[发明专利]沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管与其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor)场效晶体管，尤其涉及一种具有低导通阻抗与高崩溃电压的沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管与其制造方法。

背景技术

功率型金属氧化场效晶体管(PowerMetalOxideSemiconductor FieldTransistor，PowerMOSFET)是一种电压控制元件，主要有水平式与垂直式两种结构，其具有开关速度快、高频特性良好、输入阻抗高与驱动功率小等优点。功率型金属氧化场效晶体管被广泛地应用于电力装置的切换元件，例如是电源供应器、整流器或低压马达控制器等等。现今的功率金属氧化物半导体导体场效晶体管多采取垂直结构的设计，以提升元件密度。

功率型金属氧化场效晶体管的工作损失可分成切换损失(switching loss)及导通损失(conductingloss)两大类，其中在晶体管导通状态(ON)下的导通电阻Rds为影响工作损失的重要参数。导通电阻Rds愈小，晶体管的导通损失愈小，功率消耗愈低。功率型金属氧化场效晶体管的导通电阻Rds通常与漂移区的厚度相关，降低漂移区的厚度可以缩小导电电阻Rds，但是降低漂移区的厚度会导致崩溃电压降低而影响晶体管的耐压特性。

发明内容

本发明提供一种沟槽式功率型金属氧化场效晶体管与其制造方法，其利用降低表面电场(reducedsurfacefield，RESURF)技术在基体区域(bodyregion)下方设置氧化物层以增加崩溃电压，借此在相同的崩溃电压特性下获得较低的导通电阻。

本发明实施例提出一种沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管，包括一基材、一磊晶层、一氧化物层、一沟道区域、一基体区域、一第二重掺杂区以及一沟槽栅极结构。基材具有一第一重掺杂区；磊晶层形成于基材上方，其中磊晶层中具有一漂移区；氧化物层形成于漂移区上方；沟道区域形成于氧化物层的一侧；基体区域形成于氧化物层与沟道区域上方，其中沟道区域连接基体区域与漂移区；第二重掺杂区形成于基体区域上方；第一沟槽栅极结构形成于第二重掺杂区与基体区域的侧边。其中，沟道区域位于沟槽栅极结构与氧化物层之间。

更好地，其中沟道区域的宽度小于该氧化物层的宽度。

更好地，其中沟道区域与漂移区为N型掺杂区，基体区域为P型掺杂区，第一重掺杂区与第二重掺杂区为N型掺杂区。

更好地，其中氧化物层、沟道区域、基体区域、第二重掺杂区与第一沟槽栅极结构形成于该磊晶层中，而第一沟槽栅极结构可延伸至漂移区之中。

本发明还提出一种沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管的制造方法，包括下列步骤：提供一基板；形成一磊晶层于基板上方，并在磊晶层中形成一漂移区与一氧化物层，其中氧化物层位于漂移区上方；形成一沟槽栅极结构与一沟道区域于磊晶层中，其中沟道区域位于氧化物层与沟槽栅极结构之间；形成一基体区域于氧化物层与沟道区域上方，其中沟道区域连接基体区域与漂移区；以及形成一重掺杂区于基体区域上方。

更好地，在上述形成磊晶层的步骤中，包括下列步骤：形成一下磊晶层于基板上；形成一主氧化物层在一下磊晶层的上方；蚀刻主氧化层以形成多个区段，其中该些区段之一形成氧化物层；以及使下磊晶层向上成长增加厚度以覆盖氧化物层并形成磊晶层。

综上所述，本发明的沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管与其制造方法利用在磊晶层中形成一埋入式的氧化物层以改变纵向电场分布，借此提高元件的崩溃电压，所以可以突破硅限制(siliconlimitation)，获得较低的导通电阻。

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

附图说明

图1A～图1H为本发明沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管的制造方法示意图；

图2为本发明沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管的制造方法流程图；

图3为本发明沟槽式功率金属氧化物半导体场效晶体管的局部结构示意图。

【附图标记说明】

基板 110

下磊晶层 119

磊晶层 120

主氧化物层 130

氧化物层 131、132、133

沟槽式栅极结构 150、155

导电栅极 151

绝缘层 152

沟槽 153

第二重掺杂区 160