[发明专利]一种沟槽金属氧化物半导体场效应管

说明书

相关申请的交叉引用

本申请案要求对于2013年3月27日提交的美国专利申请第13／851，185号的优先权，该专利申请披露的内容通过全文引用而结合与本文中。

技术领域

本发明涉及一种半导体功率器件的器件结构和制造过程。特别涉及一种改进的沟槽金属氧化物半导体场效应管(MOSFET，下同)的器件构造及制造方法，该沟槽MOSFET具有自对准的特点，并且能够节省掩模版的使用，并降低开启电阻。

背景技术

在美国专利号为US6，888，196和US7，816，720中，揭示了一种沟槽MOSFET结构，如图1所示。该沟槽MOSFET100的有源区中，n+源区101位于P型体区102的上部，并围绕着沟槽栅103。同时，沟槽式源体接触区104的宽度，与绝缘层106中接触区开口的宽度相同。与大部分沟槽MOSFET相同，在沿着与N型外延层105上表面等距的方向上，所述的n+源区101具有相同的掺杂浓度和相同的结深。

同样在现有技术的美国专利号为US7，816，720中，揭示了另一种沟槽MOSFET200，如图2A所示，该沟槽MOSFET200利用图2B和图2C中所示的结构和方法，使用接触掩模版作为自对准的源区掩模版，可以节省源区掩模版。在图2B中，用于形成n+源区201的源区离子注入是通过一个接触开口210进行的，该接触开口的宽度为“CO”，如图2B所示。接着在图2C中，进行干法硅刻蚀，使得该接触开口延伸入外延层中，并且该接触开口位于外延层中的宽度为“SBCO”，从图2C中可以看出，CO=SBCO。然后，进行p型离子注入形成一个p+体接掺杂区202，其包围该接触开口210的底部。再一次参考图2A可以发现，在于N型外延层205的上表面等距离处，所述的n+源区201沿沟槽式源体接触区203附近的浓度和结深都大于其靠近沟槽栅204附近的沟道处。并且，沿从所述的沟槽式源体接触区203到所述的沟道处，n+源区201的浓度呈现高斯分布，因此，源区201的寄生电阻R1n+可能大于如图1所示的结构中的源区寄生电阻R2n+，导致图2所示的结构具有高的开启电阻Rdson。同时，该问题在P沟道沟槽MOSFET中的影响尤为明显，这是因为P沟道器件中，源区掺杂剂硼的固溶度分别约为磷和砷的五分之一到七分之一。要解决高RdSon的问题，一个方法是可以增大接触开口的宽度，允许更多的掺杂剂离子注入源区，使其经过扩散后更加靠近临近的沟道区。然而，该方法会导致p+体接触区与临近的沟道区之间的距离Scp+变小，使得阈值电压Vth变高，同时会导致在低Vgs下源漏电阻Rds变高。更进一步，接触区开口宽度变大容易导致栅源之间出现短接，导致成品率过低。

因此，在半导体功率器件领域中，尤其是在沟槽MOSFET器件的设计和制造领域中，需要提出一种新颖的器件构造以解决上述问题，即可以节省源区掩模版的同时，不会产生高的开启电阻Rdson。

发明内容

本发明克服了现有技术中存在的缺点，提供了一种改进的具有自对准特点的沟槽MOSFET，既可以节省源区掩模版，同时又可以减小开启电阻。

根据本发明的实施例，提供了一种沟槽金属氧化物半导体场效应管包括：

(a)第一导电类型的外延层；

(b)多个第一类沟槽栅，位于有源区，由第一导电类型的源区和第二导电类型的体区围绕；

(c)接触绝缘层，位于所述外延层的上表面；

(d)多个沟槽式源体接触区，穿过所述的接触绝缘层和所述的源区，并延伸入所述的体区，将所述的源区和所述的体区连接至源极金属层，其中多所述的沟槽式源体接触区位于所述的接触绝缘层中的部分围绕有介电质侧墙；和

(e)在与所述的外延层上表面等距离处，所述的源区位于所述的介电质侧墙下方的掺杂浓度和结深大于其靠近相邻的沟道区的掺杂浓度和结深。

在一些优选的实施例中，所述的第一导电类型是N型，所述的第二导电类型是P型。在另一些优选的实施例中，所述的第一导电类型是P型，所述的第二导电类型是N型。

在一些优选的实施例中，还包括一个靠近有源区的连接沟槽栅，其宽度大于所述的第一类沟槽栅，其中所述的连接沟槽栅通过一个沟槽式栅接触区而连接至栅极金属层，其中所述的沟槽式栅接触区也穿过所述的接触绝缘层，并且也围绕有所述的介电质侧墙。