，且可通过接触栓120而电性连接于金属层124。金属层122设置于基底100上，且可通过接触栓118而电性连接于掺杂区112与电极110。金属层124设置于基底100上，且可通过接触栓120而电性连接于掺杂区114与电极106a。绝缘层116位于金属层122与延伸部ep之间，且位于金属层124与延伸部ep之间。金属层122与金属层124中的一者延伸设置于掺杂区112与掺杂区114之间的基底100上。在此实施例中，金属层122可延伸设置于掺杂区112与掺杂区114之间的正投影上方，且与至少部分的掺杂区112的正投影及至少部分的掺杂区114的正投影交叠，但本发明并不以此为限。

此外，沟槽金氧半导体元件10中的各构件的材料、形成方法与功效等，已于上述实施例中进行详尽地说明，所以于此不再重复说明。

基于上述实施例可知，在上述沟槽金氧半导体元件10及其制造方法中，由于可同时形成主动区r1中的电极106a与终端区r2中的延伸部ep(静电放电保护结构的主体层)，且终端区r2中的掺杂区112与掺杂区114也可与主动区r1中的掺杂区115同时形成，因此可有效地减少制程数并降低制造成本。

图4a至图4d为本发明另一实施例的沟槽金氧半导体元件的制造流程剖面图。

请同时参照图1a至图1d与图4a至图4d，沟槽金氧半导体元件20与沟槽金氧半导体元件10的制造方法与结构的差异如下。在沟槽金氧半导体元件20中，电极106a、掺杂区112与掺杂区114是以具有第一导电型(如，n型导电型)为例来进行说明。因此，沟槽金氧半导体元件20的制造方法还可包括以下步骤。可于延伸部ep中形成井区202，且可于延伸部ep中形成井区204。也即，沟槽金氧半导体元件20还可包括位于延伸部ep中的井区202与井区204，且井区202与井区204可具有第二导电型(如，p型导电型)。掺杂区112位于井区202中，且掺杂区114位于井区204中。井区202与井区204的形成方法例如是离子植入法。此外，在金属层122延伸设置于掺杂区112与掺杂区114之间的正投影上方，且与至少部分掺杂区112的正投影及至少部分掺杂区114的正投影交叠的情况下，金属层124可通过一个接触栓120同时电性连接于掺杂区114与井区204。也即，接触栓120同时电性连接金属层124、掺杂区114与井区204。另外，图4a至图4d与图1a至图1d中相同的构件以相同的符号表示且于上述实施例中已详尽地进行说明，所以于此不再重复说明。

另一方面，在沟槽金氧半导体元件20中，通过第二导电型的延伸部ep、第一导电型的掺杂区112、掺杂区114、井区202、井区204、金属层122与金属层124可形成终端区r2中的静电放电保护结构。

基于上述实施例可知，在上述沟槽金氧半导体元件20及其制造方法中，由于可同时形成主动区r1中的电极106a与终端区r2中的延伸部ep(静电放电保护结构的主体层)，且终端区r2中的掺杂区112与掺杂区114也可与主动区r1中的掺杂区115同时形成，因此可有效地减少制程数并降低制造成本。

图5为本发明另一实施例的沟槽金氧半导体元件的剖面图。

请同时参照图4d与图5，图5的沟槽金氧半导体元件30与图4d的沟槽金氧半导体元件20的差异如下。在沟槽金氧半导体元件30中，金属层124可延伸设置于掺杂区112与掺杂区114之间的正投影上方，且与至少部分掺杂区112的正投影及至少部分掺杂区114的正投影交叠，且金属层122可通过一个接触栓118同时电性连接于掺杂区112与井区202。也即，接触栓118同时电性连接金属层122、掺杂区112与井区202。因此沟槽金氧半导体元件30中的静电放电保护结构与沟槽金氧半导体元件20中的静电放电保护结构所控制的电流流动方向不同。此外，图5与图4d中相同的构件以相同的符号表示且于上述实施例中已详尽地进行说明，所以于此不再重复说明。

在其他实施例中，沟槽金氧半导体元件也可分别在不同沟槽同时配置图5与图4d中的静电放电保护结构，藉此可对电流进行双向控制。

综上所述，在上述实施例的沟槽金氧半导体元件及其制造方法中，由于可同时形成主动区中的电极与终端区中的延伸部(静电放电保护结构的主体层)，且终端区中的掺杂区也可与主动区中的掺杂区同时形成，因此可有效地减少制程数并降低制造成本。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。