[发明专利]功率金属氧化物半导体场效晶体管结构及其制程方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种功率金属氧化物半导体场效晶体管(Power MOSFET) 结构及其制程方法，尤指具有雪崩能量改进及可达浅结(shallow junction)的功 率金属氧化物半导体场效晶体管。

背景技术

功率金属氧化物半导体场效晶体管(Power MOSFET)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崩溃电压、低导通电阻、高开关 切换速度、和广大的安全操作区域。除此之外，对大部分的应用来说，功率 金属氧化物半导体场效晶体管需要能够在有电感性负载的情形发生时被导通 与截止。当功率金属氧化物半导体场效晶体管从导通被切换至截止时，此感 应负载会在源极与漏极之间感应出一电磁力，并加快雪崩崩溃电流的增加速 度；而当寄生的双极性晶体管被导通时，组件便会毁损。

因此，在这种情形之下，功率金属氧化物半导体场效晶体管必须保持大 量的压力来避免破坏性失败的发生，此种能力即被称为组件的「强健性 (ruggedness)」。一般而言，功率金属氧化物半导体场效晶体管的强健性是被 定义在一个单一脉波电感性负载切换(Unclamped Inductive load Switching， UIS)的测试下，还能保持雪崩崩溃电流的雪崩崩溃能量的电流值。

然而，由于目前的功率金属氧化物半导体场效晶体管产品不断的在追求 低导通电阻(turn-on resistance)，采用的手段是不断的以微缩组件的记忆单元 间距(cell pitch)，以使记忆单元密度(cell density)增加。然而，在缩小记忆单 元间距的设计下，虽然达到导通电阻下降的目的，但确也增加了整体电容值 (Capacitance)及降低了组件的雪崩崩溃能量(Avalanche Energy)。

因此，如何发展出一种功率金属氧化物半导体场效晶体管的结构及其制 程方法，使其具有低导通电阻外更具有较佳的雪崩能量，将是本发明所要积 极批露之处。

发明内容

有鉴于上述已知功率金属氧化物半导体场效晶体管产品的缺憾，发明人 有感其未臻于完善，遂竭其心智悉心研究克服，凭其从事该项产业多年的累 积经验，进而研发出一种具有一沟道式场板阱(Field Plate Trench)设计的功率 金属氧化物半导体场效晶体管结构及其制造方法，其是在组件单一单元 (Single cell)的源极接点区加入一场板阱设计，以期达到浅结(shallow junction) 低导通电阻及较佳的雪崩崩溃能量提升的目的。

为达上述目的，本发明的一较佳实施态样是提供一种功率金属氧化物半 导体场效晶体管结构的制程方法，其包含下列步骤：(a)提供一衬底作为漏极， 其上具有一外延层；(b)在所述外延层上蚀刻出一栅极浅沟道结构及一源极浅 沟道结构；(c)在所述浅沟道的侧壁及底部形成氧化物层，并在所述沟道内沉 积多晶硅结构；(d)进行一第一次离子注入制程，以在所述外延层中形成一浅 基体结；(e)进行一第二次离子注入制程，以在所述外延层中形成一浅源极结； (f)沉积一介电质层，利用掩模光刻制程在所述外延层中蚀刻所述源极浅沟道 结构以形成一源极接点区；(g)进行一倾角离子注入制程，以在所述源极浅沟 道结构两侧的所述外延层中各形成一重掺杂区；及(h)沉积一金属导线以与所 述源极接点区接触而形成一源极金属导线。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式是提供一种功率金属氧化物 半导体场效晶体管结构的制程方法，其包含下列步骤：提供一衬底作为漏极， 其上具有一外延层；(a)进行一第一次离子注入制程，以在所述外延层中形成 一浅基体结；(b)进行一第二次离子注入制程，以在所述外延层中形成一浅源 极结；(c)在所述外延层上蚀刻出一栅极浅沟道结构及一源极浅沟道结构；(d) 在所述浅沟道的侧壁及底部形成氧化物层，并在所述沟道内沉积多晶硅结构； (e)沉积一介电质层，利用掩模光刻制程在所述外延层中蚀刻所述源极浅沟道 结构以形成一源极接点区；(f)进行一倾角离子注入制程，以在所述源极浅沟 道结构两侧的所述外延层中各形成一重掺杂区；及(g)沉积一金属导线以与所 述源极接点区接触而形成一源极金属导线。